CN106522292A - 一种灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，该方法首先确定建筑物最大沉降的位置和倾斜方向，并开挖灌浆孔和布局预应力锚杆静压桩，在静压桩上安装预应力装置，使建筑物与静压桩通过预应力装置连接；然后调配水泥基复合化学灌浆料，并将灌浆料通过灌浆管灌入地基中，灌浆料在灌浆孔中产生超孔隙压力，使基地土向上变形，建筑物在地基土的超孔隙压力作用下也随之向上抬升；最后在静压桩上施加合适的预应力，使建筑物受到向上的支撑力，从而阻止建筑物在灌浆停止后的沉降，待灌浆料固结体形成强度后，便可进行下一轮的灌浆操作。本发明提供的纠偏加固方法具有操作简单、风险低、安全可靠，能够有效减缓超孔隙压力消散的优点。

Description

一种灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法

技术领域

本发明涉及既有建筑结构的纠偏加固技术领域，尤其涉及一种利用灌浆联合预应力锚杆静压桩对建筑结构进行纠偏和加固的方法。

背景技术

随着城市建设开发进程的加快，在城市建筑密集区开展工程项目越来越多。在城市建筑密集区开展工程建设项目，尤其是基坑工程，极易对工程项目所在地周边建筑造成诸如沉降、倾斜等影响。

由于工程施工造成周边房屋建筑沉降、倾斜，必须对原有建筑进行纠偏加固。

针对房屋加固的传统施工工艺中，以锚杆静压桩最为常见。锚杆静压桩是采用反力锚杆在原有建筑物底板上开孔压桩，当压入足够数量的桩，使桩的承载力与上部建筑荷载相当时，上部建筑荷载完全或大部分由新增的桩承担，即实现了建筑基础的加固。但是锚杆静压桩用于加固多高层建筑时，往往布桩数量多、造价高。

针对房屋纠偏的施工工艺中，传统的纠偏工艺以断柱顶升和掏土迫降法最为常见。但是这两种工艺对施工环境要求高，且纠偏过程中存在较大的风险，房屋建筑纠偏过程中建筑物不得使用，由于居民外迁安置引起的费用远比工程费用高。我国在20世纪80～90年代期间，对于层数不高、荷载不大的框架结构，也有采用压力灌浆纠偏的工程案例。传统的压力灌浆纠偏建筑物的工法，是利用压力将水泥等无机材料配制的浆液灌入地基土中，在地基土的孔隙内渗透、充填和挤密，形成超孔隙压力，利用形成的超孔隙压力抬升建筑物达到纠偏的目的。但是水泥等无机材料配制的浆液的凝固需要较长的时间，一旦灌浆停止，随着超孔隙压力的消散，建筑物便再次下沉。故传统的压力灌浆纠偏建筑物方法对拟纠偏对象的荷载要求较高，通常适用于小型建筑、荷载不大的建筑物，即便如此，纠偏效果也并不理想，在现代城市建筑实际工程中也鲜有应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用灌浆联合预应力锚杆静压桩对建筑结构实施纠偏和加固的方法，该方法安全可靠，可以有效减缓超孔隙压力的消失，通过多次灌浆、累积抬升达到纠偏并加固建筑物地基的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤S1:在建筑物变形最大的部位进行布置并开挖灌浆孔，灌浆孔直径150mm，内置灌浆管，孔深及孔距根据建筑物荷载和地质情况实际调整。所有灌浆孔布置在建筑物变形最大的位置上，可采用直孔或者斜孔的形式。由于单个灌浆孔内的浆液对土体的影响范围有限，其扩散半径一般在1mm至3mm之内，所以本发明的钻孔间距设置为1m～3m之间，使全部灌浆孔的影响范围叠加为一体，增大抬升力度，能够有效对建筑物进行纠偏，在实际操作中可根据建筑物的变形情况和地质条件适当调整。

步骤S2:在建筑物变形最大部位的基础上开孔并施工锚杆静压桩。作为本发明的优选方案，锚杆静压桩可采用预制管桩、方桩或者钢管桩。

步骤S3:在锚杆静压桩桩顶安装槽钢连梁、千斤顶、反力锚杆(反力锚杆为植筋在原建筑物基础上的钢筋锚杆)和垫块，构成预应力装置。具体连接关系为槽钢连梁的两端通过锁紧螺母与两侧的反力锚杆连接，千斤顶通过垫块安装在锚杆静压桩上，千斤顶的顶部与槽钢连梁抵接，通过千斤顶向上施加作用力，使两边的反力锚杆受到向上的支撑力，起到减缓超孔隙压力消失的作用。

步骤S4:根据建筑物倾斜情况，计算满足规范限定的倾斜率所对应的抬升量，并设计好单次抬升量。作为本发明的优选方案，为了降低每次灌浆作业的风险，确保纠偏安全，本发明中的单次抬升量不宜超过2mm。这样设计有两方面的原因，一是由于浆液在固化前处于固液共存状态，与机械式的抬升机构相比，在合适的灌浆压力下，建筑物抬升的速度比较慢，力度较小，因此单次的抬升量也比较小；二是由于建筑物采用钢筋混凝土结构，是脆性材料，单次抬升量过大时会影响建筑框架的稳定，严重时会造成梁板开裂甚至倒塌，因此为了确保建筑物的安全、将风险控制在合理的范围内，将对建筑物结构的不利影响降到最小，设定了该抬升量。

步骤S5:配制水泥基复合化学灌浆材料，并通过灌浆泵将灌浆材料灌入地基土中，灌浆压力控制在0.5MPa至2MPa范围内。灌浆后，浆液的固结时间约15s，固结体形成强度的时间约4h～6h。作为本发明的优选方案，所述水泥基复合化学灌浆材料主要包括水泥、早强剂和水玻璃；其中以水泥为主剂，按重量百分比掺入水泥重量的1％-6％的早强剂和水泥重量的5％-20％的水玻璃复合而成，水玻璃则以45波美度为基准。

作为本发明的优选方案，在灌浆初期，由于浆液进入灌浆孔后对土体内部进行渗透，属于扰动/入侵土体的过程，因此为了让土体有个适应的过程，不至于破坏土体的基础结构，在灌浆初期，应以减小变形速率、稳定变形为目标，采取小流量、低压力的灌浆方法，灌浆压力不超过1MPa为宜。在灌浆的后期需要使土体向上产生变形、膨胀，从而抬升建筑物，因此在灌浆后期以抬升建筑物为目的，采取大流量、高压力灌浆，灌浆压力1MPa～2MPa之间。

步骤S6:当单次灌浆抬升量达到设计值后，在锚杆静压桩桩顶施加预应力，使锚杆静压桩立刻主动受力，并停止灌浆。每一轮灌浆结束后，采用千斤顶施加桩顶预应力。若灌浆引起的超孔隙压力消散，建筑物便会再次沉降，所以需要在锚杆静压桩桩顶施加的预应力，这样可使桩主动受力，以抵消超孔隙压力的损失，从而达到阻止建筑再次沉降的目的。

步骤S7:停止灌浆4h～6h后，待灌浆浆液形成强度后，再次开始灌浆，通过反复灌浆、累积抬升的方式，直至抬升量达到设计要求，使建筑物倾斜率满足规范限值。

作为本发明的优选方案，所述灌浆管采用常用的直径为48mm的钢管或袖阀管。

作为本发明的优选方案，单个预应力锚杆静压桩提供的承载力在100kN至250kN之间，由预应力锚杆静压桩所组成的桩群提供的承载力是上部载荷的10％至30％。

进一步的，所述反力锚杆为植筋在原建筑物基础上的钢筋锚杆，直径为20mm至25mm之间。所述槽钢连梁采用型号不小于22a(数字越大代表尺寸越大，承载能力越大)的槽钢制作。

本发明的工作过程和原理是：首先确定建筑物最大沉降的位置和倾斜方向，并开挖灌浆孔和布局预应力锚杆静压桩，挖孔的数量、尺寸，静压桩的数量及分布位置应根据建筑物的沉降量、倾斜度、重量载荷来确定，确定后便可进行挖孔和静压桩的施工，施工完毕后在静压桩上安装预应力装置，使建筑物与静压桩通过预应力装置连接；然后调配水泥基复合化学灌浆料，并将灌浆料通过灌浆管灌入地基中，灌浆料在灌浆孔中产生超孔隙压力，使基地土向上变形，建筑物在地基土的超孔隙压力作用下也随之向上抬升；最后在静压桩上施加合适的预应力，使建筑物受到向上的支撑力，从而阻止建筑物在灌浆停止后的沉降，待灌浆料固结体形成强度后，便可进行下一轮的灌浆操作。本发明提供的纠偏加固方法具有操作简单、风险低、安全可靠，能够有效减缓超孔隙压力消散的优点。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明采用水泥基复合化学灌浆料，并通过化学灌浆的方法在地基土中形成超孔隙压力，用于抬升建筑物，达到纠偏的目的。

(2)本发明所采用的复合化学灌浆材料相对于传统的灌浆材料，具有固结时间短、形成强度时间短、形成强度高等优点，对建筑物的纠偏更有效。

(3)本发明采用灌浆联合锚杆静压桩的方法，在桩顶与原建筑物基础之间采用预应力装置相连接，以弥补地基土中灌浆形成时超孔隙压力消散，达到在灌浆浆液形成强度前阻止建筑物再次沉降的目的。这种方法相比于传统的锚杆静压桩托换加固法更经济，更合理，可以大大节省桩数量，降低工程造价。

(4)本发明通过多次反复灌浆，结合锚杆静压桩桩顶预应力的使用，可实现多次累积抬升，最终达到纠偏和加固的目的。每次抬升量可控制在2mm以内，纠偏风险低，安全可靠，技术可行。

(5)本发明在施工期间，可在建筑物外围通过直孔或者斜孔的方式灌浆施工，锚杆静压桩数量少。

(6)本发明在抬升纠偏建筑时，建筑抬升过程较为稳定，因而施工期间不影响建筑物的正常使用。

(7)本发明对于城市密集建筑区的纠偏加固，不需要外迁安置居民，可避免高昂的安置费用，并可取得较高的社会和经济效益。

附图说明

图1是本发明所提供的纠偏加固方法的操作流程图。

图2是本发明所提供的直孔灌浆的结构示意图。

图3是本发明所提供的斜孔灌浆的结构示意图。

图4是本发明所提供的预应力装置及锚杆静压桩的结构示意图。

上述附图中的标号说明：

1-静压桩，2-槽钢连梁，3-千斤顶，4-垫块，5-反力锚杆，6-锁紧螺母。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

三向应力状态：是指通过物体内一点可以作出无数个不同取向的截面，其中一定可以选出三个互相垂直的截面，在它上面只有正应力作用，剪应力等于零，用这三个截面表达的某点上的应力，即称为此点的应力状态。三个主应力不等且都不等于零的应力状态称为三向应力状态。

超孔隙压力：当土体受到挤压时，土体中孔隙水会承受压力，阻止土体变形，即是所谓的超孔隙水压力。在灌浆时，浆液在压力作用下，主动充填土体中的孔隙，当孔隙被完全充填后，再继续灌入浆液，土中原有的孔隙水便会和浆液一起，形成主动的超孔隙压力，迫使土体在压力作用下膨胀。

实施例1：

如图1所示，本发明公开了一种灌浆联合预应力锚杆静压桩的纠偏加固方法，该方法主要由两个工序组成，一是灌浆抬升建筑物，二是可施加预应力的锚杆静压桩1。

灌浆抬升建筑物采用特制的水泥基复合化学灌浆材料，通过灌浆管灌入地基土中，在地基土中形成超孔隙压力，由于土体的三向应力状态，地基土将会向上变形，建筑物在地基土的超孔隙压力作用下也随之向上抬升。特制的水泥基复合化学灌浆材料在15s左右的时间可固化，且具有一定的膨胀性，有利于抬升建筑物，但是其固结体形成强度的时间约在4h～6h，在固结体形成强度前，一旦停止灌浆，超孔隙压力会逐渐消散，在建筑物荷载的作用下，地基土便会再次固结沉降，从而建筑物会再次下沉。

为了减缓灌浆停止后，超孔隙压力消散的速度，在建筑物基础上设计锚杆静压桩1配合灌浆，但是此处的锚杆静压桩1和传统的地基基础加固用的锚杆静压桩1不同。传统的地基基础加固用的锚杆静压桩1采用托换的原理，要求群桩的承载力不小于上部荷载，以桩基础的概念进行地基基础加固，且锚杆静压桩1施工完成后，直接与原基础刚性连接，只有在建筑物继续沉降时，桩才会受力并发挥作用，属于被动承受荷载。

而本发明提供的锚杆静压桩1，其桩顶采用活动的装置与原基础相连，并可通过千斤顶3施加预应力，且对桩的承载力要求不高，一般而言群桩承载力仅需要达到上部荷载的10％～30％。当灌浆结束后，立刻在锚杆静压桩1顶部施加预应力，使桩主动承受上部荷载，桩所承受的荷载仅仅是减缓超孔隙压力的消散，为灌浆材料的固结争取一定的时间，一旦灌浆材料形成强度，锚杆静压桩1即退出使用。通过反复灌浆，多次累积的方式，可实现建筑物纠偏加固的目的。

优选的，为提高纠偏效率，获得更好的纠偏效果，本发明所有灌浆孔布置在建筑物变形最大的位置，可采用直孔或者斜孔的形式，如图2和图3所示，钻孔直径150mm，钻孔间距1m～3m，可根据建筑物变形情况和地质条件调整。

优选的，本发明所提供的水泥基复合化学灌浆材料主要包括水泥、早强剂和水玻璃；其中以水泥为主剂，按重量百分比掺入水泥重量的1％-6％的早强剂和水泥重量的5％-20％的水玻璃复合而成，水玻璃则以45波美度为基准，即使用1吨的水泥时，需要掺入10kg至60kg的早强剂和50kg至200kg的水玻璃。水泥为传统的无机类灌浆材料，具有价格低廉的有点，在灌浆领域广泛应用。早强剂能提高混凝土早期的强度并促进早期强度的发展，可加快灌浆液固结速度，并提高早期强度，大大缩短灌浆引起的超孔隙压力消散的时间。水玻璃具有调节固结时间的作用，使灌浆固结时间最短达到15s。

作为本发明的优选方案，所述灌浆孔内放置灌浆管，灌浆管采用钢管或者袖阀管。

优选的，所述锚杆静压桩1采用预制管桩、方桩或者钢管桩，锚杆静压桩1单桩承载力100kN～250kN，数量可根据上部建筑荷载的10％～30％计算确定。

如图4所示，本发明提供的预应力装置主要包括反力锚杆5、千斤顶3、垫块4、锁紧螺母6和槽钢连梁2。垫块4放在锚杆静压桩1上。槽钢连梁2的两端分别通过锁紧螺母6连接两侧的反力锚杆5。千斤顶3安装在垫块4上，其顶部顶着槽钢连梁2的中间位置；施加预应力时，只需操作千斤顶3，使其向上顶起并作用在槽钢连梁2上，槽钢连梁2受力向上抬起，使反力锚杆5和建筑物受到向上的支撑力，从而减缓和阻止超孔隙应力的消散。反力锚杆5为植筋在原基础上的钢筋锚杆，直径为20mm～25mm，千斤顶3荷载量根据桩承载力和所需要施加的预应力确定，荷载量应不小于所需要施加的预应力。槽钢连梁2采用不小于22a的槽钢制作。

结合图1、图2、图3和图4所示，本发明所提供的纠偏加固方法，其具体实施过程如下：

1)在建筑物变形最大的部位进行布孔，灌浆孔直径150mm，内置灌浆管，可以采用直径48mm钢管或者袖阀管，孔深及孔距根据建筑物荷载和地质情况实际调整。

2)在建筑物变形最大的部位基础上开孔施工锚杆静压桩1，锚杆静压桩1可采用预制管桩、方桩或者钢管桩。

3)在锚杆静压桩1桩顶安装槽钢连梁2、千斤顶3、垫块4，形成预应力装置。

4)根据建筑物倾斜情况，计算满足规范限定的倾斜率所对应的抬升量，并设计好单次抬升量，单次抬升量一般不超过2mm为宜。

5)配制水泥基复合化学灌浆材料，并通过灌浆泵将灌浆材料灌入地基土中，灌浆压力0.5MPa～2MPa。

6)当单次灌浆抬升量达到设计值后，在锚杆静压桩1桩顶施加预应力，使锚杆静压桩1立刻主动受力，并停止灌浆。

7)停止灌浆4h～6h后，待灌浆浆液形成强度后，再次开始灌浆，通过反复灌浆、累积抬升的方式，直至抬升量达到设计要求，使建筑物倾斜率满足规范限值。

实施例2：

如图1至图4所示，本发明所提供的纠偏加固方法的具体实施过程如下：

1、施工准备

1)施工前，应根据建筑物变形鉴定报告，确定沉降最大的位置以及倾斜的方向，确定好化学灌浆和锚杆静压桩1施加的最佳位置。在沉降量大及沉降变形速率最大的位置布桩及灌浆，可起到四两拨千斤的效果。

2)施工前，应注意调查建筑物周边的管线情况，并采取保护措施，避免因灌浆时窜浆造成管道破坏或者堵塞。

2、锚杆静压桩1的施工

1)在原建筑物基础周边或者基础内开孔，施工锚杆静压桩1。锚杆静压桩1的施工与传统静压桩施工工艺相同。

2)锚杆静压桩1数量不宜过多，施工时布置锚杆静压桩1时，可根据沉降发生的范围，按拟抬升建筑物荷载的10％～30％确定桩数量。

3、预应力装置安装

1)锚杆静压桩1施工完成后，在压桩时的反力锚杆5顶部，安装连梁，连梁与桩顶之间放置千斤顶3。

4、灌浆

1)灌浆材料采用水泥基复合化学灌浆料，以水泥为主材，配以早强剂和水玻璃复合而成。灌浆后，浆液的固结时间约15s，固结体形成强度的时间约4～6h。

2)灌浆初期，应以减小变形速率、稳定变形为目标，采取小流量、低压力灌浆，灌浆压力不超过1MPa为宜；灌浆后期以抬升建筑物为目的，采取大流量、高压力灌浆，灌浆压力1MPa～2MPa。

3)灌浆前应制定抬升计划，确定每次抬升量，达到预期的抬升量时，即可停止灌浆。

5、施加预应力

1)每一轮灌浆结束后，采用千斤顶3施加桩顶预应力。当灌浆引起的超孔隙压力消散时，建筑物便会再次沉降，在锚杆静压桩1桩顶施加的预应力，可使桩主动受力，以抵消超孔隙压力的损失，从而达到阻止建筑再次沉降的目的。

6、多次反复灌浆累积抬升量达到纠偏效果

1)每一轮灌浆结束后4h～6h，待灌浆浆液完全固结并达到强度后，可进行下一轮灌浆，并重复“灌浆-施加预应力”的过程，直至累计的抬升量达到纠偏的要求。

实施例3：

关于本发明所提供的水泥基复合化学灌浆材料，该灌浆材料主要包括水泥、早强剂和水玻璃；其中以水泥为主剂，按重量百分比掺入水泥重量的1％的早强剂和水泥重量的20％的水玻璃复合而成，水玻璃则以45波美度为基准，即使用1吨的水泥时，需要掺入10kg的早强剂和200kg的水玻璃。

实施例4：

关于本发明所提供的水泥基复合化学灌浆材料，该灌浆材料主要包括水泥、早强剂和水玻璃；其中以水泥为主剂，按重量百分比掺入水泥重量的3％的早强剂和水泥重量的10％的水玻璃复合而成，水玻璃则以45波美度为基准，即使用1吨的水泥时，需要掺入30kg的早强剂和100kg的水玻璃。

实施例5：

关于本发明所提供的水泥基复合化学灌浆材料，该灌浆材料主要包括水泥、早强剂和水玻璃；其中以水泥为主剂，按重量百分比掺入水泥重量的6％的早强剂和水泥重量的5％的水玻璃复合而成，水玻璃则以45波美度为基准，即使用1吨的水泥时，需要掺入60kg的早强剂和50kg的水玻璃。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1:在建筑物变形最大的部位进行布置并开挖灌浆孔，灌浆孔直径150mm，内置灌浆管，灌浆孔孔深及孔距根据建筑物荷载和地质情况实际调整；

步骤S2:在建筑物变形最大部位的基础上开孔并施工锚杆静压桩；

步骤S3:在锚杆静压桩桩顶安装槽钢连梁、千斤顶、反力锚杆和垫块，构成预应力装置；

步骤S4:根据建筑物倾斜情况，计算满足规范限定的倾斜率所对应的抬升量，并设计好单次抬升量；

步骤S5:配制水泥基复合化学灌浆材料，并通过灌浆泵将灌浆材料灌入地基土中，灌浆压力控制在0.5MPa至2MPa之间；所述水泥基复合化学灌浆材料包括水泥、早强剂和水玻璃，其中以水泥为主剂，按重量百分比掺入水泥重量1％-6％的早强剂和水泥重量5％-20％的水玻璃复合而成，水玻璃则以45波美度为基准；

步骤S6:当单次灌浆抬升量达到设计值后，在锚杆静压桩桩顶施加预应力，使锚杆静压桩立刻主动受力，并停止灌浆；

步骤S7:停止灌浆4～6h后，待灌浆浆液形成强度后，再次开始灌浆，通过反复灌浆、累积抬升的方式，直至抬升量达到设计要求，使建筑物倾斜率满足规范限值。

2.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，所述步骤S5还包括灌浆初期采取小流量、低压力的灌浆方式，灌浆压力不超过1MPa；灌浆后期采取大流量、高压力的灌浆方式，灌浆压力控制在1MPa至2MPa。

3.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，所述锚杆静压桩采用预制管桩、方桩或钢管桩。

4.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，所述灌浆管采用直径48mm的钢管或袖阀管。

5.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，单次灌浆抬升量不超过2mm。

6.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，所述灌浆孔的钻孔间距控制在1mm至3mm之间。

7.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，单个预应力锚杆静压桩提供的承载力为100kN至250kN，由预应力锚杆静压桩所组成的桩群提供的承载力是上部载荷的10％至30％。

8.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，所述反力锚杆为植筋在原建筑物基础上的钢筋锚杆，直径为20mm至25mm之间，所述槽钢连梁采用型号不小于22a的槽钢制作。

9.根据权利要求1所述灌浆联合预应力锚杆静压桩纠偏加固方法，其特征在于，所述灌浆孔采用直孔或斜孔形式。