近年来, 自建房越来越多, 由于建筑结构荷载较大, 新建砖混结构房屋在结构封顶后可能发生倾斜, 荷载会产生偏心矩, 从而对基础产生较大的压缩变形, 导致整个房屋结构的变形和裂缝。发生上述现象后, 必须采用纠偏对房屋进行加固^[1,2]。

某房屋为农民自建房, 共3层住宅楼, 平面尺寸为12m×11.7m, 条形基础, 其场地为古泻湖相地貌。邻近的建筑物对该自建房的影响较大, 加之自建房自身的沉降量过大, 从而导致其严重倾斜。其中, 东西方向为主要倾斜方向, 倾斜量达到了159mm, 最大倾斜率为19.88%, 南北向倾斜为32.8mm, 且倾斜处于进一步加剧的趋势。因此, 根据国家相关规范规定及业主的要求, 对该房屋采取经济有效的加固纠偏措施^[3]。

根据分析, 造成房屋倾斜的主要原因是:深厚高压缩性土层的存在;邻近不同时期修建的房屋产生的附加应力。

该房屋倾斜纠偏的难点是:相邻房屋间距比较小, 采用常规的纠偏方案, 对相邻建筑物的影响较大。故确定该房屋的纠偏方案:压桩冲水与浅降水组合纠偏方案, 即在房屋原沉降较大的一侧用锚杆静压桩加固阻沉后, 利用高压水冲刷, 扰动另一侧基底以下土体, 并结合浅降水技术对房屋进行纠偏。该房屋共压桩15根。其中在南侧和西侧共压阻沉桩8根。在北侧和东侧设保护桩7根, 并实施水冲土和浅降水组合纠偏。当自建房的最大倾斜量纠偏至4%范围内时, 采用锚杆桩与房屋的基础锚固在一起。该方法特点是安全、经济、有效。

由于房屋所采用的条形基础是杂填土层, 即大概1.5m厚的石灰大块石拌合土处理层为持力土层, 而且房屋的沉降量与倾斜率均比较大, 且仍然在持续发展, 同时该房屋相邻建筑物距离较近。项目部本着安全性和经济性的设计原则, 首先, 所设计的纠偏方案充分保护了原有的处理土层, 并利用锚杆静压桩技术对房屋进行了阻层加固;其次, 由于加固纠偏的房屋与左右相邻房屋的间距较小, 相邻基础之间的距离<1m, 鉴于现场复杂的施工条件, 采用掏土方案不可行。鉴于原有持力层下有约20m流塑状态的淤泥质土, 故采用高压水枪冲水, 以扰动土及浅降水的促沉方式进行房屋纠偏, 同时采用保护桩对纠偏后的房屋进行整体加固。应用此种方法比较符合施工场地的条件及要求, 对相邻房屋的扰动影响较小, 能够有效减少与居民之间施工矛盾, 因此, 应用锚杆静压桩并结合高压冲水与浅降水组合的纠偏, 使施工安全、经济、有效。

对于阻沉的锚杆静压桩的设计与计算, 应尽量在保证房屋安全的前提下, 考虑成本的经济性, 完成设计计算和桩位布置。根据相关规范的要求, 当建筑物在规定监测范围内、软土地基的平均沉降速率≤0.10mm/d、建筑物的最大沉降速率≤0.12mm/d (≤2处) 时, 可以认为倾斜建筑物基础承载力满足要求。对房屋沉降较大的一侧采用锚杆静压桩阻沉计算, 计算结果取保守桩数^[4,5]。

1) 确定倾斜率与倾斜方向。

2) 需要纠偏调整的沉降量:

式中:s_h1为测点h高度处房屋的最大倾斜值;s_h为测点h高度处房屋的允许倾斜值;b为该房屋沿倾斜方向的水平宽度;H_g为房屋测点的高度。

因房屋在室内地坪浇筑时, 已经发生倾斜, 沿房屋宽度范围内高差为22.5mm, 故该房屋预留沉降值a=22.5mm, 因此该房屋纠偏调整的最终沉降值S&apos;_v=S_v-a=184.5-22.5=162mm。

3) 根据单桩承载力, 计算出阻沉侧锚杆静压桩所提供的总反力为沉降较大半侧建筑总荷载的1.5倍 (按实际工程经验) , 桩长约20m, 按照该区域地质勘察报告计算250mm×250mm单桩承载力为:

上部结构总重为:

式中:G_s为单位面积理论荷载;S表示房屋建筑面积。

由于建筑物发生不均匀沉降, 房屋的质心发生偏移, 故上部结构传至阻沉区的总重估算占房屋总重的2/3, 即:

阻沉桩根数为:

结合建筑物所能承重的纵、横向布置方案进行保护桩数量的调整, 取N₁=15根。

4) 根据上述计算结果所得出的总荷载量, 考虑纠偏过程中总荷载量由锚杆静压桩完全托换, 计算得出按沉降控制的规则, 原设计基础所需添加的锚杆静压桩数量。

计算得出促沉区的保护桩数量为:

综上述计算结果, 为了确保加固安全, 结合建筑物所能承重的纵、横向布置方案进行保护桩数量的调整, 取N₂=8根。

组合纠偏法所需的设备主要有:反力梁 (工字钢) 数件, 小型柴油机加压泵1套, 泥浆泵1套;钢管数节 (每节2.0m, 钢管两端采用螺纹连接) , 水枪头1只及胶管数米。操作设备需1~3人, 如图1所示。

1) 在房屋倾斜较小的一侧开挖用于收集泥浆的沟槽, 沟槽深度和宽度根据现场实际情况确定。

2) 将高压水枪中的高压水经过软管送入端部25号铸铁管, 经过高压水冲刷土体, 使原有地基土松散形成泥浆, 之后枪头可沿孔向土体导入。

3) 接管, 重复工序2) , 直到高压水枪头到达指定位置, 并沿该方向继续冲刷直到土体松散为止。

4) 拔管、移位, 重复以上各步骤。

1) 根据施工现场约束条件和需要沉降位移量, 以及现场土层的分布情况来确定导入的钢管和地面之间的夹角, 考虑到具体施工因素, 钢管角度一般根据现场实际情况来定。

2) 再根据高压水枪的导入点位置与房屋中轴线之间的位置关系, 可以得到钢管需要的最大导入距离。对于埋深不大的淤泥质黏土、砂土等, 采用柴油空压机作为动力设备即可。但原有地基的石灰块石拌合土处理层不能破坏, 必须加以保护。

3) 为避免上部结构因沉降速率过快, 附加应力来不及释放而造成的破坏, 需根据沉降观测结果控制前后2次高压冲水施工之间的时间间隔, 一般应该控制在4~6mm/次。在高压冲水施工期内, 采用在锚杆静压桩反力梁上调节螺栓的栓长和集水沟浅降水的方法保证被纠偏房屋保持预定的沉降和回倾速率, 纠偏回倾速率一般控制在50mm/d范围内。集水坑内浅降水至沟底为宜, 以保证房屋在浅降水过程中不会对相邻的建筑物以及道路管线等设施产生影响。

1) 利用精密水准仪测量的沉降数据及沉降速率来及时控制调整纠偏施工的进度, 以及及时调整纠偏施工方法。

2) 利用经纬仪法在纠偏施工中测得房屋倾斜率、吊锤法监测的结果控制房屋的回倾速率。

3) 利用纠偏房屋主要结构处 (如主承重墙) 垂直边线与相邻建筑物相应垂直边线的相对位置关系亦可监控房屋的纠偏成效。

4) 监控房屋上部结构或基础的原有裂缝长度和宽度变化情况。室内地面采用水平管测量, 观测其纠偏结果变化情况。

5) 利用水准仪监测相邻房屋的沉降变化, 或经纬仪监测相邻房屋的倾斜变化等。

1) 高压水枪冲水可以将一部分原有固结土体破坏成松散土体颗粒, 使之随水流冲刷而形成孔隙, 使得高压水冲成的孔洞上方土体局部应力重分布产生塑性区, 冲刷孔洞周围土体产生位移, 从而使房屋发生沉降。根据设计的房屋沉降数据, 可以高压水流二次冲刷土体来控制房屋继续发生竖向沉降, 这是纠偏所需位移的主要来源^[6]。

2) 高压水流对该侧孔洞周围的土体起到较强的扰动作用, 沿冲水钢管的导进路线形成土体扰动区。具体来说, 当钢管导进到一定深度后, 由于受施工条件的影响, 导致钢管导进路线与地面之间形成一定的角度, 使高压水流的压力不足以将更多的土体破坏成散体带出, 但高压水流的冲刷对钢管四周的土体产生较大的扰动作用, 从而促进掏空带上方土体的挤入。

3) 在高压水枪冲水施工间歇期内进行集水坑浅降水作业, 土体孔洞周围损失一定的水护壁作用, 并且在其房屋自重作用下, 既可以使掏空带上方的土体向孔洞内挤入, 又能够有效促进整个扰动带和掏空带土体压缩 (固结) 变形的发生, 尤其是在高压冲水法施工完成后, 可以根据沉降设计要求利用集水坑浅降水继续少量调整建筑物的倾斜。

针对深厚高压缩性土层和邻近不同时期修建的房屋产生的附加应力现象, 本文提出了压桩高压冲水与浅降水结合的纠偏施工方案, 介绍了具体的施工案例, 并应用于自建危房纠偏和加固中。

压桩高压冲水与浅降水组合纠偏效果分析结果表明, 该方法可以使冲刷土体孔洞周围在损失一定的水护壁作用以及房屋自重下, 既可以使掏空带上方的土体向孔洞内挤入, 又能够有效地促进整个扰动带和掏空带土体压缩 (固结) 变形的发生, 尤其是在高压冲水法施工完成后, 可以根据沉降设计要求利用集水坑浅降水继续少量地调整建筑物的倾斜, 所提出的方法能够解决自建房屋的纠偏加固问题。