內(nèi)容詳情
既有建筑糾偏加固信息化 施工技術(shù)應(yīng)用研究
分類：
職工文苑
作者：
王磊
來源：
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(jié)構(gòu)，高度為48米，直徑為18.4米?；A(chǔ)采用人工挖孔灌注樁和承臺(tái)筏板形式，樁長(zhǎng)為29米，樁徑為1米；承臺(tái)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(shè)計(jì)庫結(jié)構(gòu)入料總重為197340 kN，未入料結(jié)構(gòu)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(fù)摩阻力，使樁基承載力降低，引發(fā)不均勻沉降，導(dǎo)致水泥庫整體向西北傾。偏移量為325mm，傾斜率為0.0159。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)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(guī)范要求9.9‰。
2糾偏加固設(shè)計(jì)
根據(jù)筒倉的變形現(xiàn)狀、地基基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)情況，設(shè)計(jì)采用靜壓混凝土空心方樁法進(jìn)行地基基礎(chǔ)加固和PLC控制系統(tǒng)頂升法進(jìn)行基礎(chǔ)糾偏。
2.1地基加固設(shè)計(jì)
根據(jù)樁基變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)原則，考慮整體樁基系統(tǒng)在受力時(shí)能夠保持均勻的變形特性，避免局部剛度過大或過小導(dǎo)致的不均勻沉降和結(jié)構(gòu)損壞。本工程采用50根預(yù)制混凝土空心方樁提高樁基礎(chǔ)的承載能力，滿足滿倉情況下的承載要求，確保水泥庫在使用過程中的安全性和穩(wěn)定性。為滿足北側(cè)切樁、頂升的要求，采取100%置換率，西北側(cè)布置36根混凝土空心方樁。為增強(qiáng)筒倉的整體穩(wěn)定性東南側(cè)布置14混凝土空心方樁，共布置50根鋼管樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)41m?；A(chǔ)加固布樁如圖1所示：
圖1 基礎(chǔ)加固布樁圖
2.2 切樁頂升糾偏設(shè)計(jì)
對(duì)建筑物基礎(chǔ)下方的灌注樁進(jìn)行截?cái)嗵幚?，并在截?cái)嗟纳舷聵抖沃g安裝頂升千斤頂。通過精確控制千斤頂?shù)捻斏齽?dòng)作，使建筑物能夠沿著預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行平面旋轉(zhuǎn)，從而有效糾正其傾斜狀態(tài)。
2.2.1 頂升樁數(shù)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(shù)量和分布需要根據(jù)建筑物的重心、受力中心及偏移方向來設(shè)計(jì)，以確保在頂升過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(yīng)盡量均勻分布，以確保施加的力量能夠均勻傳導(dǎo)，避免產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力集中。頂升樁數(shù)量可按下式估算[5]：
（1）
式中：n頂升樁數(shù)量(根)； Qk筒倉需抬升的豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，取2.0。
根據(jù)公式計(jì)算出擬切斷樁數(shù)為10根。綜合考慮結(jié)構(gòu)的整體剛度、質(zhì)量分布、受力平衡、糾偏效果等，設(shè)計(jì)切樁數(shù)量為14根。設(shè)計(jì)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(duì)水泥庫傾斜度進(jìn)行頂升糾傾調(diào)整。切樁位置如圖2所示：
圖2 切樁位置圖
2.2.2 頂升量計(jì)算
根據(jù)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(cè)對(duì)稱布置三臺(tái)，可以頂升的力達(dá)到9000 kN，滿足最不利的情況。因此共計(jì) 42個(gè)千斤頂。
各點(diǎn)頂升量應(yīng)按下式計(jì)算[5]:
（2）
式中，
為第j樁計(jì)算抬升量(mm)；
為轉(zhuǎn)動(dòng)軸至計(jì)算抬升樁的水平距離(mm)；L為轉(zhuǎn)動(dòng)軸至計(jì)算沉降最大點(diǎn)的水平距離(mm)，L=10200mm，;
為建筑糾偏設(shè)計(jì)最大抬升量(mm)。
（3）
各頂升樁設(shè)計(jì)頂升量見表1。
表1 2#筒倉各基樁設(shè)計(jì)頂升量
Table 3-12 Design uplift amount for each base pile of silo No. 2
樁號(hào) |
|
| 樁號(hào) |
|
|
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(zhǔn)性和安全性，本研究采用信息化施工技術(shù)，結(jié)合PLC控制系統(tǒng)，對(duì)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)整。整體施工順序?yàn)椋合锏篱_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(fù)→巷道回填。以下各節(jié)將系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計(jì)
在建筑工程中，尤其是在基礎(chǔ)沉降、結(jié)構(gòu)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(tǒng)在頂升法中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高效率的控制，確保建筑物的安全和穩(wěn)定。通過PLC控制系統(tǒng)，可以變形監(jiān)測(cè)各個(gè)千斤頂?shù)膲毫臀灰疲詣?dòng)調(diào)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(shè)計(jì)步驟：
（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和糾偏需求，設(shè)計(jì)頂升系統(tǒng)，包括選擇合適的液壓千斤頂、傳感器和PLC控制器。
（2）監(jiān)測(cè)設(shè)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(jiān)測(cè)頂升過程中的位移和負(fù)載情況。
（3）控制邏輯編寫：在PLC中編寫控制程序，設(shè)定控制邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)千斤頂?shù)耐娇刂?，確保頂升過程中的高度差控制在合理范圍內(nèi)。
（4）數(shù)據(jù)采集和反饋：通過PLC系統(tǒng)采集傳感器數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)反饋調(diào)整頂升速度和壓力。
3.2 預(yù)壓方樁加固地基信息化施工
本工程預(yù)壓托換樁為新增D1-D50混凝土空心方樁50根，邊長(zhǎng)500mm樁，樁段長(zhǎng) L=1.0-1.5m，相鄰短樁采用電焊焊接。預(yù)壓方樁基礎(chǔ)托換施工順序：導(dǎo)坑開挖→用鋼尺量距測(cè)放樁位→清理基礎(chǔ)底面粘土→靜壓沉樁→接樁→PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)→樁式托換。
（1）在導(dǎo)坑底部，使用鋼尺進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確標(biāo)定每根樁的位置。確保樁位符合設(shè)計(jì)要求。
（2）使用鏟子和鐵鍬逐步去除基礎(chǔ)底面上的粘土，確保基礎(chǔ)底面光滑，無大塊的土壤殘留，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?shù)拇怪倍?，確保千斤頂與樁體之間的連接是垂直的。如果發(fā)現(xiàn)傾斜，可通過調(diào)整千斤頂?shù)奈恢没蚋叨?，進(jìn)行微調(diào)以確保其垂直度。
（4）PLC控制系統(tǒng)壓樁
PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)控制液壓千斤頂?shù)氖哼^程，通過預(yù)設(shè)的壓樁力參數(shù)，如果壓樁力未達(dá)到預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示增加樁長(zhǎng)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)壓樁力。由于預(yù)壓法壓樁工藝無法像成孔灌注樁一樣可以直觀看到樁端持力層土壤情況，對(duì)于壓樁是否達(dá)到預(yù)設(shè)持力層不能較好判斷，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樁端持力層承載力，確保樁端達(dá)到設(shè)計(jì)持力層。壓樁結(jié)束后，PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)恒壓支頂，防止基礎(chǔ)發(fā)生附加沉降。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支頂壓力，確保恒壓支頂?shù)姆€(wěn)定性和有效性。壓樁過程如圖3-圖5所示：
（a）操作臺(tái) （b）控制界面
圖3 PLC控制系統(tǒng)
圖4方樁安裝 圖5 靜力壓樁
PLC系統(tǒng)自動(dòng)記錄壓樁過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括壓樁力、樁長(zhǎng)、垂直度等。數(shù)據(jù)通過信息化平臺(tái)實(shí)時(shí)上傳，施工管理人員可以通過平臺(tái)隨時(shí)查看施工進(jìn)度和質(zhì)量，確保施工按計(jì)劃進(jìn)行。通過數(shù)據(jù)分析，對(duì)地層局部存在的差異性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后壓樁結(jié)果如圖6所示。
圖6 基礎(chǔ)加固壓樁結(jié)果圖
從圖中可以看出樁長(zhǎng)分布在35m至43m之間，其中樁長(zhǎng)41m-43m的樁數(shù)占比54%，該占比樁長(zhǎng)主要布置在基礎(chǔ)西北側(cè)，與沉降量較大方向較一致；樁長(zhǎng)35m-39m樁數(shù)占比32%，主要布置在基礎(chǔ)南側(cè)，與筒倉實(shí)際沉降較少方向一致。與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)41m相比，有46%的樁長(zhǎng)小于設(shè)計(jì)值，54%的樁長(zhǎng)大于設(shè)計(jì)值。施工平均樁長(zhǎng)為39m，比設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)小4.9%，說明設(shè)計(jì)方案對(duì)樁長(zhǎng)的估算較為準(zhǔn)確。
（5）樁式托換
1）每根方樁在壓至預(yù)定壓力后，應(yīng)在該預(yù)加壓力下進(jìn)行樁式托換作業(yè)。托換壓力P應(yīng)不小于最終壓樁力P，同時(shí)也不宜超過1.05P。托換持續(xù)時(shí)間應(yīng)不少于30分鐘，并應(yīng)詳細(xì)記錄施工過程。
2）托換所用的鋼管長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量尺寸來確定。為調(diào)整空隙，可使用鋼板進(jìn)行微調(diào)，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(dá)到換托目的后，方可進(jìn)行卸壓操作。
3）在鋼管頂部應(yīng)預(yù)留孔洞，待接樁作業(yè)完成后，從預(yù)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(biāo)記切割位置，以確保切割線的準(zhǔn)確性。首先，剝離灌注樁的混凝土保護(hù)層，露出鋼筋，并將鋼筋向兩側(cè)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(xiàn)切割面存在不水平的情況，應(yīng)使用打磨機(jī)進(jìn)行打磨，直至斷面達(dá)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(yīng)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(yīng)立即將鋼板與斷樁表面進(jìn)行粘貼固定。粘貼時(shí)應(yīng)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(shè)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)無隙。
2）在中斷部位設(shè)置3個(gè)液壓千斤頂，每個(gè)千斤頂?shù)纳Σ恍∮?00 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?shù)闹車?，按照?qǐng)D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(nèi)部填充C40高強(qiáng)無機(jī)灌漿料，確保密實(shí)。
3.4 信息化頂升施工
（1）頂升過程中頂升量的控制
頂升工作計(jì)劃分四個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段的最大頂升量不超過50mm。根據(jù)最大頂升樁的預(yù)計(jì)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(shè)計(jì)頂升量見表5-1。
（2）PLC系統(tǒng)同步頂升控制
PLC系統(tǒng)通過壓力傳感器和位移傳感器對(duì)每個(gè)千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦作業(yè)過程中出現(xiàn)異常，例如監(jiān)測(cè)到某個(gè)千斤頂?shù)膲毫εc位移均無變化，或者千斤頂?shù)膲毫χ低蝗幌陆登业陀谠O(shè)定值的90%等情況，PLC系統(tǒng)能迅速捕捉這些異常信號(hào)并發(fā)出警報(bào)。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(tǒng)通過預(yù)設(shè)的頂升量和糾偏目標(biāo)，自動(dòng)控制同一根樁上的3個(gè)千斤頂同步頂升，確保頂升過程的均勻性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)每個(gè)千斤頂?shù)膲毫?、位移和傾斜度，確保頂升高度從最外側(cè)樁到中心樁依次遞減。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)千斤頂?shù)捻斏颗c其他千斤頂不同步，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整該千斤頂?shù)膲毫托谐?，確保同步性。
對(duì)于14根樁共計(jì)42個(gè)千斤頂，PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全局同步控制。系統(tǒng)通過中央控制單元協(xié)調(diào)各樁的頂升過程，頂升過程分為四個(gè)階段，每個(gè)階段的最大頂升量不超過50mm。通過預(yù)設(shè)的頂升量和糾偏目標(biāo)，精確調(diào)整每個(gè)千斤頂?shù)捻斏叨?，頂升?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至信息化平臺(tái)，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(diào)控糾偏過程
首次與第二次頂升，依據(jù)預(yù)定的頂升量，執(zhí)行第一次頂升操作，并詳細(xì)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(duì)筒倉整體傾斜測(cè)量。將實(shí)際測(cè)量結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比對(duì)，分析是否存在超出預(yù)期的傾斜情況或高度差異。如果測(cè)量結(jié)果表明整體傾斜超出范圍，應(yīng)及時(shí)調(diào)整后續(xù)擬頂升量，重新計(jì)算每次頂升的具體量，保持整體結(jié)構(gòu)的均勻性。在調(diào)整方案實(shí)施后，繼續(xù)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(cè)量，以確保結(jié)構(gòu)在整個(gè)頂升過程中始終保持穩(wěn)定。詳細(xì)記錄每次頂升的實(shí)際操作數(shù)據(jù)、測(cè)量結(jié)果及調(diào)整方案，以便日后查閱和分析。建立反饋機(jī)制，及時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)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(diào)整。圖8為加壓頂升過程。
（a）液壓系統(tǒng) （b）千斤頂頂升
圖8 加壓頂升過程
3.5頂升效果分析：
各頂升點(diǎn)實(shí)際頂升情況和設(shè)計(jì)頂升量詳見表5-1。根據(jù)表5-1可知D-4和D-5頂升量最大為195mm，頂升監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)位置基礎(chǔ)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‰糾偏效果滿足要求。
表5-1 實(shí)際頂升量和設(shè)計(jì)頂升量對(duì)比表
Table 5-1 Planned uplift amount
頂升樁號(hào) | 施工每次頂升量（mm） | 累計(jì)頂升量 （mm） | 設(shè)計(jì)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(bǔ)樁還原
（1）在切斷樁的部位上下各360mm范圍內(nèi)，使用切割機(jī)和打磨機(jī)剔除混凝土保護(hù)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(zhǎng)度，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接。確保連接牢固，焊接部位應(yīng)進(jìn)行檢查，確保焊縫均勻且無缺陷。
（4）在恢復(fù)樁體的外側(cè)，按照Φ8@100的間距設(shè)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(zhǎng)度。
（5）在恢復(fù)區(qū)域周圍支設(shè)模板，確保模板堅(jiān)固且密封良好，以防止灌漿料漏出。模板高度應(yīng)覆蓋550mm的恢復(fù)區(qū)域。
（6）按照產(chǎn)品說明，充分?jǐn)嚢鐲40高強(qiáng)無機(jī)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(nèi)，使用振動(dòng)器對(duì)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(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)?？刹捎酶采w濕草簾或?yàn)⑺确绞?，保持混凝土表面濕?rùn)，避免干裂。
圖9 鋼筋連接 圖10修復(fù)樁體
4結(jié)論
本文圍繞陜西某水泥庫因黃土地基濕陷引發(fā)的不均勻沉降問題，提出了一套全面的信息化糾偏加固施工流程。通過PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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‰，滿足規(guī)范要求。PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整施工參數(shù)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化樁基布置和頂升過程，確保施工精度和安全性，顯著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(jié)合的技術(shù)體系，有效解決了濕陷性黃土地基引發(fā)的不均勻沉降問題，為類似工程提供了可借鑒的施工流程和技術(shù)方案。
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