专利名称：一种可控精确组合纠倾方法
技术领域：
本发明属于建筑物或构筑物(以下合称为建(构)筑物)纠倾工程技
术领域，具体地说是一种可控性好、精度高的组合纠倾方法。
技术背景建(构)筑物纠倾技术是随着人类生产、生活需要发展起来的一门新 兴学科，属于岩土工程专业的一个分支，系指建(构)筑物由于地基基础或建(构)筑物本 身因某种原因如地震、水害、加载、卸载、滑坡或结构本身的差异风化、人为破坏等造成不均 匀沉降超过规定限度，使建(构)筑物重心偏离底面形心而倾斜开裂，严重影响其正常使用 功能时，所采取的纠倾扶正措施。 目前，建(构)筑物纠倾方法大致有三十多种，根据处理方式可归结为迫降法、抬 升法、预留法、横向加载法和综合法等五大类。由于建(构)筑物的多样性及地基地质条 件的复杂性，不同倾斜建(构)筑物的纠倾方法也不尽相同，无论采用那种方法实施纠倾， 都必须解决控制和精度问题，脆性材料的突然破坏问题(即"突沉")、纠倾不到位或纠倾过 量、复倾等问题。要确保纠倾过程中的绝对安全和高效，就必须具备可控性好、精度高的保 证措施。 基底掏土纠倾法属于迫降法中的一种，是建(构)筑物纠倾工程中最基本的纠倾 方法。它是在建(构)筑物少沉侧的基础下进行掏挖，取出适量地基土，削减基底的受力面 积，在上部结构荷载的作用下，该侧地基应力增大，引起地基新的沉降，从而有效调整基础 的沉降差，以达到纠倾扶正建(构)筑物的目的。 目前，由于基底掏土纠倾法尚未形成系统的理论体系，此类技术仍以土力学理论
为指导、借鉴以往的经验来指导工程实践。因此，该类纠倾方法掏土量难以精准掌握，建
(构)筑物容易产生突沉、存在施工风险大、可控性差和纠倾精度低等缺陷。 预应力锚索作为一种锚固技术，已广泛应用于水电、公路、铁路、矿山、市政等各类
岩土边坡加固领域，取得了显著的经济效益和社会效益，已成为各类岩土工程加固的主要
手段。其原理是通过钻孔穿过软弱岩层或滑动面，使锚固段进入稳定岩层一定深度以提供
锚固力，其次在外锚头处设置反力系统，然后对锚索施加预应力张拉、锁定，从而达到加固
不稳定岩体的目的，加力装置是通过电动油泵液压系统及油压表实现的，可控性好。将预应
力锚索作为一种纠倾控制技术应用于建(构)筑物纠倾工程中，尚未有工程案例。 发明内容本发明目的在于提供一种能够提高建(构)筑物纠倾效率、人为可控
性和纠倾精确性的组合纠倾法，可有效避免建(构)筑物纠倾中"突沉"和纠倾后复倾现象
的发生。 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为 —种可控精确组合纠倾方法，将预应力锚索加载控制与水平钻孔掏土迫降有机组 合在一起，应用在建(构)筑物纠倾领域，通过以下步骤来实现①在倾斜建(构)筑物少沉侧旁开挖竖井，竖井深度至基础下1. 7m 2. 0m，形成
可供基底掏土的作业空间； ②根据掏土孔的设计长度、孔径、间距和方向，在竖井中基础下水平掏土，掏土应 "分井、分批、隔孔"进行，掏土纠倾时须加强建(构)筑物的沉降观测，当掏土至基础有微小
3下沉量时，停止掏土作业，进入下一步工序； ③根据建(构)筑物的倾斜力矩、基础和地基土强度，计算布设锚索的数量和单根 锚索受力，按照锚索的设计孔径和长度，在建(构)筑物少沉侧基础上进行锚索施工，锚索 须穿过基础并深入地基稳定地层中； ④待锚索孔内水泥砂浆达到设计强度后，在建(构)筑物基础上锚索外锚头处装 配应力传感器、液压千斤顶及锁定装置，由锚索、液压千斤顶及与其相连的电动油泵构成加 力系统，由应力传感器及电动油泵上设置的油压表构成测力系统； ⑤利用液压千斤顶对锚索进行分级加载张拉，同时记录油压表及传感器的读数，
校核加力的大小，实时监控建(构)筑物沉降及变位情况，及时反馈信息； ⑥根据反馈信息，当锚索加力值尚未达到设计荷载，建(构)筑物回倾即将达到预
定纠倾目标时，停止锚索加力；当锚索加力值达到设计荷载后，建(构)筑物回倾量尚未达
到预定纠倾目标时，对液压千斤顶卸载，继续增加基底掏土孔数量，当掏土至基础有微小下
沉量时，再次利用液压千斤顶对锚索分级加压，同时记录传感器及油压表的读数，进行微调
控制纠倾，直至达到纠倾目标为止； ⑦达到预定纠倾目标后，对少沉侧的锚索施加预应力并锁定在建(构)筑物基础 上，以防复倾； ⑧对基础下掏土孔用水泥砂浆充填密实，竖井用灰土进行夯填，并恢复至原地面。
上述竖井根据地层情况，须分段开挖，并设置砖或钢筋混凝土护壁，井内需辅以照 明、防水措施。 上述掏土孔直径为90mm 300mm，掏土孔长度为2m 15m。当倾斜方向与建(构) 筑物某边平行时，将掏土孔平行布设其方向与倾斜方向一致；当倾斜方向趋于建(构)筑物 对角方向时，将掏土孔布设成放射状。 上述锚索孔径为90 130mm，锚索的钢绞线束一般由4 8根高强度低松弛、直径 为。15. 24钢绞线加工而成，锚索设计荷载愈大，则锚索孔径越大、钢绞线根数亦愈多，锚 索注浆用水泥砂浆强度不低于M30。 上述锚索进行分级加载张拉时，一般每100 150kN为一级，每级加载持荷时间为 0. 5 1小时，若建(构)筑物基础局部强度无法满足最大加载力要求时，须在基础上锚索 外锚头处设置钢筋混凝土锚索垫墩或锚索梁，以提高基础局部承载力，锚索墩或锚索梁混 凝土强度不低于C25。 本发明提供的上述可控精确组合纠倾方法，首次将预应力锚索技术引入到建 (构)筑物纠倾控制领域中，并与基底掏土迫降纠倾法有机结合，通过掏土减少地基承载面 积、锚索加压增大基底附加应力的双重效应，促使地基局部沉降，并通过调整不同部位锚索 受力的大小，控制建(构)筑物回倾速率和回倾方向，从而达到纠倾的目的。加力系统由液 压千斤顶、电动油泵及锚索共同组成，测力系统由传感器及油压表组成并相互校验，加力时 锚索受拉，基础受压，地基应力增大，进而加速少沉侧地基沉降变形，消除基础差异沉降。锚 索加力越大，基础下沉越大，故通过控制加力的大小可控制建(构)筑物回倾的速率；通过 调整建(构)筑物周边不同竖井内锚索的受力，便能控制建(构)筑物的回倾方向。该方 法最大的优点是可控性好、精确度高、安全稳妥，因为施力大小通过油压表、应力传感器精 确显示；加载与卸荷通过电动油泵旋钮精准控制，若与电脑联机则可控性更高，倘若千斤顶
4加力过大，基础下沉幅度亦大，则锚索张力随之自动减小，进而降低了基础受力，减缓了基 础的沉降速率，这种"自动刹车"功能以及油压表和传感器的双重校核机制，极大地提高了 纠倾过程中的安全可靠性、降低了风险。此外，锚索加压纠倾装置占用空间小、加载吨位大、 操作简单易行，与单纯掏土迫降纠倾法相比，不仅提高了纠倾效率，而且避免了掏土的盲目 性和突沉效应，降低了纠倾风险，极大提高了纠倾的可控性、精确性和安全性。特别是纠倾 完成后，给锚索施加适当预应力并锁定在基础上，可提高建(构)筑物的稳定性并防止复倾 等诸多优点。本发明为建(构)筑物纠倾提供了一种新的可控精确组合纠倾方法，可应用 于建(构)筑物纠倾加固领域。
图1为本发明基底钻孔掏土与锚索加压调控组合纠倾法原理图；
图2为本发明锚索锁定防"复倾"加固原理示意图。 图中1.建(构)筑物；2.少沉侧；3.多沉侧；4.竖井；5.护壁；6.锚索；7.液 压千斤顶；8.应力传感器；9.基础；IO.地基；ll.掏土孔；12.剩余偏心力矩；13.重心； 14.锚索预应力。
具体实施方式
为进一步阐述本发明在实现预定目的时所采用的技术手段和技
术效果，下面结合具体实施例及其附图对本发明作进一步说明。 如图1、图2所示，将本发明技术方案用于某高层住宅楼纠倾加固工程中，其具体 实施步骤如下 首先，在倾斜建(构)筑物1少沉侧2的基础9上开挖竖井4，竖井4平面位置与基 础9外挑部分搭接0. 7m 1. 0m宽度，竖井4根据地层情况须分段开挖，挖至基础9下1. 8m 处，形成基底掏土作业的工作空间，竖井护壁5可用砖或者钢筋混凝土筑成，根据地质情况 在竖井4中辅以照明、防水措施；之后根据地基最大承载力计算出掏土量，结合建(构)筑 物回倾量及建(构)筑物平面尺寸设计掏土孔长度、孔径、间距和方向，掏土孔11直径一般 控制在90mm 300mm范围内，掏土孔长度控制在2m 15m范围内，当倾斜方向与建(构) 筑物1某边平行时，将掏土孔11平行布设其方向与倾斜方向一致；当倾斜方向趋于建(构) 筑物1对角方向时，将掏土孔11布设成放射状，在竖井4内基础9下采用钻机或者射水枪 掏土，掏土孔11按照"分井、分批、隔？L"的原则施工，以保证基础9受力、变形线性均匀，掏 土孔11施工期间加强建(构)筑物1的沉降观测，当掏土至少沉侧3的基础有微小下沉量 时，即处于下沉临界状态时( 一般情况下很难量化，实际操作时，可以在掏土孔处放置一切 削规则的土块，观察出现裂缝即停止掏土，理论上可以勉强认为少沉侧3的沉降速率达到 1. 8 2. 2mm/d时)，停止掏土 ；根据建(构)筑物1的倾斜力矩、基础9和地基土强度，计 算布设锚索6的数量和单根锚索受力，按照锚索6的设计孔径和长度，在建(构)筑物1少 沉侧2基础9上进行锚索6施工，锚索6须穿过基础9并深入地基稳定地层中，孔径控制在 90 130mm范围内，锚索6的钢绞线束一般由4 8根高强度低松弛、直径为。15. 24钢 绞线加工而成，锚索6设计荷载愈大，则锚索孔径越大、钢绞线根数亦愈多，锚索注浆用水 泥砂浆强度不低于M30 ;当锚索水泥砂浆强度达到设计强度后，在基础9上外锚头处装配应 力传感器8、液压千斤顶7和锁定装置，由锚索6、液压千斤顶7及与其相连的电动油泵构成 加力系统，由应力传感器8及电动油泵上设置的油压表构成测力系统，若建(构)筑物l基 础9局部强度无法满足锚索6最大加载力要求时，须在基础9上锚索外锚头处设置钢筋混 凝土锚索垫墩或锚索梁，以提高基础局部承载力，锚索墩或锚索梁混凝土强度不低于C25 ;
5利用液压千斤顶7对锚索6进行分级张拉加载，以达到增大建(构)筑物1少沉侧2的地 基附加应力，促使该侧基础9沉降的目的，分级张拉加载一般每100 150kN为一级，每级 加载持荷时间为0. 5 1小时，同时记录油压表及应力传感器8的读数，校核加力的大小， 实时监控建(构)筑物沉降及变位情况，及时反馈信息；根据反馈信息，当锚索6加力值尚 未达到设计荷载，建(构)筑物1回倾即将达到预定纠倾目标时，停止锚索6加力；当锚索 6加力值达到设计荷载后，建(构)筑物1回倾量尚未达到预定纠倾目标时，对液压千斤顶 7卸载，继续增加基底掏土孔11的数量，当掏土至少沉侧3的基础有微小下沉量时，再次利 用液压千斤顶7对锚索6分级加压，同时记录应力传感器8及油压表的读数，进行微调控制 纠倾，直至达到纠倾目标为止；纠倾完成后，对设置在少沉侧2的锚索6施加锚索预应力F， 锁定建(构)筑物1基础9以防"复倾";对基础9下掏土孔11用水泥砂浆充填密实，竖井 4用灰土进行夯填，并恢复至原地面，灰土强度要与原地基土强度一致，配比现场试配后确 定。 某高层住宅楼的纠倾试验证明采用该纠倾方法是科学合理、安全稳妥、切实可行 的。该种纠倾方法不仅大大提高了大楼在纠倾过程中的人为可控性和纠倾精确性，未发生 "突沉"现象，且从整体上增强了大楼的长期稳定性及抗震性。 上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式
，并非用来对本发明进行限制。本 领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，在本发明所提 供的技术启示下，还可以对本发明的具体实施方式
做出其它等同变型和改进，这些变更和 替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
权利要求
一种可控精确组合纠倾方法，其特征是将预应力锚索加载控制与水平钻孔掏土迫降有机组合在一起，应用在建筑物或构筑物纠倾领域，具体通过以下步骤来实现①在倾斜建筑物或构筑物少沉侧旁开挖竖井，竖井深度至基础下1.7m～2.0m，形成可供基底掏土的作业空间；②根据掏土孔的设计长度、孔径、间距和方向，在竖井中基础下水平掏土，掏土应“分井、分批、隔孔”进行，掏土纠倾时须加强建筑物或构筑物的沉降观测，当掏土至基础有微小下沉量时，停止掏土作业，进入下一步工序；③根据建筑物或构筑物的倾斜力矩、基础和地基土强度，计算布设锚索的数量和单根锚索受力，按照锚索的设计孔径和长度，在建筑物或构筑物少沉侧基础上进行锚索施工，锚索须穿过基础并深入地基稳定地层中；④待锚索孔内水泥砂浆达到设计强度后，在建筑物或构筑物基础上锚索外锚头处装配应力传感器、液压千斤顶及锁定装置，由锚索、液压千斤顶及与其相连的电动油泵构成加力系统，由应力传感器及电动油泵上设置的油压表构成测力系统；⑤利用液压千斤顶对锚索进行分级加载张拉，同时记录油压表及传感器的读数，校核加力的大小，实时监控建筑物或构筑物沉降及变位情况，及时反馈信息；⑥根据反馈信息，当锚索加力值尚未达到设计荷载，建筑物或构筑物回倾即将达到预定纠倾目标时，停止锚索加力；当锚索加力值达到设计荷载后，建筑物或构筑物回倾量尚未达到预定纠倾目标时，对液压千斤顶卸载，继续增加基底掏土孔数量，当掏土至基础有微小下沉量时，再次利用液压千斤顶对锚索分级加压，同时记录传感器及油压表的读数，进行微调控制纠倾，直至达到纠倾目标为止；⑦达到预定纠倾目标后，对少沉侧的锚索施加预应力并锁定在建筑物或构筑物基础上，以防复倾；⑧对基础下掏土孔用水泥砂浆充填密实，竖井用灰土进行夯填，并恢复至原地面。
2. 根据权利要求1所述的可控精确组合纠倾方法，其特征是所述的竖井根据地层情 况，须分段开挖，并设置砖或钢筋混凝土护壁，井内需辅以照明、防水措施。
3. 根据权利要求1所述的可控精确组合纠倾方法，其特征是所述的掏土孔直径为 90mm 300mm，掏土孔长度为2m 15m，当倾斜方向与建筑物或构筑物某边平行时，将掏土 孔平行布设其方向与倾斜方向一致；当倾斜方向趋于建筑物或构筑物对角方向时，将掏土 孔布设成放射状。
4. 根据权利要求1所述的可控精确组合纠倾方法，其特征是所述的锚索孔径为90 130mm，锚索的钢绞线束一般由4 8根高强度低松弛、直径为①15. 24钢绞线加工而成， 锚索设计荷载愈大，则锚索孔径越大、钢绞线根数亦愈多，锚索注浆用水泥砂浆强度不低于 M30。
5. 根据权利要求1所述的可控精确组合纠倾方法，其特征是所述的锚索进行分级加 载张拉时，一般每100 150kN为一级，每级加载持荷时间为0. 5 1小时，若建筑物或构 筑物基础局部强度无法满足最大加载力要求时，须在基础上锚索外锚头处设置钢筋混凝土 锚索垫墩或锚索梁，以提高基础局部承载力，锚索墩或锚索梁混凝土强度不低于C25。
全文摘要
本发明提供了一种可控精确组合纠倾方法，在倾斜建(构)筑物少沉侧旁开挖竖井；在竖井中基础下水平掏土，掏土应“分井、分批、隔孔”进行；在少沉侧基础上进行锚索施工；对锚索进行分级加载张拉，并实时监控反馈信息；当锚索加力值达到设计荷载后，回倾量尚未达到预定纠倾目标时，卸载继续增加基底掏土孔数量，再次对锚索分级加压，直至达到纠倾目标为止。本发明首次将预应力锚索技术引入到建(构)筑物纠倾控制领域中，并与基底掏土迫降纠倾法有机结合，通过掏土减少地基承载面积、锚索加压增大基底附加应力的双重效应，促使地基局部沉降，并通过调整不同部位锚索受力的大小，控制建(构)筑物回倾速率和回倾方向，从而达到纠倾的目的。
文档编号E02D35/00GK101787717SQ201010125050
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月13日 优先权日2010年3月13日
发明者张小兵, 杨秀梅, 王桢, 程晓伟 申请人:中铁西北科学研究院有限公司