CN114837455B - 一种沉陷水工建筑物的复建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种沉陷水工建筑物的复建方法，包括：步骤1、水下探查；2、场地处理；步骤3、搭建施工平台；步骤4、设计桩基方案；步骤5、按照步骤4中提供的桩基方案，实施桩基施工；所述桩基贯穿沉陷建筑物并与沉陷建物形成整体；所述桩基包括第一阶段桩基和第二阶段桩基；步骤6、形成建基面：对沉陷建筑物的顶部清理，水下自流平混凝土找平，形成平面，结合桩基、上部荷载，在沉陷建筑物的顶部建立建基面；本发明整个过程避开了大范围围堰施工、深基坑施工、拆除等传统方法的关键步骤，变沉陷建筑物为有利的基础，实现了突破，克服了一般传统方案的不足。

Description

一种沉陷水工建筑物的复建方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种沉陷水工建筑物的复建方法。

背景技术

建筑物因地基缺陷，需要进行地基加固确保工程安全性及使用性，严重的情况需要进行拆除原有建筑物进行重建。地基缺陷发生的情况较多，湿陷性、膨胀土，原建筑物基础未落在较好的持力层等，或者土体被水流冲刷，粉细砂地质受渗透破坏等。

建筑物基础湿陷性黄土建设期未得到充分地换填，处理，在运行期受到了管道漏水，周边地下水位变化等因素，导致水分子楔入土颗粒之间，破坏联结薄膜，并逐步溶解盐类，同时水膜变厚，土的抗剪强度迅速降低，在土的自重压力和建筑物附加压力作用下，土体结构逐步破坏，骨架挤紧导致地基湿陷，引起上部建筑物的不均匀下沉。膨胀土是一种粘粒成分，主要由亲水性矿物质组成，如蒙脱石、伊利石和高岭石等，具有较大的吸水膨胀、失水收缩性能和强度衰减性，也易导致上部建筑物的不均匀沉降，结构出一些裂缝。常见的处置办法就是截断水源，避免继续影响土体，采用地基灌浆等手段加强，通过地基加固措施后建筑还能够正常使用。

针对湿陷性黄土等不利地质条件，对于建筑物、道路新建工程，提前采用桩基处理，上部荷载由桩基承担。针对湿陷性黄土等不利地质，采用截渗墙截断水源，防止地面沉降破坏。

当建筑物下沉事故发生时，会发生以下问题：

1、由于地基土体松软，淘空，存在渗透通道等，因此周边建筑物存在风险，如图1所示下沉后带有局部缺陷的地基；

2、建筑物有待复建，基础承载力弱，原沉陷建筑物拆除加固困难风险大，常规方法需先建围堰、支护及防渗体系，投入大，周期长。

水工挡水或挡土建筑物基础存在防渗要求时，若在渗流坡降较大，出现管涌、流土现象，导致建筑物基础产生渗透破坏，土体大量流失，上部建筑物随之产生严重的沉降，失去了建筑物挡水、挡土等作用。一般挡水建筑物，受施工条件、设备等要求，需要采用围堰进行干地施工。建设围堰施工，需要截断河流，抽干围堰内水，围堰本身需要注重稳定、防渗安全，投资大，时间周期长，对河道行洪、水运影响较大。拆除原有沉陷建筑物，对周边建筑物安全影响大。

由于此类病害导致的建筑沉降相当严重，原有建筑物已经不具备使用功能，常规的地基处理办法不能解决问题。工程挡水建筑物下沉后如何修复满足原功能，涉及围堰、周边建筑物继续出险、投资、工期等问题。针对以上问题，一般能够提出的解决方案：在坍塌建筑物周边筑重力式围堰或钢板桩、钢管桩围堰，修复挡水、挡土建筑物(翼墙)；筑好围堰后，破除原沉陷建筑物，运走拆除物，回填夯筑基础，建筑底板，修建上部建筑物。在建设围堰时，一般还需要建设大型施工平台或回填平台，施工若干根钢筋混凝土桩组成半圆弧形围堰，工期长、投资大。

现有技术，为了恢复上部建筑物，具有以下前提，也是缺点：

1、需要首先完成围堰或支护结构施工，围堰或支护结构施工本身就是一项难题，如船闸周边河床具有钢筋混凝土或普通混凝土护底，同时还有行船需求，施工过程中会影响行船；施工中破坏河床护底，受船行波影响，河道会产生冲刷，不利于主体工程安全。修建围堰或支护结构，经济成本高、技术难度大、时间周期长；

2、然后，需要拆除原建筑物，在较深的水下破除建筑物的过程，影响周边建筑物的安全，打破了原来脆弱的稳定性；

3、破除后形成大量的建筑垃圾，对原结构不能够发挥应有的作用；

4、破除后形成的巨大的空缺，深的基坑、围堰支护及防渗安全隐患大；

5、坑内需要运用材料回填，若全部回填土体，因空间狭小，较难碾压；若全部回填混凝土，成本较高。

由此可见，对于类似挡水建筑物，如水闸、船闸翼墙下沉后的恢复建设，需要有较为简单有效的设计方案，一方面不需要设置围堰，并且原有沉陷建筑物不进行扰动，还能恢复挡水、挡土建筑物等相应功能。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种沉陷水工建筑物的复建方法，整个过程避开了围堰、拆除等传统方法的关键步骤，变沉陷建筑物为有利的基础，实现了突破，克服了一般传统方案的不足。

技术方案：本发明所述一种沉陷水工建筑物的复建方法，包括如下步骤：

步骤1、水下探查：探摸、检查，了解沉陷建筑物各控制点高程、平面位置，建筑物底部脱空情况；

步骤2、场地处理：清除杂物，保留现有沉陷建筑物，消除管涌、流土因素，周边基础采用压密注浆加强，加强周边建筑物沉降变形观测；

步骤3、建设施工平台：根据施工期荷载，设计施工平台，按照设计方案搭建施工平台；

另外，建设平台还可以为：仍为柱、梁、板结构平台，增加区域内回填，该回填不作承载力要求，仅作为桩体施工时作为桩体浇至更高位置的条件；在下沉水工建筑物上回填，碾压，硬化，使承载力满足施工要求。回填，是一种更为简单的办法，但受到放坡、扩大范围问题，我们所完成的案例，由于涉及航道问题，不满足简单回填方案要求。该方案，等桩施工完成后，清理上部回填土，再进行建基面找平工作，复建建筑物。

步骤4、设计桩基方案：根据地质条件、沉陷建筑物自重及结构特点、上部恢复建设结构荷载及结构特点设计桩基数量、直径、分布位置；

步骤5、按照步骤4中提供的桩基方案，实施桩基施工；所述桩基贯穿沉陷建筑物并与沉陷建筑物形成整体；所述桩基包括第一阶段桩基和第二阶段桩基；

步骤6、形成建基面：对沉陷建筑物的顶部清理，水下混凝土找平，形成平面，结合桩基、上部荷载，在沉陷建筑物的顶部建立新的建基面。

进一步地，步骤5具体的包括以下步骤：

步骤5-1、利用全回转全套管设备将套管施至设计的底部高程，清理套管底部沉渣，下钢筋笼，运用导管灌注普通水下混凝土，在灌注的同时提升套管至第一截断面，形成第一阶段桩基，所述第一截断面为下沉坑底受扰动土体底面与套管的接触面；第一截断面距离底部高程不少于3m。

步骤5-2、套管继续往上提升并同时灌注高标号高流动性混凝土，形成第二阶段桩基，第一阶段桩基和第二阶段桩基为一个整体；第二阶段桩基与沉陷建筑物重合的部分，继续填充高标号混凝土，由高标号混凝土冲填沉陷建筑物的空腔。

步骤5-3、在步骤5-2进行的同时，所述高标号混凝土同时填充沉陷建筑物与下沉坑底之间的缺陷处，自动充填密实。

进一步地，步骤6具体的为：待桩基、建筑物底部填充工作完成后，进行下沉建筑位顶面清理，实施顶面水下不分散自流平混凝土找平，从而形成恢复工程的建基面。

进一步地，全回转全套管的工艺流程为：

S1：根据步骤2的设计，制作施工平台；

S2：测量放点；

S3：全回转钻机就位：根据测量放样，定位机械底座，机械底座定位后，将钻机安装在基座上，调整钻机底部的调整油缸使机械底板处于水平状态；

S4：安装套管：

S5：钻孔并验收；

S6：制作和安装钢筋笼及检测管；

S7：安装导管及料斗

S8：浇筑水下混凝土；

S9：检测桩基，采用超声波检测法；

S10：完工清场。

进一步地，步骤1中施工平台的设计具体的为：施工平台由钢管桩+型钢钢筋混凝土组合梁板组成；钢管桩根数、入土深度，型钢规格，钢筋型号、布置型式根据拟修复建筑物桩径、选用的全套管设备根据计算综合确定。

进一步地，普通水下混凝土为水下混凝土，标号为C30；高标号混凝土为水下不分散自流平细石混凝土，标号为C30，该混凝土可以增加钢筋网片，提高结构的整体性。

进一步地，步骤5-2中，在套管提升的过程中，保证套管内混凝土至少有2m，防止断桩。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明对沉陷建筑物进行修复后，在运行期一方面起到挡水、挡土、防止船撞，与原来结构保持外观协调一致的效果；另一方面，在施工期，提高了施工期的防渗安全、支护安全；

(2)本发明在保留原有建筑物，将下沉的建筑物作为扩大深埋基础进行恢复建设，防止沉陷建筑物受扰动设计了大型施工平台，不仅满足了施工荷载，可以为回填平台，而且还可以为与原建筑物相离的管桩、钢结构、钢混组合平台；

(3)本发明引进了大型的成孔成桩新工艺，即全回转全套管设备，使桩体穿过复杂、坚硬的钢筋混凝土结构成为可能，提高了工程进度质量工期要求，在材料方面引入的水下不分散混凝土、自流平混凝土更加提高了基础承载力、防渗能力的可靠性，以及水下建基面找平层的质量；

(4)本发明的复建方法，在整个过程中避开了大型围堰、拆除等传统方法的关键步骤，变沉陷建筑物为有利的基础，实现了突破，克服了一般传统方案的不足。

附图说明

图1是本发明的工艺示意图；

图2是本发明中桩基的示意图；

图1中，A为第一阶段桩基，B为第二阶段桩基，C为整体桩基，D为建筑物，E为水位，F为下沉后带有局部缺陷的地基，G为上部回填形成建基面，H为相邻建筑物，I为桩底高程。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

如图1所示的一种沉陷水工建筑物的复建方法，包括如下步骤：

步骤1、水下探查：探摸、检查，了解沉陷建筑物各控制点高程、平面位置，建筑物底部脱空情况。

步骤2、场地处理：清除杂物，保留现有沉陷建筑物，消除管涌、流土因素，周边基础采用压密注浆加强，加强周边建筑物沉降变形观测。

其中施工平台的设计具体的为：施工平台由钢管桩+型钢钢筋混凝土组合梁板组成；钢管桩根数、入土深度，型钢规格，钢筋型号、布置型式根据拟修复建筑物桩径、选用的全套管设备根据计算综合确定。

步骤3、建设施工平台：根据施工期荷载，设计施工平台，按照设计方案搭建施工平台。

步骤4、设计桩基方案：根据地质条件、沉陷建筑物自重及结构特点、上部恢复建设结构荷载及结构特点设计桩基的数量、直径以及分布位置；参见图2。

步骤5、按照步骤3中提供的桩基方案，实施桩基施工；所述桩基贯穿沉陷建筑物并与沉陷建筑物形成整体；所述桩基包括第一阶段桩基和第二阶段桩基。

步骤5具体的包括以下步骤：

步骤5-1、利用全回转全套管设备将套管施至设计的底部高程，清理套管底部沉渣，下钢筋笼，运用导管灌注普通水下混凝土，在灌注的同时提升套管至第一截断面，形成第一阶段桩基A，所述第一截断面为下沉坑底受扰动土体底面与套管的接触面；第一截断面距离底部高程不少于3m。

步骤5-2、套管继续往上提升并同时灌注高标号混凝土，形成第二阶段桩基B，所述第一阶段桩基和第二阶段桩基为一个整体桩基C；第二阶段桩基与沉陷建筑物重合的部分，继续填充高标号混凝土，由高标号混凝土冲填沉陷建筑物的空腔。

普通水下混凝土为水下混凝土，标号为C30；高标号混凝土为水下不分散自流平细石混凝土，标号为C30；在套管提升的过程中，保证套管内混凝土至少有2m，防止断桩。

步骤5-3、在步骤5-2进行的同时，所述高标号混凝土同时填充沉陷建筑物与下沉坑底之间的缺陷处，自动充填密实。

步骤6、形成建基面：对沉陷建筑物的顶部清理，水下混凝土找平，形成平面，结合桩基、上部荷载，在沉陷建筑物的顶部建立新的建基面。

全回转全套管的工艺流程为：

S1：根据步骤2的设计，制作施工平台；

S2：测量放点；

S3：全回转钻机就位：根据测量放样，定位机械底座，机械底座定位后，将钻机安装在基座上，调整钻机底部的调整油缸使机械底板处于水平状态；

S4：安装套管：

S5：钻孔并验收；

S6：制作和安装钢筋笼及检测管；

S7：安装导管及料斗

S8：浇筑水下混凝土；

S9：检测桩基，采用超声波检测法；

S10：完工清场。

步骤5具体的为：待桩基、建筑物底部填充工作完成后，进行下沉建筑位顶面清理，实施顶面水下不分散自流平混凝土找平，从而形成恢复工程的新建基面，新建基面可以略低于水位E。

如图1所示，施工平台可采用钢管桩等。由于全套管全回转等设备施工荷载较大，宜建设独立于沉陷建筑物的施工平台，避免造成对沉陷建筑物的扰动，或者受沉陷建筑物的不稳定性影响施工的安全性；先完成的桩基可以设计为后续施工桩基的平台基础。

运用普通的混凝土泵送方法，将水下不分散自流平混凝土尽量填充建筑物底部、周边缺陷处。普通的混凝土泵送方法指，直接浇筑混凝土。

运用全回转全套管设备将套管施至设计的底部高程后，清理套管底部沉渣，下钢筋笼，运用导管灌注普通水下混凝土，同时提升套管。当混凝土浇筑至接近沉陷建筑物底部缺陷附近起，改普通水下混凝土为水下不分散自流平混凝土，在混凝土自重以及一定混凝土柱压力作用下，水下不分散自流平混凝土充分发挥其特性，可靠填充由于渗漏等原因导致的缺陷空腔，使沉陷建筑物又可靠地座落在地基上，与桩基组成桩基-承台基础。

桩基、建筑物底部填充工作完成后，进行下沉建筑位顶面清理，实施顶面水下不分散自流平混凝土找平，形成恢复工程的建基面；另外，还可以在较浅的小型围堰条件下，完成水位以下较为浅的恢复工程。

实施例2

以某复线船闸施工为例。该复线船闸与一线船闸间距离较近，地质条件极其复杂，基坑防渗、支护体系承受了近15m的水头水压力，由于防渗体系被击破，在一线船闸3#翼墙底部产生管涌渗透破坏，河水通过翼墙底部冲入复线船闸基坑，3#翼墙底部大量的土体带入复线船闸基坑，最终导致3#翼墙接近完全下沉至水面以下。3#翼墙约长20m，宽10m，高25m，下沉10余m。一方面需要复建该翼墙，同时要恢复好基坑的支护与防渗体系。如何恢复翼墙及基坑防渗、支护体系，是一个非常大的难题。

运用实施例1中提到的技术方案，设计了6根直径1200mm，桩底高程-11m，桩顶高程30m，桩长41m,配置主筋及箍筋，桩布置为2排3列。

大量的工作需要在平台上实施，对平台提出了要求：(1)平面场地范围要求，需要借用更大的范围；(2)桩体施工过程中，存在全套管下压、起拔过程，起拔力建议设计值为4000kN；(3)水下混凝土施工、压密注浆施工需要有可靠的平台。由于渗透通道造成的漏斗状地形，需要采用水下导管施工，确保水下混凝土质量，并能够有效地挤到翼墙底部及侧面。

运用16根钢管桩作为平台基础，桩径为直径530mm，壁厚10mm，采用ZAXIS-470H履带式液压震动锤击入，冲击力96t，击入深度以现场实际为准，沉桩停锤应已最后复打阶段持续振动5分钟，而无法进入为标准。钢管桩顶高程为33.5m，钢管桩每组两根，两根桩间设置HW400×400型钢横梁，焊接于桩顶。主梁通长布置，直接搁置于分配横梁，其余连系钢梁与主梁在同一高程焊接连接。横梁与钢管桩桩联接增加三角形加劲板。

运用全套管全回转钻机完成桩基施工，全回转全套管工艺是一种新型工艺，能够穿透不利地质条件，包括岩石、钢筋混凝土、溶洞等。在运用全套管全回转工艺之前，需要解决平台建设克服地基不稳定性、再结合水下不分散自流平混凝土工艺填充缺陷等两个难题，最后就可以充分利用全套管全回转设备桩基施工工艺的优点，解决工程的关键工序桩基施工，形成桩基-承台基础。

通过该方案的设计、施工，完成了翼墙恢复工作，以及基坑防渗及支护体系修复，避免了其它方案围堰工程、拆除工程等，确保了工期、降低了投资，效益显著。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种沉陷水工建筑物的复建方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、水下探查：了解沉陷建筑物各控制点高程、平面位置以及建筑物底部脱空情况；

步骤2、场地处理：清除杂物，保留现有沉陷建筑物，消除管涌、流土因素，周边基础采用压密注浆加强，加强周边建筑物沉降变形观测；

步骤3、建设施工平台：根据施工期荷载，设计施工平台，按照设计方案搭建施工平台；

步骤4、设计桩基方案：根据地质条件、沉陷建筑物自重及结构特点、上部恢复建设结构荷载及结构特点设计桩基数量、直径、分布位置；

步骤5、按照步骤4中提供的桩基方案，实施桩基施工；所述桩基贯穿沉陷建筑物并与沉陷建筑物形成整体；所述桩基包括第一阶段桩基和第二阶段桩基；

步骤6、形成建基面：对沉陷建筑物的顶部清理，水下混凝土找平，形成平面，结合桩基、上部荷载，在沉陷建筑物的顶部建立新的建基面；

所述步骤5具体包括以下步骤：

步骤5-1、利用全回转全套管设备将套管施工至设计的底部高程，清理套管底部沉渣，下钢筋笼，运用导管灌注普通水下混凝土，在灌注的同时逐步提升套管至第一截断面，形成第一阶段桩基，所述第一截断面定义为下沉坑底受扰动土体底面与套管的接触面；所述第一截断面距离扰动土体底部高程不少于3m；

步骤5-2、套管继续向上提升并同时灌注高标号高流动性不分散混凝土，形成第二阶段桩基，所述第一阶段桩基和第二阶段桩基为一个整体；第二阶段桩基与沉陷建筑物重合的部分，继续填充高标号高流动性不分散混凝土，由高标号混凝土冲填沉陷建筑物的空腔；

步骤5-3、在步骤5-2进行的同时，所述高标号高流动性不分散混凝土同时填充沉陷建筑物与下沉坑底之间的缺陷处，自动充填密实。

2.根据权利要求1所述的一种沉陷水工建筑物的复建方法，其特征在于：所述步骤6具体的为：待桩基、建筑物底部填充工作完成后，进行下沉建筑位顶面清理，实施顶面水下不分散自流平混凝土找平，从而形成恢复工程的建基面。

3.根据权利要求1所述的一种沉陷水工建筑物的复建方法，其特征在于：所述全回转全套管的工艺流程为：

S1：根据步骤3的设计，制作施工平台；

S2：测量放点；

S3：全回转钻机就位：根据测量放样，定位机械底座，机械底座定位后，将钻机安装在基座上，调整钻机底部的调整油缸使机械底板处于水平状态；

S4：安装套筒；

S5：钻孔并验收；

S6：制作和安装钢筋笼及检测管；

S7：安装导管及料斗；

S8：浇筑水下混凝土；

S9：检测桩基，采用超声波检测法；

S10：完工清场。

4.根据权利要求1所述的一种沉陷水工建筑物的复建方法，其特征在于：所述步骤3中施工平台的设计具体的为： 施工平台由钢管桩和型钢钢筋混凝土组合梁板组成；钢管桩根数、入土深度、型钢规格，钢筋型号、布置型式根据拟修复建筑物桩径、选用的全套管设备根据计算综合确定。

5.根据权利要求1所述的一种沉陷水工建筑物的复建方法，其特征在于：所述普通水下混凝土为水下混凝土，标号为C30；所述高标号混凝土为水下不分散自流平细石混凝土，标号为C30。

6.根据权利要求1所述的一种沉陷水工建筑物的复建方法，其特征在于：所述步骤5-2中，在套管提升的过程中，保证套管内混凝土至少有2m，防止断桩。

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