建筑物基底掏土灌水法纠倾

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棗取地基土的压缩模量

n 棗为消耗泊松比

K棗地基抗剪强度(所能承受剪应力)

Ri棗成孔半径

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