基于应力解除法沉降纠倾结构设计及工艺方法研究.pdf

第2 3卷 第2期江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报V o l.2 3.22 0 2 3年6月J O U R N A LO FJ I A N G S UV O C A T I O N A LI N S T I T U T EO FA R C H I T E C T U R A LT E C H N O L O G YJ u n.2 0 2 3基于应力解除法沉降纠倾结构设计及工艺方法研究赵峥(江苏建筑职业技术学院 建筑建造学院,江苏 徐州2 2 1 1 1 6)摘 要:公开了一种基于应力解除法沉降纠倾结构设计及工艺方法,其工艺流程包括在待纠倾目标建筑物的周围搭建防护装置、开挖第一凹槽和第二凹槽、安装升降装置、钻水平沉降孔和插入支撑杆、缓慢调节升降装置、拆除升降装置和防护装置。技术实施使目标建筑物沉降得到有效的控制,安全可靠,纠倾效果好,不仅可防止目标建筑物在施工过程中遭到破坏,同时还可防止因基础受到较大的不平衡支撑应力而发生过大不规则变形,有效解决了常规因水平沉降孔过度变形而导致发生矫枉过正的不良现象,技术方案可行有效,旨在为我国重点领域建筑结构沉降控制“过程性”安全施工提供理论技术参考。关键词:建筑结构;应力解除法;纠倾控制;结构设计;工艺方法中图分类号:TU9 7 8文献标志码:A文章编号:2 0 9 5 3 5 5 0(2 0 2 3)0 2 0 0 2 0 0 3R e s e a r c ho nt h ed e s i g na n dt e c h n o l o g i c a lm e t h o do f t h es u b s i d e n c e c o r r e c t i o ns t r u c t u r eb a s e do ns t r e s s r e l i e fm e t h o dZHA OZ h e n g(S c h o o l o fA r c h i t e c t u r a lC o n s t r u c t i o n,J i a ngs uV o c a t i o n a l I n s t i t u t eo fA r c h i t e c t u r a lT e c h n o l og y,X u z h o u,J i a ngs u2 2 1 1 1 6,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep a p e rd i s c l o s e s t h ed e s i g na n dp r o c e s sm e t h o do f as e t t l e m e n t-c o r r e c t i n gs t r u c t u r eb a s e do ns t r e s s r e l i e fm e t h o d.T h ep r o c e s s f l o wi n c l u d e s:B u i l dp r o t e c t i v ed e v i c e s a r o u n d t h e t a r-g e tb u i l d i n g s t ob ec o r r e c t e d;E x c a v a t et h ef i r s ta n ds e c o n dg r o o v e s;I n s t a l l l i f t i n gd e v i c e;D r i l lt h eh o r i z o n t a l s e t t l i n gh o l ea n di n s e r t t h es u p p o r tr o d;S l o w l ya d j u s t t h e l i f t i n gd e v i c e;R e m o v el i f t i n gd e v i c e sa n dp r o t e c t i o nd e v i c e s.T e c h n o l o g yi m p l e m e n t a t i o n m a k e st h et a r g e to fb u i l d i n gs u b s i d e n c ee f f e c t i v e l yc o n t r o l,s a f ea n dr e l i a b l e,f u l l t i l t e f f e c t i sg o o d,n o to n l yc a np r e v e n t t h et a r g e tb u i l d i n g sd a m a g e d i n t h e c o n s t r u c t i o np r o c e s s,a t t h e s a m e t i m e a l s oc a np r e v e n t f o r f o u n-d a t i o ns u p p o r t e db yl a r g eu n b a l a n c e ds t r e s sd e f o r m a t i o ni st o ol a r g e i r r e g u l a r,e f f e c t i v e l ys o l v et h eh o l ed u et ot h el e v e lo fs e t t l e m e n td e f o r m a t i o nc a u s e db ye x c e s s i v eh y p e r c o r r e c t i o no fu n-h e a l t h yp h e n o m e n o n,t h et e c h n i c a ls c h e m ei sf e a s i b l ea n de f f e c t i v et op r o v i d et h e o r e t i c a la n dt e c h n i c a l r e f e r e n c ef o rt h e“p r o c e d u r a l”c o n s t r u c t i o no fb u i l d i n gs t r u c t u r es u b s i d e n c ec o n t r o l i nt h ek e yf i e l do fo u rc o u n t r y.K e yw o r d s:b u i l d i n g s t r u c t u r e;s t r e s sr e l i e f m e t h o d;d e v i a t i o n c o n t r o l;s t r u c t u r a ld e s i g n;p r o c e s sm e t h o d收稿日期:2 0 2 2 1 1 0 9作者简介:赵峥,女,安徽蚌埠人,副教授,硕士研究生,主要从事建筑结构设计与加固方面的研究。Em a i l:2 4 6 7 5 5 0 2q q.c o m 传统建筑物纠倾方法通过在建筑物沉降较小一侧的地基中竖向(或有一定倾角)钻孔,有计划、有组织地清理孔内泥土,逐步降低甚至解除一定深度内的部分地基土的侧向应力,改变地基特定范围第2期赵峥:基于应力解除法沉降纠倾结构设计及工艺方法研究2 1 内的边界平衡条件1,引起该范围的地基应力重分布,在降低桩基侧摩阻力的同时,迫使地基土承担的荷载转移至桩顶,从而引发桩基沉降,使地基、基础与结构协同变形迫降,直至满足建筑物纠倾的要求2。然而,现有的基于应力解除法纠倾的沉降控制方法,在施工过程中对目标建筑物的沉降不能得到有效的控制,安全隐患大,纠倾效果差,不仅易导致目标建筑物遭到破坏,同时还经常出现“矫枉过正”的不良现象3。某高层建筑工程项目,框架剪力墙结构,建筑高度为7 7.2 8m,地上2 2层,地下2层,地下结构按人防工程标准设计,项目总占地面积为1 03 2 0.5 1m2,结构体系安全等级为二级,抗震设防类别为丙类,建筑结构抗震设防烈度为7度。由于工程所处地质环境较为复杂,地下结构整体沉降设计要求较高,故需对整体建筑结构施工“过程性”沉降进行高标准控制及实时监测,主要包括施工全过程控制与后续使用阶段过程性控制。为满足沉降控制要求,设计采用了“一种基于应力解除法沉降纠倾结构设计及工艺方法”。技术方案不仅可防止目标建筑物在施工过程中遭到破坏,同时还可防止因基础受到较大的不平衡支撑应力而发生变形,甚至导致目标建筑物发生开裂等现象,可有效实现“地上地下协同变形控制”技术目标,也有效解决了因水平沉降孔过度变形而导致发生矫枉过正的不良现象,技术方案经专家论证,可行有效。1 结构设计一种基于应力解除法沉降纠倾结构设计及工艺方法,整体纠倾结构布置形式如图16所示,其中1代表0.0 0 0结构标高处,2代表目标建筑物,3代表基础,4代表防护装置,5代表第一凹槽,6代表第二凹槽,7代表升降装置,8代表水平沉降孔,9代表支撑杆,1 0代表混凝土圆柱形桩,1 1代表立柱,1 2代表固定板,1 3代表连接杆,1 4代表固定套,1 5代表圆环,1 6代表拉杆,1 7代表螺栓,1 8代表千斤顶,1 9代表支撑板,2 0代表底板。在开挖第一凹槽5和第二凹槽之前优先搭建防护装置可有效避免由于在开挖第一凹槽和第二凹槽的过程中导致目标建筑物发生坍塌的问题,同时可有效保证施工人员的人身安全,相比较传统的纠倾方法更加安全可靠。施工过程中应从目标建筑物沉降较小一侧开挖第一凹槽和第二凹槽,同时先在目标建筑物沉降较小一侧居中位置处开挖第一凹槽,并在安装升降装置完毕之后开挖第二凹槽,巧妙地利用原有的地基对目标建筑物的基础底部两侧进行支撑,可以防止因基础受到较大的不平衡支撑应力而发生过大变形,严重情况下导致目标建筑物的墙体出现开裂破坏。与此同时,技术方案考虑到水平沉降孔因受到目标建筑物过大应力,在水平沉降孔的内部安插支撑杆,有效解决了因水平沉降孔过度变形而导致发生矫枉过正的不良现象,从而对建筑结构在纠倾过程中的沉降控制相对稳定。图1 沉降纠倾结构示意1图2 沉降纠倾结构示意2图3 细部构造图4 升降装置结构示意2 工艺方法2.1 施工工艺根据工程特点,技术方案有效采用基于应力解除法纠倾的沉降控制方法,其施工工艺流程包括如下步骤:2 2 江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报 第2 3卷在待纠倾目标建筑物的周围搭建防护装置开挖第一凹槽和第二凹槽安装升降装置钻水平沉降孔和插入支撑杆缓慢调节升降装置拆除升降装置和防护装置。图5 拆除升降装置图6 防护装置结构示意1)在待纠倾目标建筑物的周围搭建防护装置:根据工程施工方案,在进行纠倾方案施工前,综合考虑地质环境、地下水文以及周边环境等因素,首先在待纠倾目标建筑物的周围搭建防护装置,利用防护装置将目标建筑物进行有效固定。2)开挖第一凹槽和第二凹槽:防护装置搭建完毕后,在目标建筑物沉降较小一侧均匀开挖第一凹槽和第二凹槽,第一凹槽至少开挖一个,且第一凹槽位于目标建筑物沉降较小一侧居中的位置处;第二凹槽至少开挖两个,且第二凹槽均匀分布在第一凹槽的两侧,第一凹槽和第二凹槽均与目标建筑物的基础外侧面相连通。开挖第一凹槽和第二凹槽过程中,做好目标建筑物以及周边基础设施的监测工作,严格按照监测方案实施。3)安装升降装置:第一凹槽和第二凹槽开挖完毕,监测各项指标正常后,先从第一凹槽内部将基础底部的土方掏空用于安装升降装置。在安装升降装置之前,在基础底部掏空处钻出水平沉降孔,并在水平沉降孔内部插入支撑杆,然后将升降装置安装可拆卸安装在基础底部的掏空处。4)钻水平沉降孔和插入支撑杆:升降装置安装就位完毕,做好相关工序的验收工作,为水平沉降孔和支撑杆现场施工做好前期准备。即在第二凹槽的内壁上位于基础的底部钻出水平沉降孔,在水平沉降孔内部插入支撑杆,水平沉降孔延伸长度为平行于目标建筑物水平沉降孔方向宽度的5 0%,水平沉降孔成孔和支撑杆插入为整体结构纠偏起到关键性作用。5)缓慢调节升降装置:松开防护装置对目标建筑物的固定,缓慢调节升降装置下降,且升降装置下降的高度分“3次”调节,即第1次下降的高度为计划下降高度的1/2,第2次下降的高度为计划下降高度的3/8,第3次下降的高度为计划下降高度的1/8,每个阶段下降高度严格控制,不超过阶段下降的5%。6)拆除升降装置和防护装置:待前述各项工序施工完毕,即可将升降装置拆除,然后利用土方将第一凹槽和第二凹槽以及安装升降装置的掏空处填实,再将防护装置拆除即可5。2.2 技术要点1)水平沉降孔的直径为目标下降高度的2倍,支撑杆为圆柱形支撑杆,且支撑杆的直径与目标下降高度相等。2)防护装置包括竖直埋设在地面上的至少两个立柱以及通过两端均带有外螺纹的连接杆配合螺帽固定安装在目标建筑物外部的两个固定板。两个立柱均位于目标建筑物沉降较大的一侧,两个固定板远离目标建筑物的侧面上均固定安装有若干固定套,固定套的内部活动安装有圆环,圆环的环面上焊接有拉杆,拉杆远离圆环的一端通过螺栓固定安装在立柱的上端6。3)技术方案使得防护装置便于安装和调节,尤为重要的是防护装置在安装过程中无须在目标建筑物上打孔,不会对目标建筑物造成结构损伤。4)立柱的底端均浇筑有混凝土圆柱形桩,混凝土圆柱形桩均埋设在地面的内部,使得立柱安装得更加牢固、稳定,可防止立柱发生倾倒,从而增强防护装置的结构稳定性。5)防护装置搭建包括如下步骤:步骤一:将两个固定板贴合在目标建筑物前后两侧面上,将连接杆配合螺帽固定安装在两个固定板的端部。步骤二:将拉杆远离圆环的一端活动插入立柱上端内部,并将拉杆带动圆环与固定套抵紧,然后利用螺栓将拉杆与立柱锁定即可7。6)升降装置包括底板和固定安装在底板上部的千斤顶以及固定安装在千斤顶伸缩端的支撑板。7)升降装置安装包括如下步骤:步骤一:将千斤顶竖直焊接在底板的上部中心位置处,将支撑板铰接在千斤顶伸缩端的端部。步骤二:将底板放置在基础底部掏空处,然后调节千斤顶,使支撑板顶紧基础的底部即可。(下转第2 8页)2 8 江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报 第2 3卷结果表明,在高交通荷载作用下,少量硬沥青P G 6 4 2 2和大量硬沥青P G 5 8 2 2是最合适的选择。此外,在正常的交通流量下,硬沥青的成本效益和易得性使其成为改善沥青结合料疲劳性能和抗车辙性能的合理选择。图6 黏结剂和应变水平对硬沥青黏结剂失效循环次数(Nf)的影响3 结论采用M S C R和L A S试验研究了硬沥青对沥青结合料抗车辙性能和疲劳性能的影响。结论如下:1)M S C R测试结果表明,硬沥青降低了Jn r值,提高了基体黏结剂的抗车辙能力和弹性恢复能力,特别是在高温高应力条件下。2)车辙参数(G*s i n)和M S C R蠕变柔度(Jn r)的测试结果表明,两者之间存在良好的相关性。在高应力水平下,这种关系随着R T F O样品在硬沥青改性沥青黏合剂中的作用而变得更强。3)L A S测试结果表明,与碱性黏结剂相比,硬沥青改性沥青黏结剂在低应变水平下表现出更好的抗疲劳性能,基础沥青结合料具有更好的疲劳性能。4)在中高温条件下,使用硬沥青可以降低沥青结合料对不同交通量的脆弱性,是一种经济的选择,也是改善沥青结合料性能的合适选择。硬沥青的加入提高了沥青结合料的抗车辙性能和疲劳性能,但是还需要进一步的研究来推广硬沥青改性沥青混合料的结果。参考文献:1 王富强,阳利君,陈钰婷.P U改性沥青抗车辙性能试验研究J.西部交通科技,2 0 2 2(9):1 5 1 6,4 2.2 改性沥青油毡黏结剂J.技术与市场,1 9 9 7(9):1 9.3 D A n g e l o,J o h nA.M S C R测试与车辙的关系J.道路材料和路面设计,2 0 0 9(1 0):3 4 3 9.4 郑浩,刘珞,程永旺.基于M S C R试验的高黏沥青高温性能评价J.四川建筑,2 0 2 1,4 1(2):2 4 1 2 4 3.5 袁海,朱洪洲,魏巧,等.沥青疲劳试验方法评价J.中外公路,2 0 2 0,4 0(3):2 4 1 2 4 6.(责任编辑:梁赛平)(上接第2 2页)8)升降装置拆除方法:调节千斤顶的伸缩端进行收缩,直至支撑板上表面脱离基础的底部,方可将升降装置拆除8。3 结语鉴于传统方法在施工过程中对目标建筑物沉降控制存在较大安全隐患、纠倾效果差,甚至导致目标建筑物遭到破坏等问题,结合工程实践,文章公开了一种基于应力解除法沉降纠倾的结构设计及工艺方法。该方法实现了“地上地下协同变形控制”技术目标,有效解决了因水平沉降孔过度变形而导致发生矫枉过正的不良现象,可有效解决行业当前的“痛点”问题,旨在为我国重点领域建筑结构沉降控制“过程性”安全施工提供技术参考,注重校企合作研发,共同为我国建筑安全施工领域高质量发展技术创新理念,以期为行业相关技术人员提供理论技术借鉴。参考文献:1 孙宏伟.主裙楼建筑差异沉降控制技术新进展J.施工技术(中英文),2 0 2 1,5 0(1 3):7 6 8 2.2 张忠,李维滨,沈炜.基于A B AQU S的超高层建筑逆作法施工控制研究J.施工技术,2 0 1 4,4 3(1 9):91 2,1 6.3 李晓勇.既有高层建筑物纠偏及桩基补强案例分析J.地基处理,2 0 2 0,2(2):1 4 3 1 4 7.4 凡家恒.深填黄土场地既有高层建筑物纠偏加固技术研究与工程应用D.兰州:兰州理工大学,2 0 2 1.5 张鑫,邓祥文,岳庆霞.建筑物掏土纠倾法孔周土压力和破坏特性试验研究J.建筑结构学报,2 0 1 9,4 0(7):1 8 3 1 9 0.6 程明星.某框架结构建筑物纠偏加固及施工过程突发情况应对方案J.浙江建筑,2 0 2 1,3 8(1):4 3 4 7.7 岳庆霞,任妍萌,张鑫,等.建筑物掏土纠倾法单孔与多孔塑性区特性研究及工程应 用J.建筑 结 构学 报,2 0 2 2,4 3(8):2 6 6 2 7 3.8 唐君,闫双跃,段启伟,等.掏土法与锚杆静压桩联合纠倾技术在某高层住宅的工程应用J.建筑科学,2 0 2 1,3 7(7):1 3 1 1 3 8.(责任编辑:梁赛平)