发布于：2005-04-11 18:18:11
来自：建筑结构/混凝土结构
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1.概述
在新建和已有工程中，由于各种复杂的原因，地基不均匀下沉，造成建筑物倾斜，给国家财产和人民生活带来严重损失和困难。因此，需要采取一定的纠倾措施将倾斜建筑物纠正过来，现有的纠倾技术可分为迫降法和抬升法两种[1]。掏土灌水法是纠倾方法中迫降方法的一种，所谓迫降法是指在沉降较小一侧采用掏土、浸水或堆载加压等,或将此几种方法综合起来迫使基础下沉使建筑物回倾。
采用在房屋沉降小的一侧掏土灌水,在成孔的某一半径范围内因掏孔和灌水而加大地基应力，使地基应力重分布并形成塑性区,使基础产生沉降。同时，采取有效的措施控制沉降大的一侧的沉降，达到纠倾目的，见图1示意图。此方法是迫降纠倾中的一种新方法,适用于砂土、粉土、粉质粘土及粘土等地基上的倾斜建筑物。所以，称之为“掏土灌水纠倾法”（简称“掏灌法”）。
2.掏土灌水最大塑性区半径Rp及掏孔间距D
2.1 假定
从图2取出典型单元，距基底h处掏直径为d的孔，掏孔深度s。假设土体是理想弹塑性体，材料服从Tresca屈服准则：
（1）
2.2 圆筒形孔周最大塑性区半径的确定Rp，掏孔间距D的初步确定
对Tresca材料，如果已知成孔半径Ri和成孔处地基应力 p(包括自重和建筑物引起的附加应力)则可计算出成孔周围的最大塑性区半径。假设成孔灌水后收缩闭合，可利用圆筒形孔体积变化等于弹性区体积变化推出[2]：
（2）
E?取地基土的压缩模量
n ?为消耗泊松比
K?地基抗剪强度(所能承受剪应力)
Ri?成孔半径
一般工程中，对饱和粘性土及粉土，取Rp≈3 Ri，则掏孔间距D=6Ri。
3.工程设计方法
根据房屋的上部结构、基础及地基共同工作原理，假定上部及基础是属于刚性的，当地基出现轻微的不均匀下沉以后，基础及上部结构不挠曲，基础底面在地基沉降以后仍为平面。这样，建筑物为一刚体绕沉降大的一侧建筑物底端转动---沉降小的一侧建筑物下沉，沉降大的一侧只是转动点而不得产生新的沉降。
3.1 回倾量值及设计沉降差
出于以上假定，地基所受的应力与变形成直线变化，基础随同地基一起下沉，沿建筑物倾斜方向取出各个倾斜断面，计算简图见图3（图中虚线为建筑物纠倾前位置，点划线为纠倾后位置）。按如下计算公式分别计算各倾斜断面:
= (3)
其中:
-----建筑物实际水平变位值
-----建筑物自然地面算起的高度
a -----考虑施工因素的变位滞留量(回倾滞留量)，规范[3]取为*0.4%
-----建筑物纠倾时水平变位设计控制值,(=-a)
B -----建筑物宽度
-----纠倾需调整的设计沉降差.
此处，计算沉降差的工程意义为等效掏土土层厚度,即建筑物基础沉降最大高度值。
3.2 回倾速度D
计算沉降差在施工时不可能一次完成，需要分阶段实现。一般情况下，按照建筑物的倾斜量大小、建筑物自身结构的完整性状况设定回倾速度。定义每天掏孔灌水的沉降量D 为回倾速度（单位：mm/每天）。
设计上D 值一般取为10-25mm/每天。实践中每次成孔后需多次灌水，才能使大部分掏孔孔壁塌落闭合，但仍有部分孔不能完全闭合。即，实际回倾速度小于设计回倾速度。
3.3 掏孔直径d
掏孔直径d的确定应当考虑施工的可行性，即采用已有的施工方法、机具，以及施工成本。现有的水平成孔方法有人工（d=50-200mm）及机械（70-200）两种。掏小直径孔，较之较大直径孔，成孔间距缩短，成孔工作量（成孔次数）必然增多，从而使施工成本上升。一般工程实践中，平衡掏孔效果与成本的关系，采用d=100-150mm较为理想。
事实上建筑物沿回倾方向是逐渐增大的，因而沿掏孔方向采用变截面最为合理（图1）。由于变截面施工难以控制，并且基础的刚度远大于地基的刚度，掏土灌水后地基的应力进行调整，地基竖向变形和侧向移动变形常常相继发生。因而，设计中可采用等截面的掏孔值。
3.4 掏孔间距D
对于一般粘性土，按照前述塑性方法确定的塑性影响范围，取Rp=3 RI。当掏孔直径d=100时，其最大塑性区半径约为RP=150mm，最小孔间距D约为300mm。为保证建筑物均匀沉降，使建筑物保持相对稳定，从而需要保持一定的孔距，以确保灌水后掏孔周边土体浸水逐渐形成塑性区，设计D值较塑性方法取值要大。
工程设计时，假定土体不可压缩，每天掏孔灌水产生沉降D 的折算体积等于掏孔体积V，从而确定两孔间间距，即：
V=p d2/4 (4)
掏孔间距D：
D= V /D (5)
3.5 掏孔深度S
假定建筑物为一刚体绕沉降大的一侧建筑物底端转动---沉降小的一侧建筑物下沉，沉降大的一侧只是转动点而不得产生新的沉降。这样，掏土量从（沉降小的一侧）递减为零（沉降大的一侧），为三角形分布。工程实践中，沉降大的的一侧已然是敏感位置了，除非采取切实可行的加固措施（如微型桩托换基础），若要掏土至该部位势必造成新的沉降，其结果是加重了建筑物的倾斜。为了保证倾斜房屋纠倾不致加大倾斜一侧的下沉量，掏挖区应控制在倾斜
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4.1 工程概况
济南钢铁集团总公司8#住宅楼，8层，室外高为24.2m，长57.86m，宽12.62m，砖混结构，钢筋混凝土条形基础，基础埋深为-2.25m,设伸缩缝一道(5,6轴处),平面如图4所示。1994年12月该楼伸缩缝以东主体完成施工，1995年5月伸缩缝西侧主体封顶.1996年6月发现外纵墙窗台下多处出现斜向裂缝，该楼19轴处8层窗台向北倾斜145mm,并有继续发展的趋势。
1996年7,8月两次进行工程地质补充勘察，发现在该建筑物北部及东侧地下有一废弃防空洞，洞顶距地面约8M,洞高1.5-1.8m,洞宽1.5m。防空洞顶部塌落,且建筑物外已有两处塌陷至地面。因此,建筑物发生倾斜是由于房屋下防空洞塌陷所至。
观测该建筑物(1#点)主体结构最大倾斜值=298mm(指建筑物的最高标高处柱子或墙体的水平倾斜值,见表1),折合倾斜量/=1.231%（为建筑物室外总高度）,已大大超过规范[3]5.2.4条规定0.4%的地基变形允许倾斜量,以及标准[4]2.5.1.1条规定的危房限值0.7%。个各测点倾斜值见表1。
测点
1
2
3
4
5
6
12
纠倾前倾斜量(mm)
上偏北298.0
上偏北151.0
上偏北297.0
上偏北197.0
上偏北258.0
上偏北273.0
上偏北101.0
纠倾后倾斜量(mm)
上偏北105.5
上偏南
30.0
上偏北
95.0
上偏北
15.5
上偏北66.0
上偏北
89.5
上偏南
53.0
纠倾量(mm)
192.5
181.0
202.0
181.5
192.0
189.5
154.0
4.2 纠倾设计方法
4.2.1 制止建筑物下沉--压力灌浆及微型桩托换
首先在建筑物两端防空洞处压力灌浆将防空洞两端堵死。其间沿防空洞钻孔至防空洞底，压力注浆将防空洞空隙部分充实，并使部分水泥浆渗入周围松动土体,阻止防空洞进一步塌陷。沉降发生较大的部分(楼体的北侧防空洞位置)使用微型桩[5]对原基础进行托换。
4.2.2 地质条件
建筑场地地质资料和新补充的地质资料表明,建筑场地原为耕植区，经人工改造，地形平坦，场区处于山前洪积平原中部。揭露深度内岩土可分为五层.素填土：灰黄色，可塑，湿--饱和，层厚0.50--2.30米;黄土状粉质粘土: 褐黄色,可塑, 层厚在2.20--3.60米, 承载力标准值231Kpa;黄土状粉质粘土:浅黄色,可塑--硬,湿--饱和,层厚2.10--2.60米,层底埋深6.60米; 承载力标准值276Kpa;粉质粘土: 褐红色,可塑--硬塑;碎石土:灰黄色,湿,中密--密实。建筑物基础坐落的第二层黄土状粉质粘土含水量大,呈饱和状，渗水性很低，地质条件适于采用掏土灌水法纠倾。
4.2.3 纠倾计算
该住宅楼承重横墙与纵墙连接处均设有构造柱，层层设有圈梁，横墙布置间距较小(3.6m)。由在全部内外墙交叉处的构造柱与在每层设置的圈梁组成弱框架,由弱框架与粘土砖组成一种约束砌体剪力墙结构体系, 加强了房屋的整体性, 提高了房屋的整体抗倒塌能力[6]．现场检测表明上部结构完好,主要承重构件状态完好，在房屋发生较大倾斜的情况下,未出现较大的变形及损坏，具有一定的强度储备。
按照简图3，采用公式（3）（4）（5）计算各参数，以2#观测点为例：V=p d2/4=3.14*1002/4=7850 mm3，则掏孔轴间距D：D= V /D =7850/25=314 mm计算结果见表2、3。
轴线
点号
a(mm)
(mm)
(mm)
B(m)
(mm)
观测沉降值
D
19
2
96.8
151.0
54.2
12.62
104.9*
113.5
25
18
3
96.8
297.0
200.2
13.19
109.1
113.5
25
15
4
96.8
197.0
79.4
16.22
118.1*
106.0
20
13
5
96.8
258.0
161.2
13.19
84.0
94.5
15
11
10
96.8
无法观测
13.19
71.5
9
11
96.8
无法观测
13.19
71.5
7
12
96.8
170.0(含抹灰)
73.2
13.19
40.9
49.5
10
19
1
96.8
298.0
201.2
12.62
要求无变化
测点破坏
15
6
96.8
273.0
176.2
12.62
要求无变化
-3.5
本项工程建筑物平面有较大的凸凹变化,楼层高,体量大,且沿建筑物长度方向上倾斜量分布极不均匀(伸缩缝西侧主体虽发生倾斜,但量值小于规范要求,设计上只加固基础不采取纠倾措施)。由表1和表2分析,各主要观测点的倾斜值及回倾沉降计算值(沿建筑物纵向)极不均匀,且建筑物平面有较大突变,这都给纠倾设计造成困难。表2中计算沉降差的工程意义为掏土土层厚度,如4号点处只需掏去基底土110.8mm,而毗邻5号点则需掏掉87.8mm。为克服大量连续非均匀成孔形成建筑物突倾,产生集中变形现象(可能引发建筑主体结构的开裂),决定分成四个区成孔（分区见图4）。设计掏孔灌水
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