一种建筑截桩迫降量预测方法、设计方法及施工方法与流程

本发明涉及建筑物修复，特别是一种建筑截桩迫降量预测方法、设计方法及施工方法。

背景技术：

1、既有高层建筑发生倾斜时，需要对其进行纠偏处理，目前常见的纠偏方式是采用截桩法进行迫降纠偏，具体做法是，截断部分工程桩，其桩顶荷载会转移到其他桩上，从而使其他桩的轴力增大，桩顶产生竖向变形；对不同区域截取不同数量的桩，并产生不同程度的变形量，当其整体变形量与建筑物前期差异沉降方向相反时，建筑物出现回倾。通过多轮次的截桩，进而逐步实现建筑物的纠偏。

2、在实际纠偏项目中，如截桩数量不足或截桩选择不当，则会导致建筑物难以迫降；如截桩数量过多或截桩选择不当将会导致建筑物陡沉过倾、桩头爆裂等造成安全事故。因此，截桩前对迫降量的预测极为关键，通过预测分析，可判断每轮截桩数量和截桩选择是否合理，对应迫降量是否满足预期，保障迫降过程安全可控。

3、但建筑物在截桩过程中的迫降量属于瞬时沉降，不同于常规固结沉降，无法按常规沉降计算方法，如实体深基础法进行计算；且截桩迫降过程需要考虑群桩效应、桩-土-上部结构的共同作用，按照常规单桩静载试验的q-s曲线预测存在较大误差，对截桩迫降量的预测准确度较差，进而无法准确掌握建筑的整体变形量，容易导致迫降纠偏作业对建筑物的纠偏出现偏差或失败。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：解决现有技术对迫降纠偏作业的最大迫降量预测准确度差，进而容易导致纠偏作业出现偏差或失败的问题，提供了一种建筑截桩迫降量预测方法、设计方法及施工方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种建筑截桩迫降量预测方法，包含如下步骤：

4、a.基于筏板几何特征建立各桩迫降量的几何方程；建立截桩后桩群的力学平衡方程；基于截桩过程中桩基刚度特性建立各桩的物理方程；

5、b.根据几何方程、力学平衡方程和和物理方程进行多参数联合求解，

6、获得最大迫降量δsc。

7、各桩迫降量的几何方程具体是基于筏板各处位移连续且没有局部变形条件而得到的，可以参考下式：

8、

9、式中，δsi为第i号桩的迫降预测值，其中δsc为被截断的桩的迫降预测值；li为第i号桩至转动轴的垂距，其中lc为被截断的桩至转动轴的垂距；

10、桩群的力学平衡方程可以参考下式：

11、

12、式中，δnki为第i号桩的轴力变化量；

13、各桩的物理方程可以参考下式：

14、δnki＝ki×δsi

15、式中，ki为截桩前第i号桩的瞬时刚度。

16、本方案基于筏板各处位移连续，筏板没有局部变形而建立起各桩迫降量的几何方程；基于建筑物上部荷载不变，建立截桩后桩群的力学平衡方程；基于截桩过程中桩基刚度特性，建立各桩的物理方程；再根据几何方程、力学平衡方程和物理方程进行多参数联合求解，即可以得到最大迫降量δsc、各桩的瞬时刚度ki、各桩至转动轴的垂距li、被截断的桩的轴力nkc的关系式，而ki、li和nkc均可以通过现有理论计算或测量获得，进而可以计算最大迫降量δsc；且由于本方案的δsc计算方法是基于筏板几何连续性和迫降区域桩基瞬时刚度推导而来，因此相比于现有技术，本方案更能反映迫降纠偏中群桩效应和瞬时沉降对δsc的影响，从而能获得比现有技术更加准确的δsc计算结果，并更好地指导建筑截桩迫降纠偏作业。

17、作为本发明的优选方案，当被截断的桩数量为一时，步骤b中根据如下公式计算δsc：

18、

19、式中，n为建筑具有的桩的总数，n＝{1…n}；c为被截断的桩的编号；ki为截桩前第i号桩的瞬时刚度；li为第i号桩至转动轴的垂距，lc为被截断的桩至转动轴的垂距；nkc为被截断的桩截桩前的轴力。

20、被截桩的数量为一，如矩形建筑朝其一角倾斜时，截断位于倾斜方向相反一侧的角落处的桩。

21、本方案给出了计算δsc的具体公式，能够对应被截断的桩数量为一的情况；其中nkclc代表被截断的桩的在截桩前的轴力和该桩至转动轴的垂距之积，代表所有未被截断的桩的瞬时刚度和他们分别至转动轴的垂距之积的和。

22、作为本发明的优选方案，当被截断的桩数量大于一时，步骤b中根据如下公式计算δsc：

23、

24、式中，n为建筑具有的桩的总数，n＝{1…n}；sc为被截断的桩的编号的集合；ki为截桩前第i号桩的瞬时刚度；li为第i号桩至转动轴的垂距，nki为第i号桩在截桩前的轴力。

25、被截桩的数量大于一，如矩形建筑朝其一条边所在方向倾斜时，截断位于倾斜方向相反一侧的边上的部分桩。

26、本方案给出了计算δsc的具体公式，能够对应被截断的桩数量大于一的情况；其中∑i∈scnkclc代表所有被截断的桩在截桩前的轴力和他们分别至转动轴的垂距之积的和；代表所有未被截断的桩的瞬时刚度和他们分别至转动轴的垂距之积的和。

27、作为本发明的优选方案，步骤b之前对ki的值进行测量。

28、ki的具体测量方法及设备参考现有技术。

29、本方案选择采用测量的方式获得ki，能够获取更真实的ki值，从而使本方案计算出的δsc更加准确。

30、作为本发明的优选方案，测量ki时，按各桩li的值不同将各桩划分至不同的分区分别测量。

31、具体分区时，可根据迫降精度要求，可将桩群按分布区域进行划分；如当精度为0.1mm，本轮次迫降预测量为1mm时，可将桩群按照li的不同而分为10等分，每个等分区域为一个测试分区，然后对各区域内选择合适桩基进行单桩或多桩静载试验，再根据荷载-沉降曲线结合本轮次截桩前所测得该区域桩群荷载平均值，确定本轮次截桩前该区域的桩基瞬时刚度ki；本方案可以提高测量效率。

32、一种建筑截桩迫降设计方法，包含以下步骤：

33、s1、根据纠倾需求初定回倾量和各桩的迫降量；

34、s2、初定截桩数量和截桩位置；

35、s3、采用本发明的的建筑截桩迫降量预测方法预测最大迫降量δsc；计算各桩在迫降后的轴力nki,a；

36、s4、判断δsc是否满足纠倾需求，若δsc不满足纠倾需求则返回步骤s1；

37、判断nki是否小于承载力设计值，若nki大于承载力设计值则返回步骤s2；

38、直至δsc与nki分别满足纠倾需求和小于承载力设计值，完成建筑截桩迫降方案设计。

39、本方案的建筑截桩迫降设计方法由于采用了本发明的一种建筑截桩迫降量预测方法，可以获得比现有技术更准确的δsc值，从而更好地指导建筑截桩迫降纠偏作业，避免由于δsc计算值与实际情况相差太大而导致纠偏作业出现偏差或失败的情况。

40、作为本发明的优选方案，当被截断的桩数量为一时，步骤s3中根据如下公式计算各桩在迫降后的轴力nki,a：

41、

42、式中，nki为第i号桩在截桩前的轴力，其中1≤i≤n；ki为截桩前第i号桩的瞬时刚度；li为第i号桩至转动轴垂距，lc为被截断的桩至转动轴的垂距。

43、本方案给出了nki,a的具体计算公式，该公式与δsc类似，同样是由步骤a中建立的几何方程、力学平衡方程和物理方程进行多参数联合求解得到的，因而更能反映群桩效应和瞬时沉降影响下的各桩轴力的真实情况，从而使本方案能够更好地指导建筑截桩迫降纠偏作业，避免由于nki,a计算值与实际情况相差太大而导致建筑截桩迫降后各桩的安全系数不合格而引发安全隐患的问题。

44、作为本发明的优选方案，当被截断的桩数量大于一时，步骤s3中根据如下公式计算各桩在迫降后的轴力nki,a：

45、

46、式中，nki为第i号桩在截桩前的轴力，其中1≤i≤n；ki为截桩前第i号桩的瞬时刚度；li为第i号桩至转动轴垂距，δsc为其中一个被截断的桩的最大迫降量，lc为其中一个被截断的桩至转动轴的垂距。

47、本方案给出了nki,a的具体计算公式，该公式与δsc类似，同样是由步骤a中建立的几何方程、力学平衡方程和物理方程进行多参数联合求解得到的，因而更能反映群桩效应和瞬时沉降影响下的各桩轴力的真实情况，从而使本方案能够更好地指导建筑截桩迫降纠偏作业，避免由于nki,a计算值与实际情况相差太大而导致建筑截桩迫降后各桩的安全系数不合格而引发安全隐患的问题。

48、一种建筑截桩迫降施工方法，包含如下步骤：

49、rs1、检测筏板平面是否存在局部变形；

50、rs2、若筏板平面无局部变形，根据本发明的一种建筑截桩迫降设计方法得到的建筑截桩迫降方案进行建筑截桩迫降施工。

51、由于本方案的几何方程基于筏板没有局部变形的前提，因此本方案的建筑截桩迫降施工方法在进行实际建筑截桩迫降方案设计以及施工之前，增设检查筏板平面是否具有局部变形的步骤，若筏板平面具有局部变形，则不能直接采用本方案的迫降方法，避免由于建筑的实际条件不符合本发明的建筑截桩迫降设计方法前提条件而导致本方案对最大迫降量预测准确度降低，进而导致纠偏作业出现偏差或失败的情况。

52、作为本发明的优选方案，若筏板具有局部变形，建筑截桩迫降施工之前对筏板局部变形处进行局部顶升或迫降消除局部变形。

53、筏板局部顶升或迫降的具体操作方式可以参考现有技术。

54、本方案给出了筏板平面具有局部变形时的处理方法，即通过对筏板局部变形处进行局部顶升或迫降，使筏板满足本方案的几何方程前提条件，进而可以使用本方案的迫降方法进行建筑迫降。

55、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

56、1、本方案基于筏板各处位移连续，筏板没有局部变形而建立起各桩迫降量的几何方程；基于建筑物上部荷载不变，建立截桩后桩群的力学平衡方程；基于截桩过程中桩基刚度特性，建立各桩的物理方程；再根据几何方程、力学平衡方程和物理方程进行多参数联合求解，即可以得到最大迫降量δsc、各桩的瞬时刚度ki、各桩至转动轴的垂距li、被截断的桩的轴力nkc的关系式，而ki、li和nkc均可以通过现有理论计算或测量获得，进而可以计算最大迫降量δsc；且由于本方案的δsc计算方法是基于筏板几何连续性和迫降区域桩基瞬时刚度推导而来，因此相比于现有技术，本方案更能反映迫降纠偏中群桩效应和瞬时沉降对

57、δsc的影响，从而能获得比现有技术更加准确的δsc计算结果，并更好地指导建筑截桩迫降纠偏作业。

58、2、本方案的建筑截桩迫降设计方法由于采用了本发明的一种建筑截桩迫降量预测方法，可以获得比现有技术更准确的δsc值，从而更好地指导建筑截桩迫降纠偏作业，避免由于δsc计算值与实际情况相差太大而导致纠偏作业出现偏差或失败的情况。

59、3、由于本方案的几何方程基于筏板没有局部变形的前提，因此本方案的建筑截桩迫降施工方法在进行实际建筑截桩迫降方案设计以及施工之前，增设检查筏板平面是否具有局部变形的步骤，若筏板平面具有局部变形，则不能直接采用本方案的迫降方法，避免由于建筑的实际条件不符合本发明的建筑截桩迫降设计方法前提条件而导致本方案对最大迫降量预测准确度降低，进而导致纠偏作业出现偏差或失败的情况。