老式住宅楼不均匀沉降原因分析及微型桩 对拉地梁加固设计

南京邮电大学三牌楼校区教师宿舍9号楼建于20世纪80年代，建筑面积1?189?㎡。 该建筑原为3层砌体结构，楼板均采用木楼板，后经改造将部分木楼板改为钢筋混凝土现浇板，拆除内部楼梯间，改为现浇楼板面，在原建筑外部加接1道走廊及外部楼梯，层高为3.3~3.5?m，主体结构为混合框架结构，基础均砖砌浅基础形式。 目前房屋东北角出现斜裂缝且裂缝贯通，最大宽度达1?cm，如图1所示。 由于存在明显安全隐患，需进行加固处理。

图1??墙面裂缝情况照片

1??地质条件

根据《南京邮电大学教师宿舍翻建工程岩土工程勘察报告》（20132159）场地工程性质自上而下分为以下几类。

①层杂填土：色杂，主要由建筑物垃圾、碎石、瓦片等混夹粘性土组成，结构松散，含植物根茎，大部分地段表层由混凝土面层构成。

②1层粉砂：灰色，饱和，稍密状态为主，局部松散，见少量云母碎片，成分以石英、硅质为主，亚圆形，级配一般，场区普遍分布，土切面稍有光泽，无振摇反应，干强度、韧性中等，场区大部分地段分布。

③ 1层粉质粘土：灰黄色、黄褐色，可塑状态，中等压缩性，粉性重，土质不均匀，土切面稍有光泽，无振摇反应，干强度、韧性中等，场区大部分地段分布。

2??沉降原因

经查阅图纸、现场勘察及实际施工情况并进行综合分析，该建筑发生不均匀沉降主要原因如下。

（1）该宿舍为3层砖木结构，采用天然刚性基础，基础埋深1.0~1.5?m，无圈梁和构造柱，房屋整体性差。

（2）场地内分布、1粉质粘土层，呈可塑状态，土层强度较低。土层上部浅基础在长时间的作用下产生缓慢沉降。

（3）受2015~2016年相邻基坑及汽车坡道施工影响。东北侧新建项目基坑施工期间发生过泄水、流沙情况且情况严重，虽施工方进行了临时灌填和注浆处理，但处理后的密实度难以确定。该宿舍产生不均匀沉降变形的原因可推定为紧邻基坑区域水土流失导致空洞及地基土疏松，进而导致房屋产生不均匀沉降变形。图2为9号宿舍楼沉降开裂区域具体位置。图3为该建筑原砖砌浅基础形式。

图2??9号宿舍楼沉降区域

图3??原砖砌浅基础形式示意

以上3个因素致使该宿舍楼东北部区域沉降显著。基于现场条件复杂、压实注浆效果难以判定且已发现的裂缝贯通为结构性裂缝，存在明显安全隐患。因未见地圈梁，可判定相关位置地坪以下墙体及基础已开裂、或断裂，需要先进行消险处置并及时加固沉降区域，避免险情加剧。

3??加固对策

根据该宿舍楼东北部沉降现状、土质条件及荷载要求并结合现场施工条件，考虑采用微型桩+对拉地梁方案进行沉降区域的地基基础加固处理。

微型加固桩位于原基础两侧，垂直于基础方向间距0.95?m，平行于基础方向的间距不大于1.5?m。注浆采用Q235钢管，外径48?mm，开洞大小为8?mm，开孔24目/m。注浆体有效外径不小于400?mm，桩长4.0?m，使用井字筋加固链接钢管提高结构整体性。

采用L100×6等边角钢和M18高强对拉螺栓对拉地梁将结构墙体、微型加固桩和原基础结合成整体，基础两边浇筑混凝土包夹形成高强度混凝土复合梁。

加固目标为微型加固桩注浆体试件强度不小于42.5?Mpa，观察加固后的墙体3个月内不再产生新的裂缝，控制后期沉降变形不超过10?mm。

4??加固机理

4.1??地基加固

该宿舍楼相邻基坑开挖深度约为5.8?m，由于基坑开挖，其深度范围内土体产生空隙，对此于基础两侧通过钢管在地面以下0~6?m深度范围内注水泥浆液。

微型桩布置原则为紧邻基坑侧加密布置，远离基坑侧稀疏布置；微型桩长度设置原则为，紧邻基坑侧桩长大于基坑开挖深度（5.8?m），远离基坑侧桩长可小于基坑开挖深度。

加固平面布置如图4所示。

图4??微型桩加固方案平面布置示意

4.2??基础墙体处整体性处理

临时加固措施为沿基础墙体对穿开孔，采用角钢和高强螺杆对拉墙体，以提高其整体性。永久性加固措施是在基础两侧设置地梁，现浇混凝土将墙体包夹形成整体，以扩大墙基宽度，提高承载力。

4.3??微型加固桩与地梁

微型加固桩的注浆钢管采用井字筋固定连接为一体，并用等边角钢、高强对拉螺杆将结构墙体和微型加固桩、原基础结合成整体。

基础两边浇筑混凝土包夹形成高强钢筋混凝土复合梁，形成一体结构，以提高整体结构受力性能（图5、图6）。

图5??微型桩+对拉地梁加固示意

图6??节点位置示意

4.4??结构墙体加固

墙体按梅花形凿孔预埋S形钢筋，整个墙面铺双向钢筋网，面层抹M15砂浆，以提高墙面整体刚度。

4.5??微型桩注浆情况

注浆水泥掺量为66%，即150?kg/m，加固区域面积160?㎡，微型桩总数为136根，换算为 0.85根/㎡，每㎡加固区域内水泥量为510?kg。

5??加固方案强度验算

5.1??梁截面设计

已知矩形梁截面宽度b为500?mm，高度h为400?mm，混凝土强度等级C30，按相关规范取值，fc=1.43?N/m㎡，纵筋使用HRB400，fy=360?N/m㎡, fy'=360?N/m㎡,箍筋取HPB300，fy=270?N/m㎡。应用结构力学原理绘制基础梁的计算简图，几何尺寸及荷载标准值简图、弯矩包络图、剪力包络图。弯矩设计值M=10.13?kN·m,剪力设计值V=27 kN，扭矩设计值T=0.00?kN·m。

根据JGJ123—2012《既有建筑地基基础加固技术规范》等相关规范，验算加固梁的正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力及裂缝宽度。

计算结果表明，梁截面和配筋均满足要求。

5.2??高强对拉螺栓强度验算

经分析基础内力可知，基础承受的最大剪切荷载为54?kN。采用10.9级M18螺栓，按该螺栓抗剪承载力设计值40.5?kN，一个截面上布置2个，即可满足设计要求。

6??加固后监测数据分析

通过加固工程结束后，建筑物沉降量与时间关系曲线及建筑物裂缝宽度与时间关系曲线（s-t曲线）可知，加固施工开始前沉降速率较快，且曲线不收敛。

而加固施工结束，自2019年7月3日后各沉降观测点沉降值微乎其微，故可判断本栋老式住宅楼的沉降已趋于稳定，加固效果显著。

7??结束语

（1）本老式住宅楼由于基础形式简单、相邻基坑开挖施工期间水土流失造成局部空洞而引起的房屋沉降，采用微型桩+对拉地梁方案对沉降明显区域的基础进行加固处理，经处理沉降趋于稳定。该楼加固的成功实施可为今后类似案例的加固处理提供 参考。

（2）新建项目建设过程中，必须注重对邻边建筑的保护，尤其基坑开挖阶段，应做好防护处理。开挖过程中一旦有严重的水土流失情况，须及时对邻近建筑进行安全排查，发现房屋裂缝或出现沉降须及时做好应急处理。