混凝土建筑纠偏的设计

1工程背景

某框架结构住宅楼于2001年建成，为钢筋混凝土异型柱框架结构，共三个单元，其中两个单元为七层建筑，一个单元为六层建筑，建筑底层为车库，二层以上为住宅，总建筑面积6053m2。建筑平面为转角折线线形，在单元相接处分别依次呈12°转角(如图1)。采用沉管灌注桩桩基础，桩直径为380mm，桩长19m，单桩竖向承载力设计值为450kN，总桩数为293根。该建筑主体工程竣工后，由于小区绿化景观的需要，在室外大量不均匀填土。2002年以后，地基沉降不断加大，无稳定趋势，并产生倾斜，成为危楼。

2建筑地基和结构现状

2.1房屋倾斜在房屋周边布置了18个观测点，观测资料(2007年12月26日)显示，房屋垂直偏差值为137～190.3mm，房屋整体向南倾斜，倾斜率为8.61‰～10.88‰，平均值为9.58‰，均超过7‰，远大于《危险房屋鉴定标准》的危险值。

2.2上部结构经过检测，房屋少部分隔墙有斜裂缝，框架结构的柱、梁、板均未产生开裂，表明房屋整体性较好，结构未受损伤。

2.3沉降速率根据观测资料，该建筑第8期(2005年9月27日)沉降速率为0.030mm/d，第9期(2006年1月4日)沉降速率为0.056mm/d，第10期(200年9月16日)沉降速率为0.038mm/d，第11期(2007年3月17日)沉降速率为0.018mm/d。沉降速率已逐渐减小，逐渐收敛有稳定趋势。

3倾斜原因分析

3.1室外填土的影响2001年房屋建成后，建筑南面场地绿化大量填土，高处达到2.5m左右，地面附加荷载太大，进而引起建筑物产生了较大的附加沉降。填土1年后，南面的地面沉降达160～200mm，北面仅35～60mm。此地面沉降仅只是半年的观测数据。从现场情况看，靠近A轴一侧填土较高，D轴一侧填土较少，故而A轴一侧沉降较大。

3.2地基土软弱和桩基负摩擦的影响该建筑的基础是摩擦桩，桩长19m。地勘报告揭示，场地存在多层未完成固结的泥碳质土，总厚度为3.7～7.0m，在自重作用下会产生沉降，因此场地土层具备出现负摩擦的条件。房屋建成后室外大面积填土，造成地面沉降，促使泥碳化土固结沉降，桩基产生负摩擦力。3.3桩基承载力不足该建筑的沉管灌注桩桩基础，单桩竖向承载力设计值为450kN，总桩数为293根。如果考虑负摩擦力的影响，单桩竖向承载力下降到240～330kN，造成桩基承载力不足，发生不均匀沉降。

4本次纠偏前曾经实施过的迫降纠偏和地基加固

2003年9月～2004年1月，针对该建筑的倾斜和地基沉降，业主曾组织实施过一次纠偏和地基加固。其方案的主要思路是“北面迫降，南面阻沉”(如图2所示)。2003年9月，在建筑物沉降较小的北面布置了48个钻孔取土，孔径150mm，钻孔深度22m，反复钻取地基软土，同时在北面底层室内堆载反压，此阶段施工历时两个多月，但建筑物未产生纠偏效果。同时在南面底层室内布置了40根锚杆静压桩，桩长22.5m，桩断面300mm×300mm，压桩力600kN，这些锚杆静压桩于2004年初施工完毕。锚杆静压桩施工期间，由于对地基土的扰动，南侧沉降有所加大，建筑物倾斜率有所增大。经过此次处理以后，至2007年5月经过近4年的使用和观测，该建筑的沉降速率已经减小为0.018mm/d，地基沉降基本趋于稳定，但房屋仍然保持倾斜状态，倾斜率达9.58‰，超过危险房屋标准限值，严重影响了房屋安全和使用。

5断柱顶升纠偏方案该框架结构住宅楼的主要问题，一是地基承载力不足，二是建筑物整体向南面倾斜，严重影响了安全和使用。但经过2003年的加固处理，沉降趋于稳定。因此，该工程需要处理的，主要是建筑纠偏，使房屋的倾斜恢复到正常水平。以往的顶升纠偏工程经验，均采用“全部千斤顶同步启动顶升”和“顶升千斤顶对称布置在柱周”的方式。但是该工程的特点是柱子多，荷载大，传统的顶升纠偏技术很难适应。最终采用了建筑物整体绕轴旋转、正对柱中设置大吨位千斤顶、多级多区同步微调顶升等多项新技术，不但减少了操作人员，提高了可操作性，而且最大限度地减少了对上部结构的影响。

5.1主要技术方案(1)柱荷载的托换顶升时上升力作用于框架柱下，但是要使框架荷载能够得到托换，必须增设一个能支承上部结构荷重的结构托换系统。利用植筋技术新设钢筋混凝土结构托换系统，就可以将框架柱荷载安全有效地传递到基础承台上，同时为减少框架柱之间的变形，需增强托换系统的联系，在纵横向设置连系梁。(2)建筑物整体绕轴旋转顶升纠偏的实质，是在整个建筑中使下沉的部位产生向上的位移，使整个建筑恢复到垂直状态，在顶升过程中，有些点实际是不需要产生向上的位移。因此，设计时就要将这些点设计成铰支点，可以转动，但无水平及竖向的位移。在该项目中，设计了10个铰支点，实际是形成了一条转动轴。

5.2顶升纠偏设计(1)柱荷载的计算计算出不考虑风荷载及地震作用在内的恒载和活载作用下的内力组合。在设计托换结构时选用荷载的基本组合，确定千斤顶和设计顶升力时选用荷载的标准组合值。其标准组合值，主体框架最大柱荷载为1790kN，最小柱荷载为609kN，楼梯间柱荷载为122kN，房屋总荷载为94635kN。(2)托换节点设计托换梁在柱下的节点如图3所示。