应力解除法在软土地基上建筑物纠偏中的应用

张　鹏

　　【提要】　本文结合具体工程，系统介绍了在软土地基中应力解除法纠偏的原理、纠偏监控及纠偏效果，阐述了这种纠偏方法的可行性，并强调了纠偏监控在整个纠偏过程中的重要地位。
　　【关键词】　纠偏　监控　应力解除法

　　【Abstract】 Principle,monitoring and result of rectification by stress relief method on soft ground are introduced systematically in association with an example of concrete project.The feasibility of the said method is expounded and the importance of monitoring in the whole process of rectification is stressed.
　　【Key words】 rectification monitoring method of stress relief

1　前 言
　　由于上海地区多为软土地基，含水量大，压缩性高，承载能力低。虽然上海地区的基础施工多进行地基处理，但在实际工程中，由于工程勘察、设计或施工中出现偏差，常常导致建筑物发生倾斜。
　　软土地基建筑物的倾斜纠偏方法可归纳为3类：堆载法、降水法和应力解除法（冲水与泥浆法），3种方法各有优劣。
　　(1)堆载压重时，若荷载较小，由于底板下附加应力增加不大，短期内效果不太明显。而且堆载的运输费用高，占地面积大，以及因底层住户搬迁，造成住户不便及危险感。若荷载过大，则沉降过大，采取稳定应急措施较困难。
　　(2)由于软土的渗透系数小，采用降低地下水位法，短期内抽水降低地下水位较慢，效果也不一定显著。
　　(3)采用循环水冲孔带泥浆时，由于饱和软粘土的灵敏度高，触变性大，钻孔后(尤其是密排孔井)严重扰动软粘土，使其抗剪强度大大降低，同时在持力层内形成孔穴，沉降速度加快。
　　确定纠偏量时需留有一定的倾斜量，以防矫枉过正。同时需要有一套可靠的稳定措施，如孔中填砂或混凝土等。

2　工程实例
　　(1)工程概况
　　平吉小区位于上海市闵行区七宝镇,该区一街坊41号住宅楼在街坊的西北侧,频临河流,由4个单元组成；其南部有一大片多层住宅，该住宅楼是六层混合结构,片筏基础,底板厚度300mm,基础埋置深度为1.6m；240mm厚的砖墙砌在钢筋混凝土的基础梁上,室内地坪为架空结构。在-0.40m标高处设钢筋混凝土基础圈梁，并在上部构每层均设置了钢筋混凝土圈梁，于1995年5月峻工。
　　根据工程勘察资料，该场地地基土3层以下均为灰色淤泥质粘土或粉质粘土，承载能力较低。
　　该工程完工后，于1996年发现向北倾斜，即采用静压锚杆桩加固，但是建筑物仍保持倾斜状态，故决定采用强迫纠正的工程措施以加速建筑物的复原。
　　(2)纠偏设计要点与施工简况
　　1)纠偏原理
　　在南侧(沉降较小)采用斜孔水压冲孔法解除局部应力迫使建筑物回倾的原理主要为：
　　①对南侧的地基土来说，挖孔造成了其承载面积的减小，则其局部应力相对增大，加速南侧的沉降速度。
　　②采用抽水带泥浆法时，由于饱和软粘土的灵敏度高，触变性大，钻孔后(尤其是密排孔井)严重扰动软粘土，使其抗剪强度大大降低，同时在持力层内形成孔穴，沉降速度加快。
　　按照设计方案规定的顺序(打二跳一)依次冲孔使建筑物均匀缓慢地恢复到原来的状态，以使上部结构能逐步适应基础的变形。
　　在施在过程中，根据监测的变形情况，采用了加用取土器掏取深部沉泥及浅部加孔等措施以使建筑物加速回倾。
　　2)纠偏监控
　　根据设计方案与施工组织计划，采用实时监测控制，根据信息的反馈及时调整施工方法(可称为“信息法施工”)，以实现安全纠偏的目的。
　　①纠偏过程中进行二等水准测量以控制建筑物的变形状态与沉降速率。在建筑物上设置了10个观测点，测量次数除雨天外每天1次，控制南侧的沉降速率不超过2mm/d；
　　②对北侧两端墙角线的倾斜进行4次控制性监测。1998年1月6日测量以后发现倾斜小于3‰，则通知施工单位停止冲孔，组织封孔；封孔结束以后，于1998年3月12日测量结果表明，倾斜已控制在1.5‰左右，达到了预期的目的。
　　③对建筑物已有裂缝的长度变化进行观测，并用石膏饼观测裂缝的活动，定期巡视观测裂缝及敏感部位的状态。
　　④资料分析
　　纠偏现场监控人员每天整理以下资料：测点沉降与时间关系曲线；测点沉降速率与时间关系曲线；建筑物展开图分析。
　　上述图件为了解纠偏效果，发现存在的问题及采取必要的技术措施提供了依据，展示了纠偏工作的技术状态及其过程全貌。
　　⑤预警控制：沉降速率超过控制标准；建筑物局部相对变形超过标准；建筑物裂缝有活动迹象；建筑物敏感部位有明显的反应；其它反常现象。
　　3)纠偏过程控制及分析
　　①整个纠偏过程可分为两个阶段
　　第一阶段时间约1个月左右，建筑物变形特点是南纵墙的沉降速率比较小，沉降总量不大；北纵墙的测点有升有降，波动比较大。
　　第二阶段时间也为一个月左右，南纵墙的沉降持续发展，速率比较正常，一般不超过1mm/d，最大沉降速率不超过1.5mm/d；北纵墙沉降速率小于南纵墙，两端测点沉降大于中部。
　　②第一阶段沉降过小的原因是建筑物平面形状过于复杂，增大了转动抵抗矩，北纵墙的静压锚杆状又不在一条直线上，亦形成了很大的抵抗力矩，在加上冲孔出土量不够，应力释放不足，因此出现下沉缓慢的现象。在采用了加大出土量的措施以后效果十分显著，南纵墙持续下沉，速率保持平稳，纠偏工程进展正常。
　　③在建筑物两端5个单元的35条原有裂缝上布置了石膏饼监测裂缝活动情况。监测情况表明，在纠偏期间原有裂缝都没有实质性的发展。
　　④纠偏过程中控制性的数据见表1、表2。

倾斜监测结果　　　　　　　　　　　　　　表1

测试时间	1号点 墙顶位移	墙角线 墙角倾斜	5号点 墙顶位移	墙角线 墙角倾斜
	(mm)	(‰)	(mm)	(‰)
1997.11.4	74	4.20	88	5.00
1998.1.6	43	2.47	50	2.87
1998.1.18	33	1.90	38	2.22
1998.3.12	29.5	1.70	23.5	1.36

由沉降差计算的反倾值　　　　　　　　　　　表2

测试 时间	10号点	1号点	东山墙 倾　斜	6号点	5号点	西山墙 倾　斜
	沉降 (mm)	沉降 (mm)	(‰)	沉降 (mm)	沉降 (mm)	(‰)
1.6	12.91	4.65	1.27	13.71	2.42	1.70
1.18	17.31	5.33	1.85	20.10	4.86	2.30
3.12	31.76	15.51	2.51	30.81	11.13	2.97

　　4)建筑物的最终状态
　　①建筑物的变形特点，在整个纠偏过程中(1997年11月17日至1998年3月12日)，建筑物10个测点的最终沉降量见表3。

建筑物个测点的沉降量　　　　　　　　　　　　表3

测　点	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
沉降量(mm)	15.51	12.47	8.22	12.95	11.13	30.81	27.49	32.74	34.01	31.76

由表3可知该楼的变形具有如下特点：
　　Ⅰ.纵墙方向的沉降均匀，南纵墙各测点的平均沉降为31.34mm，最大的局部倾斜仅为1.60‰；
　　Ⅱ.在北纵墙下已有静压锚杆桩，但因纠偏掏土引起的应力重分布，带动桩体下沉，沉降亦比较均匀，沉降量在12mm左右，最大局部倾斜仅为1.11‰；
　　Ⅲ.建筑物按纠偏要求整体均匀向南回倾。
　　②沉降稳定情况，　根据1998年2月7日和1998年3月12日最后两次沉降观测的数据结果表明，南纵墙的平均沉降速率为0.095mm/d；北纵墙的平均沉降速率为0.049mm/d，说明沉降已经趋于稳定，符合纠偏的稳定标准。
　　③建筑物的倾斜，目前，41号楼的残余东山墙的最终倾斜为1.70‰，西山墙的最终倾斜为1.36‰，平均倾斜为1.53‰，倾斜值都符合规范的要求且比较均匀。

3　结　论
　　(1)根据测量结果，本次纠偏工作是成功的，达到了预期目的，并且保证了建筑物结构的安全。
　　(2)监控工作是纠偏过程中至关重要的环节，根据监控所得的信息调节纠偏进度，可在保证安全的情况下达到纠偏目的，这种施工方法可称为“信息法施工”。
　　(3)由本次施工实践经验，掏土纠偏(泥浆循环法)是软土地基上建筑物倾斜纠偏的一种切实可行的方法。
　　应力解除法纠偏具有见效快、易控制、施工简单、费用较低等优点，是一种较适合软土地区实际情况的纠偏方法。

作者单位：同济大学地下建筑与工程系　上海　200092

参考文献
　[1]陈希哲著，地基事故与预防国内外建筑工程实例，清华大学出版社，1994年1月