內容詳情
既有建筑糾偏加固信息化 施工技術(shù)應用研究
分類(lèi)：
職工文苑
作者：
王磊
來(lái)源：
直屬分公司
發(fā)布時(shí)間：
2025-12-05 15:53
1建筑物傾斜概況
陜西某水泥庫是鋼筋混凝土筒倉結構，高度為48米，直徑為18.4米?；A采用人工挖孔灌注樁和承臺筏板形式，樁長(cháng)為29米，樁徑為1米；承臺筏板厚度為1.8米，直徑為20.4米，筏板底埋深為4米。該建筑物設計庫結構入料總重為197340 kN，未入料結構總重為67340 kN[3]。
該水泥庫場(chǎng)地地表混凝土層損壞且場(chǎng)地排水不暢，黃土地基在雨季受水浸泡發(fā)生濕陷，產(chǎn)生負摩阻力，使樁基承載力降低，引發(fā)不均勻沉降，導致水泥庫整體向西北傾。偏移量為325mm，傾斜率為0.0159。根據《建筑樁基技術(shù)規范》JGJ94-2008[4]，該建筑整體傾斜率的允許值為s≤0.006，目前整體傾斜率已超出規范要求9.9‰。
2糾偏加固設計
根據筒倉的變形現狀、地基基礎及上部結構情況，設計采用靜壓混凝土空心方樁法進(jìn)行地基基礎加固和PLC控制系統頂升法進(jìn)行基礎糾偏。
2.1地基加固設計
根據樁基變剛度調平設計原則，考慮整體樁基系統在受力時(shí)能夠保持均勻的變形特性，避免局部剛度過(guò)大或過(guò)小導致的不均勻沉降和結構損壞。本工程采用50根預制混凝土空心方樁提高樁基礎的承載能力，滿(mǎn)足滿(mǎn)倉情況下的承載要求，確保水泥庫在使用過(guò)程中的安全性和穩定性。為滿(mǎn)足北側切樁、頂升的要求，采取100%置換率，西北側布置36根混凝土空心方樁。為增強筒倉的整體穩定性東南側布置14混凝土空心方樁，共布置50根鋼管樁，設計樁長(cháng)41m?；A加固布樁如圖1所示：
圖1 基礎加固布樁圖
2.2 切樁頂升糾偏設計
對建筑物基礎下方的灌注樁進(jìn)行截斷處理，并在截斷的上下樁段之間安裝頂升千斤頂。通過(guò)精確控制千斤頂的頂升動(dòng)作，使建筑物能夠沿著(zhù)預設的設計軸線(xiàn)進(jìn)行平面旋轉，從而有效糾正其傾斜狀態(tài)。
2.2.1 頂升樁數確定
在進(jìn)行切樁和頂升時(shí)，筒倉的受力狀態(tài)需要保持平衡。切樁的數量和分布需要根據建筑物的重心、受力中心及偏移方向來(lái)設計，以確保在頂升過(guò)程中能均勻分布受力，避免產(chǎn)生新的偏移和傾斜。頂升點(diǎn)應盡量均勻分布，以確保施加的力量能夠均勻傳導，避免產(chǎn)生不均勻的應力集中。頂升樁數量可按下式估算[5]：
（1）
式中：n頂升樁數量(根)； Qk筒倉需抬升的豎向荷載標準值(KN)； Na頂升點(diǎn)的抬頂升荷載值(kN)，取千斤頂額定工作荷載的 80%；k安全系數，取2.0。
根據公式計算出擬切斷樁數為10根。綜合考慮結構的整體剛度、質(zhì)量分布、受力平衡、糾偏效果等，設計切樁數量為14根。設計切斷的灌注樁如下圖所示D-1~D-14，切樁后使用液壓千斤頂對水泥庫傾斜度進(jìn)行頂升糾傾調整。切樁位置如圖2所示：
圖2 切樁位置圖
2.2.2 頂升量計算
根據樁底的軸力及頂升量，選用額定起重量 300t(3000 kN)，行程 200 mm的液壓千斤頂，每根樁側對稱(chēng)布置三臺，可以頂升的力達到9000 kN，滿(mǎn)足最不利的情況。因此共計 42個(gè)千斤頂。
各點(diǎn)頂升量應按下式計算[5]:
（2）
式中，
為第j樁計算抬升量(mm)；
為轉動(dòng)軸至計算抬升樁的水平距離(mm)；L為轉動(dòng)軸至計算沉降最大點(diǎn)的水平距離(mm)，L=10200mm，;
為建筑糾偏設計最大抬升量(mm)。
（3）
各頂升樁設計頂升量見(jiàn)表1。
表1 2#筒倉各基樁設計頂升量
Table 3-12 Design uplift amount for each base pile of silo No. 2
樁號 |
|
| 樁號 |
|
|
D-1 | 3696 | 80 | D-8 | 3696 | 80 |
D-2 | 6231 | 135 | D-9 | 2199 | 48 |
D-3 | 8082 | 175 | D-10 | 4641 | 101 |
D-4 | 9075 | 197 | D-11 | 6020 | 130 |
D-5 | 9110 | 197 | D-12 | 6020 | 130 |
D-6 | 8091 | 175 | D-13 | 9075 | 101 |
D-7 | 6231 | 135 | D-14 | 2199 | 48 |
3 信息化施工糾偏加固方法
為確保糾偏加固工程的精準性和安全性，本研究采用信息化施工技術(shù)，結合PLC控制系統，對施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監測與動(dòng)態(tài)調整。整體施工順序為：巷道開(kāi)挖→空心方樁加固地基→截樁→安裝千斤頂→頂升糾偏→注漿鋼管托換加塞鋼墊板→灌注樁恢復→巷道回填。以下各節將系統介紹這一技術(shù)體系的具體實(shí)施方法與實(shí)際效果。
3.1 PLC控制系統設計
在建筑工程中，尤其是在基礎沉降、結構變形等情況下，頂升法是一種常用的糾偏技術(shù)。PLC控制系統在頂升法中的應用，能夠實(shí)現高精度、高效率的控制，確保建筑物的安全和穩定。通過(guò)PLC控制系統，可以變形監測各個(gè)千斤頂的壓力和位移，自動(dòng)調整控制策略，確保各個(gè)頂升點(diǎn)的同步性，從而有效糾正建筑物的傾斜和沉降[2]。主要包括以下設計步驟：
（1）系統設計：根據建筑物的結構特點(diǎn)和糾偏需求，設計頂升系統，包括選擇合適的液壓千斤頂、傳感器和PLC控制器。
（2）監測設備選型：選擇高精度的位移傳感器和壓力傳感器，以便變形監測頂升過(guò)程中的位移和負載情況。
（3）控制邏輯編寫(xiě)：在PLC中編寫(xiě)控制程序，設定控制邏輯，實(shí)現對多個(gè)千斤頂的同步控制，確保頂升過(guò)程中的高度差控制在合理范圍內。
（4）數據采集和反饋：通過(guò)PLC系統采集傳感器數據，進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并根據反饋調整頂升速度和壓力。
3.2 預壓方樁加固地基信息化施工
本工程預壓托換樁為新增D1-D50混凝土空心方樁50根，邊長(cháng)500mm樁，樁段長(cháng) L=1.0-1.5m，相鄰短樁采用電焊焊接。預壓方樁基礎托換施工順序：導坑開(kāi)挖→用鋼尺量距測放樁位→清理基礎底面粘土→靜壓沉樁→接樁→PLC控制系統監測→樁式托換。
（1）在導坑底部，使用鋼尺進(jìn)行測量，準確標定每根樁的位置。確保樁位符合設計要求。
（2）使用鏟子和鐵鍬逐步去除基礎底面上的粘土，確?；A底面光滑，無(wú)大塊的土壤殘留，確保底面清潔。使用整平鋼板或鐵鍬進(jìn)行整平，使得壓樁基底平整。
（3）在千斤頂施壓前，檢查千斤頂的垂直度，確保千斤頂與樁體之間的連接是垂直的。如果發(fā)現傾斜，可通過(guò)調整千斤頂的位置或高度，進(jìn)行微調以確保其垂直度。
（4）PLC控制系統壓樁
PLC控制系統自動(dòng)控制液壓千斤頂的施壓過(guò)程，通過(guò)預設的壓樁力參數，如果壓樁力未達到預設值，系統會(huì )自動(dòng)提示增加樁長(cháng)，直至達到設計壓樁力。由于預壓法壓樁工藝無(wú)法像成孔灌注樁一樣可以直觀(guān)看到樁端持力層土壤情況，對于壓樁是否達到預設持力層不能較好判斷，通過(guò)系統數據分析實(shí)時(shí)監測樁端持力層承載力，確保樁端達到設計持力層。壓樁結束后，PLC控制系統自動(dòng)啟動(dòng)恒壓支頂，防止基礎發(fā)生附加沉降。通過(guò)實(shí)時(shí)監測支頂壓力，確保恒壓支頂的穩定性和有效性。壓樁過(guò)程如圖3-圖5所示：
（a）操作臺 （b）控制界面
圖3 PLC控制系統
圖4方樁安裝 圖5 靜力壓樁
PLC系統自動(dòng)記錄壓樁過(guò)程中的關(guān)鍵數據，包括壓樁力、樁長(cháng)、垂直度等。數據通過(guò)信息化平臺實(shí)時(shí)上傳，施工管理人員可以通過(guò)平臺隨時(shí)查看施工進(jìn)度和質(zhì)量，確保施工按計劃進(jìn)行。通過(guò)數據分析，對地層局部存在的差異性進(jìn)行優(yōu)化設計，優(yōu)化后壓樁結果如圖6所示。
圖6 基礎加固壓樁結果圖
從圖中可以看出樁長(cháng)分布在35m至43m之間，其中樁長(cháng)41m-43m的樁數占比54%，該占比樁長(cháng)主要布置在基礎西北側，與沉降量較大方向較一致；樁長(cháng)35m-39m樁數占比32%，主要布置在基礎南側，與筒倉實(shí)際沉降較少方向一致。與設計樁長(cháng)41m相比，有46%的樁長(cháng)小于設計值，54%的樁長(cháng)大于設計值。施工平均樁長(cháng)為39m，比設計樁長(cháng)小4.9%，說(shuō)明設計方案對樁長(cháng)的估算較為準確。
（5）樁式托換
1）每根方樁在壓至預定壓力后，應在該預加壓力下進(jìn)行樁式托換作業(yè)。托換壓力P應不小于最終壓樁力P，同時(shí)也不宜超過(guò)1.05P。托換持續時(shí)間應不少于30分鐘，并應詳細記錄施工過(guò)程。
2）托換所用的鋼管長(cháng)度應根據現場(chǎng)實(shí)際測量尺寸來(lái)確定。為調整空隙，可使用鋼板進(jìn)行微調，并用鐵錘將鋼板敲入方樁與托換鋼管之間，使其緊密貼合。達到換托目的后，方可進(jìn)行卸壓操作。
3）在鋼管頂部應預留孔洞，待接樁作業(yè)完成后，從預留孔口中澆灌C20混凝土進(jìn)行填芯處理。
3.3 灌注樁切樁施工
（1）切樁
在灌注樁頂面下0.5m和1.05m處標記切割位置，以確保切割線(xiàn)的準確性。首先，剝離灌注樁的混凝土保護層，露出鋼筋，并將鋼筋向兩側彎曲以避免切割時(shí)的干擾。切割樁體時(shí)采用靜力切割方法，確保切割后的斷面平整光滑。如發(fā)現切割面存在不水平的情況，應使用打磨機進(jìn)行打磨，直至斷面達到水平要求。切樁的高度為550mm。
（2）粘貼鋼板
鋼板尺寸為直徑820mm、厚度15mm，應在進(jìn)場(chǎng)前加工完畢。在切樁前，需將鋼板表面打磨至清潔光滑。切樁完成后，應立即將鋼板與斷樁表面進(jìn)行粘貼固定。粘貼時(shí)應保證膠層厚度均勻，確保粘貼后的鋼板也處在水平位置。圖7為切樁過(guò)程。
圖7 繩鋸切樁
（3）安裝千斤頂
1）在斷樁部位的上下兩端，各設置一層鋼墊板。鋼墊板的直徑為820mm，壁厚為15mm。鋼墊板與混凝土之間，采用粘鋼膠進(jìn)行填充，確保密實(shí)無(wú)隙。
2）在中斷部位設置3個(gè)液壓千斤頂，每個(gè)千斤頂的升力不小于300 t，最大頂升行程為200mm，且工作時(shí)的工作壓力不大于其額定功率的60%。在千斤頂的周?chē)?，按照圖示位置分別安裝四個(gè)鋼支撐。鋼支撐采用直徑為219mm、壁厚為20mm的鋼管制作，內部填充C40高強無(wú)機灌漿料，確保密實(shí)。
3.4 信息化頂升施工
（1）頂升過(guò)程中頂升量的控制
頂升工作計劃分四個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段的最大頂升量不超過(guò)50mm。根據最大頂升樁的預計頂升總量，合理分配并確定每次每個(gè)頂升樁的具體頂升量，各階段設計頂升量見(jiàn)表5-1。
（2）PLC系統同步頂升控制
PLC系統通過(guò)壓力傳感器和位移傳感器對每個(gè)千斤頂的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。一旦作業(yè)過(guò)程中出現異常，例如監測到某個(gè)千斤頂的壓力與位移均無(wú)變化，或者千斤頂的壓力值突然下降且低于設定值的90%等情況，PLC系統能迅速捕捉這些異常信號并發(fā)出警報。施工人員迅速暫定頂升，逐步排查原因，并解決，確保頂升的安全性。
PLC控制系統通過(guò)預設的頂升量和糾偏目標，自動(dòng)控制同一根樁上的3個(gè)千斤頂同步頂升，確保頂升過(guò)程的均勻性和穩定性。系統監測每個(gè)千斤頂的壓力、位移和傾斜度，確保頂升高度從最外側樁到中心樁依次遞減。如果發(fā)現某個(gè)千斤頂的頂升量與其他千斤頂不同步，系統會(huì )自動(dòng)調整該千斤頂的壓力和行程，確保同步性。
對于14根樁共計42個(gè)千斤頂，PLC系統實(shí)現了全局同步控制。系統通過(guò)中央控制單元協(xié)調各樁的頂升過(guò)程，頂升過(guò)程分為四個(gè)階段，每個(gè)階段的最大頂升量不超過(guò)50mm。通過(guò)預設的頂升量和糾偏目標，精確調整每個(gè)千斤頂的頂升高度，頂升數據實(shí)時(shí)上傳至信息化平臺，施工管理人員可以隨時(shí)查看每個(gè)頂升樁的頂升量和傾斜度。
（3）動(dòng)態(tài)調控糾偏過(guò)程
首次與第二次頂升，依據預定的頂升量，執行第一次頂升操作，并詳細記錄每個(gè)頂升樁的實(shí)際頂升狀況。在第一次和第二次頂升完成后，對筒倉整體傾斜測量。將實(shí)際測量結果與預先設定的目標值進(jìn)行比對，分析是否存在超出預期的傾斜情況或高度差異。如果測量結果表明整體傾斜超出范圍，應及時(shí)調整后續擬頂升量，重新計算每次頂升的具體量，保持整體結構的均勻性。在調整方案實(shí)施后，繼續進(jìn)行第三次和第四次頂升，按照新確定的頂升量進(jìn)行操作。每次完成頂升操作后，都需重新進(jìn)行傾斜度和高度差的測量，以確保結構在整個(gè)頂升過(guò)程中始終保持穩定。詳細記錄每次頂升的實(shí)際操作數據、測量結果及調整方案，以便日后查閱和分析。建立反饋機制，及時(shí)將測量數據和糾偏措施反饋給相關(guān)技術(shù)人員和管理層，以便進(jìn)行更好的決策和調整。圖8為加壓頂升過(guò)程。
（a）液壓系統 （b）千斤頂頂升
圖8 加壓頂升過(guò)程
3.5頂升效果分析：
各頂升點(diǎn)實(shí)際頂升情況和設計頂升量詳見(jiàn)表5-1。根據表5-1可知D-4和D-5頂升量最大為195mm，頂升監測對應位置基礎底面向上位移為219mm，建筑糾偏后傾斜率為（325-219）/20400=5.2‰<6‰，與糾偏前15.9‰相比，降低了9.9‰糾偏效果滿(mǎn)足要求。
表5-1 實(shí)際頂升量和設計頂升量對比表
Table 5-1 Planned uplift amount
頂升樁號 | 施工每次頂升量（mm） | 累計頂升量 （mm） | 設計頂升量（mm） | 偏差 （mm） | ||||
第1次 | 第2次 | 第3次 | 第4次 | |||||
D-1 | 20 | 20 | 20 | 15 | 75 | 80 | -5 | |
D-2 | 34 | 34 | 34 | 30 | 132 | 135 | -3 | |
D-3 | 44 | 44 | 44 | 40 | 172 | 175 | -3 | |
D-4 | 50 | 50 | 50 | 45 | 195 | 197 | -2 | |
D-5 | 50 | 50 | 50 | 45 | 195 | 197 | -2 | |
D-6 | 44 | 44 | 44 | 40 | 172 | 175 | -3 | |
D-7 | 34 | 34 | 34 | 30 | 132 | 135 | -3 | |
D-8 | 20 | 20 | 20 | 20 | 80 | 80 | 0 | |
D-9 | 12 | 12 | 12 | 10 | 46 | 48 | -2 | |
D-10 | 26 | 26 | 26 | 20 | 98 | 101 | -3 | |
D-11 | 33 | 33 | 33 | 30 | 129 | 130 | -1 | |
D-12 | 33 | 33 | 33 | 30 | 129 | 130 | -1 | |
D-13 | 26 | 26 | 26 | 20 | 98 | 101 | -3 | |
D-14 | 12 | 12 | 12 | 10 | 46 | 48 | -2 | |
3.6 補樁還原
（1）在切斷樁的部位上下各360mm范圍內，使用切割機和打磨機剔除混凝土保護層，露出原灌注樁的鋼筋和混凝土，小心操作，確保不損傷原樁體的鋼筋。
（2）檢查露出的原樁鋼筋，確保其沒(méi)有銹蝕和損傷。如有銹蝕，需進(jìn)行除銹處理。
（3）將HRB400直徑18mm的鋼筋切割成合適長(cháng)度，按照設計要求進(jìn)行焊接。確保連接牢固，焊接部位應進(jìn)行檢查，確保焊縫均勻且無(wú)缺陷。
（4）在恢復樁體的外側，按照Φ8@100的間距設置螺旋箍筋，確保箍筋與原樁鋼筋連接良好，并有足夠的錨固長(cháng)度。
（5）在恢復區域周?chē)гO模板，確保模板堅固且密封良好，以防止灌漿料漏出。模板高度應覆蓋550mm的恢復區域。
（6）按照產(chǎn)品說(shuō)明，充分攪拌C40高強無(wú)機灌漿料，確保其均勻性。將混合好的灌漿料均勻澆筑到支模內，使用振動(dòng)器對混凝土進(jìn)行振實(shí)，以去除氣泡并提高密實(shí)度。
（7）澆筑完成后，應進(jìn)行養護?？刹捎酶采w濕草簾或灑水等方式，保持混凝土表面濕潤，避免干裂。
圖9 鋼筋連接 圖10修復樁體
4結論
本文圍繞陜西某水泥庫因黃土地基濕陷引發(fā)的不均勻沉降問(wèn)題，提出了一套全面的信息化糾偏加固施工流程。通過(guò)PLC控制系統實(shí)現靜壓混凝土空心方樁加固和同步頂升糾偏，成功將建筑物的傾斜率從15.9‰降至5.2‰，滿(mǎn)足規范要求。PLC控制系統能夠實(shí)時(shí)監測和調整施工參數，動(dòng)態(tài)優(yōu)化樁基布置和頂升過(guò)程，確保施工精度和安全性，顯著(zhù)提高了糾偏效率并降低了人工成本。靜壓樁加固與頂升糾偏相結合的技術(shù)體系，有效解決了濕陷性黃土地基引發(fā)的不均勻沉降問(wèn)題，為類(lèi)似工程提供了可借鑒的施工流程和技術(shù)方案。
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