陳偉偉

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津市 300350）

1 引言

建筑用地逐漸減少，使得多數(shù)建筑物不得不建設到邊坡上。邊坡上的建筑與邊坡是一個整體，邊坡中的土體穩(wěn)定直接受建筑物的影響，而建筑物的地基位移等則直接受邊坡的影響。在建筑地基出現(xiàn)沉降或無法提供足夠的地基承載力時，修復以及加強地基基礎為建筑物的地基進行加固是當前常用的手段之一［1］。國外的地基加固技術較為成熟［2］，如pisa斜塔通過水泥漿進行環(huán)用加固、瑞典皇宮木樁通過打入混凝土樁的方式解決結構傾斜［3］。國內(nèi)的地基加固技術也于近十幾年來不斷發(fā)展，如肖春喜等人以某邊坡上的住宅樓為研究對象，探討了花管注漿聯(lián)合噴錨網(wǎng)支護的加固技術［4］，魏煥衛(wèi)等人研究了既有邊坡建筑的土釘墻支護結構加固技術［5］。對于邊坡上的建筑，有問題出現(xiàn)時若進行拆除重建，則會導致人財物上出現(xiàn)巨大浪費，因此應優(yōu)先選擇加固改造［6］。加固邊坡上的建筑物涉及多領域，有著復雜的技術，進行加固改造有明顯的社會經(jīng)濟效益［7］。

2 加固方案

某磚混結構建筑物有57m長度以及14.5m寬度，一層地下結構以及六層地上結構，基礎形式為條形的鋼筋混凝土。建筑與邊坡的關系如下圖1所示。該建筑物的地基在使用過程時出現(xiàn)不均勻沉降的情況，導致建筑物出現(xiàn)傾斜，墻體開裂。

圖1 邊坡與既有建筑位置

2.1 工程加固方案

從現(xiàn)有的觀測結果上看，在邊坡體的影響下，地基土出現(xiàn)豎向變形，而在建筑荷載的影響下，邊坡體又出現(xiàn)側向位移，當邊坡體的位移超過一定的限制時，導致建筑物沉降也隨之增大，裂縫數(shù)量增多?？芍绻梢詫⒓扔薪ㄖ飩鬟f到基礎的荷載用于邊坡土體的加固，那么就可以在降低建筑物荷載的同時保護建筑物。

從現(xiàn)場條件上看，若要在不影響居民正常生活的前提下進行加固，則僅能加固建筑外墻，而無法進行內(nèi)墻的加固。從現(xiàn)有加固方法出發(fā)，提出兩部分加固方案，包括在既有建筑地基中使用鋼筋混凝土牛腿樁托換法進行加固，在邊坡中使用雙排樁進行加固，如圖2所示。

圖2 地基及邊坡加固平面示意圖

2.2 邊坡加固

邊坡坡體有較大高度，且邊坡垂直度較大，穩(wěn)定性較差，在自重以及建筑荷載的作用下難以保持穩(wěn)定，因此需進行加固。從前期分析可以看出，若使用的加固樁體為單排樁，則需要較多的鋼筋用量，已經(jīng)表現(xiàn)為超筋狀態(tài)，難以滿足要求。并且邊坡與建筑物距離較近，無法將錨索打入，因此也無法使用錨索抗滑樁。

雙排樁具有較大的側向剛度以及較強的抗傾覆能力，無須增加錨桿或者支撐即可對支護結構的水平位移起到有效的抑制作用。并且，兩排抗滑樁通過連梁進行連接，能夠控制住結構的轉動，有效調(diào)整樁身彎矩。因此，考慮通過設置雙排抗滑樁的方式加固邊坡以控制其側向位移，如圖3所示。

圖3 雙排樁示意圖（單位：mm）

通過理正軟件計算邊坡穩(wěn)定性以及雙排樁抗傾覆穩(wěn)定性，可得：邊坡整體穩(wěn)定性，抗傾覆穩(wěn)定性，均滿足要求。

2.3 建筑物地基加固

為確保既有建筑能夠正常使用，決定在原有地基上使用牛腿樁托換以進行加固。為避免居民的正常生活受到影響，只能加固建筑外圍，因此將兩排鋼筋混凝土牛腿樁設置到橫縱墻交叉處，具體如下圖4所示。新增牛腿除了能夠有效分擔建筑物荷載之外，還能有效降低支護結構側向變形。

圖4 牛腿安裝示意圖

3 模擬分析

根據(jù)項目實際，在建模時以建筑物兩倍距離作為模型長度和寬度，以兩倍樁長作為模型深度，因此所建立模型的x、y、z方向范圍分別為65m、112m以及25m。以自動全局布種的方式劃分土體網(wǎng)格，整個模型中共有51885個網(wǎng)格，見下圖5所示。對土體x和y方向上的位移進行約束，上部未設置約束，底面三方面均進行約束。分析重力時在土體中施加重力荷載，并在施工分析時將重力荷載添加到建筑物和基礎中。

圖5 建筑物及土體模型

3.1 建筑物沉降對比分析

本次監(jiān)測點布置如下圖6所示，對比建筑物在工況一：無加固；工況二：雙排樁加固；工況三： “雙排樁+牛腿樁”加固下的沉降情況，所得結果如下圖7所示。

圖6 監(jiān)測點布置示意圖

圖7 各工況沉降曲線

圖8為1線、13線各工況差異沉降曲線，在工況一中，5號測點有21.80mm的沉降最大值，18號測點有19.30mm的沉降最小值，表明建筑物在未進行加固時與邊坡越接近時有越大的沉降量。工況二中用于加固的雙排樁有800mm的樁徑以及7m的樁長，在雙排樁間設置有900mm×750mm的冠梁，在5號測點有18.94mm的沉降最大值，相比于工況一約減少了2.84mm，在18號測點約有17.57mm的沉降最小值，相比于工況一約減小了1.73mm，因此可知，通過雙排樁對建筑物靠近邊坡側進行加固，提高了地基的承載力，使建筑物沉降在一定范圍內(nèi)受到限制。在工況三中，16號監(jiān)測點約有10.63mm的沉降最大值，比起工況一約有51.15%的減小，在4號監(jiān)測點出現(xiàn)8.67mm的沉降最小值，比起工況一約有54.15%的減小。表明建筑物沉降量經(jīng)過“雙排樁+牛腿樁”的方式加固之后大大減小，有明顯的加固效果，建筑物整體約有52%的沉降縮小量。

圖8 1線、13線各工況差異沉降曲線

在建筑物1線位置處，工況一約有1.54mm的差異沉降量，工況二約有1.08mm的差異沉降量，工況三約有0.32mm的差異沉降量。在建筑物13線上，工況一約有1.26mm的差異沉降量，工況二約有1.07mm的差異沉降量，工況三約有0.42mm的差異沉降量。建筑物在經(jīng)過第一次和第二次的加固之后，差異沉降量逐漸減小，建筑物在1線和13線上的差異沉降在通過雙排樁+牛腿樁的方式進行加固之后有最顯著的限制效果，差異沉降曲線見圖9所示。

圖9 A軸、E軸不同工況差異沉降曲線

在建筑物A軸上，工況一約有1.20mm的差異沉降量，工況二約有0.35mm的差異沉降量，工況三約有1.60mm的差異沉降量。在建筑物E軸上，工況一約有1.20mm的差異沉降量，工況二約有0.28mm的差異沉降量，工況三約有1.69mm的差異沉降量。建筑物1線位置的基礎承載力在經(jīng)過雙排樁的第一次加固之后有顯著提高，有效限制邊坡一側的土體流動，因此該位置的沉降量有較大減小，有效避免了差異沉降。同理，以雙排樁+牛腿樁的方式進行加固也能使建筑物1線位置的沉降受到限制，而因為13線位置未進行加固而有較大的沉降，導致建筑物出現(xiàn)較大的差異沉降，表明以雙排樁進行加固時能夠有效限制建筑物的整體沉降和差異沉降，而使用雙排樁+牛腿樁的方式進行加固時僅能有效限制建筑物整體沉降，而對差異沉降的限制效果較差。

3.2 建筑物應力對比分析

以地上建筑物作為分析對象，分析三種工況下的應力情況，見圖10所示。

圖10 各監(jiān)測點不同工況應力

隨著不斷增加的建筑物高度，各個工況下的建筑物應力在不斷減小，但在建筑底部四個角出現(xiàn)最大的應力。工況一中的建筑物底部四個角出現(xiàn)有3.364MPa的最大應力值；工況二中的建筑物底部四個角出現(xiàn)有3.228MPa的最大應力值；工況三中的建筑物底部四個角出現(xiàn)有2.994MPa的最大應力值，可知，建筑物最大應力隨著不斷加固的建筑物基礎在不斷減小。

因建筑物最大應力均在其底部四個角出現(xiàn)，因此針對性分析四個點。三個工況均在15號測點出現(xiàn)最大應力。在工況一中有3.35MPa的最大應力，依據(jù)相關設計規(guī)范，其砌體強度應選擇MU25-30，選擇M15作為砂漿強度等級；同理，工況二對應的砌體強度為MU30或者MU25，砂漿強度等級對應M10-15；工況三對應的砌體強度等級為MU20-30，砂漿強度等級對應MU10-15。因此建筑物砌體以及砂漿隨著不斷加固的建筑物基礎，所選擇的強度等級也可以適當減小。

4 結語

從上述分析中，可以得出如下結論：

（1）對于未進行加固的建筑物，與邊坡距離越遠，位移就越大；對于采用雙排樁支護進行加固的建筑，建筑物沉降與邊坡越接近的一側越小，但因為僅對建筑物一側土體進行加固，使得建筑物差異沉降未能得到有效抑制，裂縫數(shù)量較多；對于采用“雙排樁+牛腿樁”進行加固的建筑，其基礎承載力得到有效提高，但因為基礎不均勻加固，導致差異沉降有所增加。由此可知，通過“雙排樁+牛腿樁”的方式進行加固可在最大程度上降低建筑物沉降量，有最為明顯的加固效果。

（2）隨著建筑物基礎的加固，建筑應力逐漸減小，且在基礎底部四個角有最大的應力。根據(jù)《砌體結構設計規(guī)范》，隨著不斷加固的建筑物基礎，建筑物砌體強度和砂漿強度可選擇性降低。