CN109024719B - 一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，在发生倾斜的建筑物的地基沉降相对较小的区域的基桩边缘处正钻竖向孔，在竖向孔达到设定孔深后反转扩孔扰动桩侧；而后通过定向水射流增加扰动，进一步降低桩侧阻力，使桩顶荷载大部分作用在桩端，导致桩端下土层压缩或桩端刺入破坏，最终实现纠倾沉降；纠倾完成后，先进行定向水泥浆射流，恢复桩侧阻力；然后在竖向扩孔范围内旋转射流水泥浆，使扩孔范围形成复合地基，复合地基最后与桩顶筏板结合，最终形成筏板+原桩+水泥土复合桩组成的稳定桩基础，确保建筑物永久稳定。基桩外侧竖向孔数量和位置依据计算设计，不同基桩桩侧可钻取不同数量、不同孔深的竖向孔，但均不超过设计桩长或实际桩长。

Description

一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法

技术领域

本发明属于土木建筑领域，具体涉及一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法。

背景技术

建筑物纠倾系指建筑物由于地基、基础或建筑物本身的某种原因造成基础不均匀沉降，其上部结构偏离垂直位置而发生倾斜，当建筑物的倾斜程度超过国家有关规范要求、严重影响建筑物安全及正常使用时所采取的以期确保建筑物安全及恢复其正常使用功能的纠倾扶正、加固稳定的措施。

对采用浅基础的建筑物，纠倾的常用方法有：堆载加压纠倾法、掏土纠倾法、浸水纠倾法和掏土灌水法等。当建筑物采用桩基础时，纠倾方法要相对复杂得多，一般会采用顶升纠倾法、截桩纠倾法和桩端扰动纠倾法。顶升纠倾法是把临近建筑物基础顶面的主体结构截断后采用千斤顶将建筑物沉降大的一侧顶起，使其倾斜满足国家相关规范和建筑物使用要求，然后再将截断的竖向构件连接；该方法对主体结构有一定的破坏，且具有造价高、风险性大等缺点。截桩纠倾法是在沉降较小的一侧桩侧挖土，通过人工将桩顶一定厚度的混凝土剔除使其桩顶承台和上部结构下沉，从而起到矫正建筑物倾斜的目的；该方法破坏了桩与承台的刚性连接，对建筑物抵抗水平荷载和抗震会产生不利影响。

桩端扰动纠倾法是在沉降量较小的一侧桩侧成孔至桩端下一定深度，通过高压摆喷扰动桩端持力层使其软化下沉，从而起到矫正建筑物倾斜的目的；由于实际工程中出现倾斜建筑物的基桩资料往往失真或缺失，所以难以准确把握基桩的实际长度和桩端的准确位置，因此桩端扰动往往无法精确实施；另外，当桩径较大或桩端土为粗粒土时，桩端扰动效果很差；当基桩承载力以桩侧摩擦力为主时，其纠倾所需工期长、纠倾效果较差。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，该方法适合于摩擦型桩基础的建筑物纠倾。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，在发生倾斜的建筑物的地基沉降相对较小的区域的基桩边缘处正钻竖向孔，在竖向孔达到设定孔深后反转扩孔扰动桩侧；而后进一步通过定向射流扩大桩侧扰动区，降低桩侧阻力，使桩顶荷载大部分作用在桩端，迫使桩端土层压缩或桩端刺入土层而产生桩基沉降；沉降到位后向钻孔内压注水泥浆，恢复桩侧摩阻力使建筑物沉降稳定，从而完成建筑物纠倾。

进一步的，不同基桩桩侧可钻取不同数量、不同孔深的竖向孔。

进一步的，所述的基桩外侧的竖向孔数量可选3～6个；多个竖向孔沿基桩的外圆周方向均匀分布。

进一步的，所述的竖向孔的深度根据计算确定，但不超过基桩的长度；

进一步的，所述的竖向孔布设在基桩边缘，采用小型三脚架钻机成孔，竖向孔距离基桩边缘300-500mm，约为钻机最小作业空间；竖向正钻成孔的直径80～100mm，便于选择常用成孔钻头，竖向反钻成孔直径约为正钻成孔直径的3～5倍。

进一步的，同一桩基侧的扰动相对于桩基轴线对称分布。

进一步的，所述的桩侧土扰动方法包括钻头反转扩孔扰动和定向射流扰动两种方式；所述的钻孔反转扩孔扰动主要是通过扩孔钻头，正钻成孔，反钻扩孔，扩孔范围内的土体被扰动，切断了土体之间的应力传递，可降低桩侧阻力；在反钻扰动后，开启钻头上的射流孔，沿特定方向定向射流，扩大桩周土体扰动范围。

所述的特定方向是指基桩的圆周方向。

进一步的，在上述纠倾完成后，先进行定向水泥浆射流，恢复桩侧阻力；然后在竖向扩孔范围内旋转射流水泥浆，使扩孔范围形成复合地基，复合地基最后与桩顶筏板结合，最终形成筏板+原桩+水泥土复合桩组成的稳定桩基础，确保建筑物永久稳定。

进一步的，所述纠倾法，可依据场地条件，结合堆载预压法加快纠偏速度，或在扰动设计略有不足的情况下结合堆载预压法确保建筑物复位到设计值。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供一种新型的摩擦型桩基础建筑物纠倾方法，用以确保倾斜建筑物恢复其正常使用功能。其设计灵活，方法可靠，简单易行。

(2)本发明在应对摩擦型桩基础建筑物偏位倾斜时，采用扩孔钻头一次性成孔、扰动、加固，不需额外开挖工作井，不需使用顶升、切割等设备，方法更为经济，节约成本。

(3)本发明在纠倾过程中不会破坏建筑物主体结构，不会破坏建筑物与桩基承台之间的刚性连接，风险性小，施工安全，对结构安全影响较小。

(4)本发明所述方法施工简单，所需工期短，可节约时间，减少建筑物不能正常使用所带来的损失。

(5)本发明在纠倾完成的同时，加固了桩周土体，可以有效地避免不均匀沉降的二次发生。

(6)本发明受地基土类别影响较小，可适用于多种地质条件下的摩擦型桩基础建筑物纠偏。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明纠倾前整体建筑物示意图；

图2为本发明桩侧成孔示意图；

图3为本发明扰动后完成纠倾示意图；

图4为围绕原桩钻孔设置示意图；

图5为在钻孔和定向射流扰动区内注浆完成后示意图；

图6(a)为正钻打孔后俯视图；

图6(b)为反钻扩孔示意图；

图6(c)为定向射流扰动示意图。

图中：1—建筑物，2—筏板，3—基桩，4—地基土，5—纠倾前桩底线，6—竖向孔，7—纠倾后桩底线，8—桩底端刺入深度，9—反钻扰动区，10—定向射流扰动区，11—定向摆喷射流。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中的顶升纠倾法、截桩纠倾法和桩端扰动纠倾法存在各种不足，特别是桩端扰动纠倾法是在沉降量较小的一侧桩侧成孔至桩端下一定深度，通过高压摆喷扰动桩端持力层使其软化下沉，从而起到矫正建筑物倾斜的目的；由于实际工程中出现倾斜建筑物的基桩资料往往失真或缺失，所以难以准确把握基桩的实际长度和桩端的准确位置，因此桩端扰动往往无法精确实施；另外，当桩径较大或桩端土为粗粒土时，桩端扰动效果很差；当基桩承载力以桩侧摩擦力为主时，其纠倾所需工期长、纠倾效果较差。

为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种适用于摩擦型桩基础的桩侧扰动降阻建筑物纠倾方法。在基桩边缘成竖向孔，采用扩孔钻头，正钻成孔，反转扩孔扰动桩侧土体，同时采用定向射流进一步扩大桩侧扰动区，使桩侧摩阻力降低，在建筑物的荷载作用下，使桩端荷载增大，迫使桩端土层压缩或桩端刺入土层而产生桩基沉降；沉降到位后向钻孔内压注水泥浆，恢复桩侧摩阻力使建筑物沉降稳定，从而完成建筑物纠倾。

本发明的纠倾钻孔布置具有如下特点：在基桩边缘300～500mm处采用钻机成竖向孔，钻孔数量3～6个，围绕基桩中心均匀布置，采用正反钻成孔不同径的钻头，竖向正钻成孔的直径80～100mm，孔深小于等于桩长，竖向反钻成孔直径约为正钻成孔直径的3～5倍，扰动桩周土体，降低桩侧摩阻力。

本发明提出了两种桩侧土体扰动方式，即钻头反转扩孔扰动和摆喷射流扰动。①钻孔扰动主要是通过扩孔钻头，正钻成孔，反钻扩孔，扩孔范围内的土体被扰动，切断了土体之间的应力传递，可降低桩侧阻力，但这种方式的扰动范围还不够大；②为进一步增大桩侧扰动范围，反钻扰动后，开启钻头上的射流孔，沿特定方向摆喷射流，扩大桩周土体扰动范围，进一步降低桩侧阻力，使桩顶荷载大部分作用在桩端，导致桩端下土层压缩或桩端刺入破坏，最终实现纠倾沉降。

本发明提出了纠倾到位后的后续加固技术，被纠倾的建筑物往往存在地基天然不良，以后使用过程还可能产生不均匀沉降。因此，纠倾完成后，先进行定向水泥浆射流，恢复桩侧阻力；然后在竖向扩孔范围内旋转射流水泥浆，使扩孔范围形成复合地基，复合地基最后与桩顶筏板结合，最终形成筏板+原桩+水泥土复合桩组成的稳定桩基础，确保建筑物永久稳定。

具体的，下面结合附图以及本发明的技术原理对本发明进行详细说明。

本发明的工作原理是：按照承载性能不同，桩基础分为摩擦型桩和端承型桩，摩擦性桩是指在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计，如桩端持力层为饱和粘性土、饱和粉土等。因摩擦性桩在桩基承载力中桩侧承载力占比较大，桩端承载力占比较小，根据《建筑地基基础设计规范》中公式(1)，通过桩侧扰动降阻可以减小桩侧阻力特征值，从而降低桩侧承载力，在桩顶荷载保持不变的情况下，作用在桩端的荷载将增加，可迫使桩端土层压缩或桩端刺入破坏而沉降。当纠倾达到要求后，停止桩侧扰动，通过高压注浆使桩侧阻力特征值逐步恢复，从而保证桩基纠偏沉降可控。

R_a＝q_paA_p+u_p∑q_sial_i (1)

式中：A_p——桩底端横截面面积(m²)；

q_pa，q_sia——桩端阻力特征值、桩侧阻力特征值(kPa)，由当地静载荷试验结果统计分析算得；

u_p——桩身周边长度(m)；

l_i——桩第i层岩土的厚度(m)。

本发明依据上面的工作原理，本发明提出了一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，主要的工作步骤如下：

(1)在发生倾斜的建筑物的地基沉降相对较小的区域的基桩边缘处，采用正反钻成孔不同径的扩孔钻头，正钻成竖向孔。

(2)竖向成孔后，反转扩孔，扰动桩周土体，降低桩侧摩阻力。

(3)开启注浆设备，浆液通过钻头上的射流孔，沿特定方向摆喷射流，扩大桩周土体扰动范围，进一步降低桩侧阻力，使桩顶荷载大部分作用在桩端，导致桩端下土层压缩或桩端刺入破坏。

(4)达到纠倾设计值后，先进行定向摆喷水泥浆射流，恢复桩侧阻力；然后在竖向扩孔范围内压注水泥浆，使扩孔范围形成复合地基，复合地基最后与桩顶筏板结合，最终形成筏板+原桩+水泥土复合桩组成的稳定桩基础，确保建筑物永久稳定。

具体的，如附图1-图6(c)所示；

在图1中，为纠倾之前的建筑物的倾斜情况，图中建筑物1通过筏板2和基桩3支撑，建筑物1向右侧进行了倾斜，左侧地基沉降相对较小，右侧地基沉降相对较大；纠倾前桩底线5如图所示；

图2为桩侧成孔的整体示意图，在发生倾斜的建筑物1的地基沉降相对较小的区域的基桩边缘成竖向孔6，具体的，在附图中的建筑物左侧的基桩边缘成竖向孔6；在所述地基沉降相对较小的区域，可依据计算，选择全部或者部分基桩，在桩侧成孔；钻孔依次穿过建筑物地下室(最底层)钢筋混凝土底板、桩侧土层，达到设计孔深，灌注桩成孔深度小于等于设计桩长，预制桩成孔深度小于等于实际桩长。

具体的，竖向孔的成孔方式以及相关参数的设置如下：

竖向孔6的成孔方式可以采用扩孔钻头，正钻成孔，反转扩孔，也可以采用其他方式成孔；本发明采用正反钻成孔不同径的钻头，竖向正钻成孔，然后反转扩孔，分别达到桩侧扰动的目的。

所述竖向孔沿基桩对称均匀布设，反转扰动对称进行，但扰动次数和扰动效果可以调节，使桩沿纠偏控制要求下沉。

竖向孔6的设置在基桩边缘，采用小型三脚架钻机成孔，竖向孔距离基桩边缘300-500mm，约为钻机最小作业空间；竖向正钻成孔的直径80～100mm，便于选择常用成孔钻头，竖向反钻成孔直径约为正钻成孔直径的3～5倍。

根据计算，每根基桩外侧成孔数量可选3-6个孔，孔深根据计算确定，但不超过桩长；在附图中竖向孔是以3个为例，进行的说明。

不同基桩桩侧可钻取不同数量、不同孔深的竖向孔。

竖向孔沿基桩的外圆周方向均匀分布；竖向孔内的扰动应相对于基桩轴线对称分布，防止侧向受力不均对基桩产生影响。

如图5和图6(a)、图6(b)、图6(c)所示的桩侧土体扰动方式分为钻头反转扩孔扰动和定向射流扰动两种方式。①钻孔反转扩孔扰动主要是通过钻头，正钻成孔，反钻扩孔，扩孔范围内的土体被扰动，切断了土体之间的应力传递，可降低桩侧阻力，具体见图中形成的反钻扰动区9；②反钻扰动后，开启注浆设备，浆液通过钻头上的射流孔，沿特定方向定向摆喷射流11，扩大桩周土体扰动范围，进一步降低桩侧阻力；所述的特定方向是指沿着基装的外圆周方向进行射流，如图所示，定向摆喷射流11形成的定向射流扰动区10。

如图3所示，为纠倾后的建筑物结构，其中，纠倾后桩底线7和桩底端刺入深度8如图所示。

本发明在纠倾到位后还要进行后续加固技术，被纠倾的建筑物往往存在地基天然不良，以后使用过程还可能产生不均匀沉降。因此，纠倾完成后，先进行定向水泥浆摆喷射流，恢复桩侧阻力；然后在竖向扩孔范围内压注水泥浆，使扩孔范围形成复合地基，复合地基最后与桩顶筏板结合，最终形成筏板+原桩+水泥土复合桩组成的稳定桩基础，确保建筑物永久稳定。

本发明所述纠倾法，可依据场地条件，结合堆载预压法加快纠偏速度，或在扰动设计略有不足的情况下结合堆载预压法确保建筑物复位到设计值。

本发明具有以下特征：

(1)在所述基础沉降相对较小的区域，可依据计算，选择全部或者部分基桩，在桩侧成孔。钻孔依次穿过建筑物地下室(最底层)钢筋混凝土底板、桩侧土层，达到设计孔深，灌注桩成孔深度小于等于设计桩长，预制桩成孔深度小于等于实际桩长。

(2)基桩外侧竖向孔数量和位置依据计算设计，不同基桩桩侧可钻取不同数量、不同孔深的竖向孔，但均不超过设计桩长或实际桩长。

(3)本发明采用正反钻成孔不同径的钻头，竖向正钻成孔，然后反转扩孔，分别达到桩侧扰动的目的。所述竖向孔沿基桩对称均匀布设，反转扰动对称进行，但扰动次数和扰动效果可以调节，使桩沿纠偏控制要求下沉。

(4)本发明采用定向摆喷射流增加扰动。反钻扰动后，开启注浆设备，浆液通过钻头上的射流孔，沿特定方向摆喷射流，扩大桩周土体扰动范围，进一步降低桩侧阻力，使桩顶荷载大部分作用在桩端，导致桩端下土层压缩或桩端刺入破坏，最终实现纠倾沉降。

(5)本发明采用扰动后续加固技术。纠倾完成后，先进行定向水泥浆摆喷射流，恢复桩侧阻力；然后在竖向扩孔范围内压注水泥浆，使扩孔范围形成复合地基，复合地基最后与桩顶筏板结合，最终形成筏板+原桩+水泥土复合桩组成的稳定桩基础，确保建筑物永久稳定。

上述方法取得的效果如下：

(1)本发明提供一种新型的摩擦型桩基础建筑物纠倾方法，用以确保倾斜建筑物恢复其正常使用功能。其设计灵活，方法可靠，简单易行。

(2)本发明在应对摩擦型桩基础建筑物偏位倾斜时，采用扩孔钻头一次性成孔、扰动、加固，不需额外开挖工作井，不需使用顶升、切割等设备，方法更为经济，节约成本。

(3)本发明在纠倾过程中不会破坏建筑物主体结构，不会破坏建筑物与桩基承台之间的刚性连接，风险性小，施工安全，对结构安全影响较小。

(4)本发明所述方法施工简单，所需工期短，可节约时间，减少建筑物不能正常使用所带来的损失。

(5)本发明在纠倾完成的同时，加固了桩周土体，可以有效地避免不均匀沉降的二次发生。

(6)本发明受地基土类别影响较小，可适用于多种地质条件下的摩擦型桩基础建筑物纠偏。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，在发生倾斜的建筑物的地基沉降相对较小的区域的基桩边缘处正钻竖向孔，在竖向孔达到设定孔深后反转扩孔扰动桩侧；而后进一步通过定向射流扩大桩侧扰动区，降低桩侧阻力，使桩顶荷载大部分作用在桩端，迫使桩端土层压缩或桩端刺入土层而产生桩基沉降；沉降到位后向钻孔内压注水泥浆，恢复桩侧摩阻力使建筑物沉降稳定，从而完成建筑物纠倾；

定向射流扰动的方式是：开启钻头上的射流孔，沿基桩的圆周方向定向摆喷射流，扩大桩周土体扰动范围；在纠倾完成后，先进行定向水泥浆摆喷射流，恢复桩侧阻力；然后在竖向扩孔范围内压注水泥浆，使扩孔范围形成复合地基，复合地基最后与桩顶筏板结合，最终形成筏板+原桩+水泥土复合桩组成的稳定桩基础，确保建筑物永久稳定。

2.如权利要求1所述的一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，不同基桩桩侧钻取不同数量、不同孔深的竖向孔。

3.如权利要求1所述的一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，所述的基桩外侧的竖向孔数量选3～6个；多个竖向孔沿基桩的外圆周方向均匀分布。

4.如权利要求1所述的一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，所述的竖向孔的深度根据计算确定，但不超过基桩的长度。

5.如权利要求1所述的一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，所述的竖向孔布设在基桩边缘，采用小型三脚架钻机成孔，竖向孔距离基桩边缘300-500mm；竖向正钻成孔的直径80～100mm，竖向反钻成孔直径为正钻成孔直径的3～5倍。

6.如权利要求1所述的一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，同一桩基侧的扰动相对于桩基轴线对称分布。

7.如权利要求1所述的一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，钻孔反转扩孔扰动主要是通过扩孔钻头，正钻成孔，反钻扩孔，扩孔范围内的土体被扰动，切断了土体之间的应力传递，降低桩侧阻力。

8.如权利要求1所述的一种桩侧扰动降阻建筑物纠倾法，其特征在于，所述纠倾法依据场地条件，结合堆载预压法加快纠偏速度，或在扰动设计略有不足的情况下结合堆载预压法确保建筑物复位到设计值。

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