某钢筋混凝土框架结构建筑顶升纠倾技术方案的研究与实践

宋育锋 谢昌顺 李 想

(福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350108)

一般来说，倾斜率超过一定限值的建筑不应继续使用，但考虑到建筑价值、重建成本等因素，业主更愿意采用纠倾加固的方法将其保留。因此，建筑纠倾技术具有重要的现实意义。

目前，随着行业竞争日趋激烈，大量工程着眼于降低施工成本，较少关注提高纠倾精度和安全性。本文结合泉州某钢筋混凝土框架结构建筑顶升纠倾工程实例，将PLC 同步液压系统（下称“PLC系统”）应用于建筑纠倾，在降低成本的基础上，大大提高精度和安全性，实现信息化施工。

1 工程概况

福建省泉州市某旧厂房为地上四层钢筋混凝土框架结构，无地下室，东西长23.6m，南北宽15.6m，一层层高约4.00m，二～四层高均约3.70m，屋面楼梯间层高约2.90m。建筑基础形式为柱下条形基础。基础平面布置如图1所示。岩土工程勘察报告揭示该场地内浅层土体为回填土和淤泥质土。

图1 基础平面布置示意图

该厂房建于20世纪90年代，现拟辟为展览馆，遂对其进行检测鉴定。检测发现，建筑整体向西南方向倾斜，倾斜率最大达7.4‰，已超过该类型建筑倾斜率不超过4‰的要求[1]，需进行纠倾。

2 纠倾方案比较和制定

2.1 方案比较

建筑常用纠倾方法有迫降法和顶升法。迫降法通过将建筑沉降较小一侧的地基土部分掏除，使建筑回倾，但会降低建筑标高。本工程周边路面多次改造，室内地面已低于路面标高，不利后续使用，故采用顶升法较为适宜。顶升法是将建筑整体顶升，通过调整建筑各部位的顶升量，使建筑沿某一点或某一直线做整体平面转动使其恢复原位[2]。

顶升纠倾主要分为整体法和断截面法。整体法是将建筑从基础到上部结构整体进行顶升，可以保证建筑整体不受到破坏。断截面法是在柱子某一标高处设置托换梁系，将柱所受荷载转换至顶升装置，切断柱截面后进行顶升。断截面法需断开基础和上部结构的连接，施工难度较小，成本较低。

2.2 方案制定

考虑到该建筑原基础持力层为回填土，易受扰动影响，故采用锚杆静压桩基础进行预加固，将上部荷载直接传入深层土体，利于建筑的长期使用安全，并为顶升施工提供作业面。

为了提高顶升纠倾施工的精确性和安全性，实现信息化施工，顶升设备采用PLC系统。

根据现场实际条件和施工成本、难易程度等方面的综合考量，确定该建筑采用锚杆静压桩基础预加固后，断截面顶升纠倾的方案进行处理。

3 纠倾设计与施工

顶升纠倾主要步骤为：土方开挖→锚杆静压桩基础→托换梁系→PLC系统布置→柱截断→顶升纠倾→建筑恢复。

3.1 顶升量确定

根据倾斜观测的结果，结合纠倾后各角点的倾斜率均不大于4‰为控制指标，综合考虑后纠倾率设计值为最大3.7‰。将该建筑每根框架柱作为一个顶升点，根据纠倾率设计值，顶升转动点顶升量为800mm，最大顶升点为959mm，按线性确定其他顶升点的顶升量。

3.2 锚杆静压桩基础

锚杆静压桩截面尺寸300x300mm，桩长约24m，单节桩长2m，共12节，焊接接桩。采取压桩力控制为主，桩长为辅保证成桩。单桩承载力特征值为500kN，终压力为1000kN。

安装反力架时需检查架体垂直度，与锚杆可靠锚固，避免晃动。单根桩压桩应一次到位，做好压桩记录。接桩时应检查两节桩偏位情况和垂直度。封桩前应将压桩孔中的杂物清理干净，浇筑时应振捣密实，保证施工质量。

图2 托换梁系

3.3 托换梁系

托换梁系由托换梁和联系梁两部分组成，如图2 所示。托换梁位于柱断面上方，用于转换竖向荷载至顶升设备。联系梁将托换梁相互连接，提高托换梁系整体性和刚度。

托换梁梁宽需考虑千斤顶及钢垫块的宽度，梁高及配筋按照悬挑梁进行设计。

托换梁纵筋应穿柱植筋，可采用高压灌注的方法[3]，保证托换梁纵筋与原框架柱的可靠连接。

托换梁系宜少留施工缝，不可避免时宜留置在联系梁处。混凝土强度满足设计要求后，在静压锚杆桩承台和托换梁间布置千斤顶。

3.4 顶升纠倾

3.4.1 PLC系统概况

PLC系统较传统人工顶升具有高精度、高可控性的优势，主要应用于施工精度要求较高的桥梁支座更换、旧桥改造等工程。随着近年来对建筑位移精确性、安全性等要求的提高，PLC系统逐渐应用于建筑位移。PLC系统分为实时监控和液压动力两部分，可以对执行机构进行集中操作、分散监控。PLC系统能够通过传感器实时采集建筑顶升时各部位的位移、压力数据信息，并将这些信息和已设定好的安全阈值做比对，通过改变电机的工作电源频率控制给油速率，进而实现对不同荷载下千斤顶同步顶升的精确控制，顶升误差在0.5mm以内。

3.4.2 PLC系统布置与调试

本次顶升共用56 个双作用千斤顶，额定工作荷载为1000KN，行程200mm，带自锁装置和球头偏载鞍座。

连接油管时应仔细检查，错接或漏接可能导致顶升时千斤顶与托换梁脱空等严重后果。

顶升纠倾施工前应根据各框架柱拟顶升的高度计算临时支撑所需垫块的规格及数量，并将其分类放置便于取用。临时支撑如图3所示。

图3 PLC系统与临时支撑

3.4.3 正式顶升纠倾

正式顶升前应进行试顶升，需检查PLC系统工作情况、建筑上下部断开情况；对建筑进行称重，若与计算荷载出入过大，则应进行检查及复核。

正式顶升时，根据各柱顶升量折算成比例系数输入控制器中，PLC 系统即按比例系数进行顶升纠倾，实现高精度、自动化顶升作业。控制人员需对比例系数进行微调，控制各千斤顶的压力基本符合该框架柱受力情况，并判断PLC系统的工作情况。

顶升过程应定时对受力构件、PLC系统进行检查，及时消除隐患；并对建筑四角倾斜率进行观测，结合实际顶升量综合分析，验证作业是否符合预期要求。

顶升结束前应对建筑倾斜率进行最终观测和确认。

3.4.4 建筑恢复

建筑恢复的主要工作是重新连接柱和基础，拆除托换梁系，加固界面薄弱处。

界面薄弱处可用外包钢等方式进行补强加固。

4 结语

本文以某钢筋混凝土框架结构顶升纠倾工程为实例，系统介绍了锚杆静压桩基础加固后采用断截面法顶升纠倾的技术，彻底解决了浅基础建筑纠倾后出现复倾的问题。

纠倾装置采用PLC 系统提高了精度和安全性，成本上较传统人工顶升减少约70%。

本工程施工时间约150d，将倾斜率降至4‰以下，效果良好，可为同类工程提供参考。