随着城镇化发展进程的不断推进，现有相当数量的建筑物由于各种原因发生地基不均匀沉降，导致上部结构产生裂缝及损坏，使建筑物整体发生倾斜，使用功能受到严重影响，如果将其拆除将造成巨大损失，因此采取加固措施进行挽回已成发展趋势。纠倾加固技术为解决此类问题的有效手段，目前国内外已积累大量实践经验，史军等 ^[1]提出在地下1层楼板面采用高位顶升纠倾方案，使某5层混凝土框架结构顶升纠倾230mm;Kenward等 ^[2]利用液压千斤顶将位于帕丁顿车站上方重800t、跨度65m的悬索桥整体抬升9.4m;吴毅彬等 ^[3]提出大吨位桥梁顶升施工及控制技术;宋彧等 ^[4]应用单排千斤顶通过人工操作方式将半幢楼成功顶升纠倾55mm;朱石苇等 ^[5]采用异步顶升法完成某3层混凝土框架商业楼顶升纠倾500mm;赵士永等 ^[6]提出建筑物大高度顶升中的防倾覆限位装置及设计方法。大量工程实践均在探索以较小的工程费用支出挽救倾斜建筑物，避免造成较大的经济损失。但对于上部荷载、沉降量及倾斜量均较大的多层混凝土框架结构建筑而言，顶升纠倾加固技术的研究较少，多依赖于传统方法，施工精度和安全储备均较低。基于此，提出一种顶升精度高、信息及智能化程度高、安全储备高的大高度顶升纠倾加固技术。

　　 河北省张家口市下花园区某办公楼为地上5层钢筋混凝土框架结构，无地下室，东西长23.1m，南北宽13.4m, 1～4层层高均为3.6m, 5层层高为3.9m。建筑基础形式为柱下独立基础，采用挤密夯实水泥土桩复合地基，有效桩长为1.5～9.5m。建筑平面如图1所示。

　　 该楼主体于2011年底施工完毕，2012年7月投入使用后整体发生倾斜和不均匀沉降，部分女儿墙拉裂，部分填充墙开裂、错位。经测量发现，建筑整体向西南方向倾斜，最大沉降量为764mm，最大倾斜率为10.9‰，远高于规范中4‰的允许值 ^[7]。

　　 工程场地地基表层土为人工填土，含有大量松散碎石土，其余主要土层均为第四系冲洪积成因黄土状粉质黏土、粉土及碎石土，在最大钻探深度内未到达当地水位线，可忽略地下水对建筑基础材料的腐蚀影响，土体主要物理力学指标如表1所示。

　　 结合该工程地质情况和房屋现状，引起建筑物产生不均匀沉降和倾斜的原因主要有以下方面。

　　 建筑场地位于冀西北低中山区，地处怀涿盆地 (山间盆地) 北缘洋河冲洪积扇顶峪口北侧的山前坡洪积群斜坡地带，呈东北高西南低走势。且该建筑场地原为荒山坡地，人工整平为建筑用地，坡度较大，回填土厚度变化大，各土层分布不均，综合评定为不均匀地基。

　　 柱下独立基础中桩长差异较大，施工过程中桩径、桩间距基本未做特殊处理，导致处理后的地基仍具有明显的不均匀性和一定自重湿陷性。因选用基础形式和地基处理不当造成不均匀沉降是该建筑物发生倾斜的根本原因。

　　 基底坐落于 (1) 素填土层上，该层素填土湿陷系数δ_s=0.035～0.065，湿陷起始压力P_sh=20～95kPa，湿陷程度中等～强烈，自重湿陷系数δ_zs=0.018～0.022，综合评定该场地为Ⅱ级自重湿陷性场地。根据相关材料，该建筑于2012年7月开始使用，2012年10—11月出现裂缝，2013年10—11月供暖试水时发现管道漏水，加剧了裂缝发展，并使主体结构发生倾斜。管道漏水导致局部地基土含水量增加，从而加剧了地基湿陷性沉降，这是导致该建筑物发生倾斜的附加原因。

　　 鉴于建筑物倾斜现状，加之沉降仍在持续发展，纠倾工作存在诸多技术难点，主要表现为以下方面。

　　 1) 场地地形为荒山坡地，依坡回填土厚度较大且不均匀，且经前期处理后地基仍存在湿陷性，如何使建筑物在纠倾及扶正后能坐落于坚实的地基上，后期不产生次生沉降且保持长期稳定，是纠倾工作需考虑的首要问题。

　　 2) 建筑物产生较大不均匀沉降，结构已严重变形，部分梁柱节点已开裂。如何在纠倾过程中使结构恢复并保持整体性，且不产生二次扰动损伤变形，对纠倾方法及设备精度的要求较高。

　　 3) 在选择纠倾方法时应综合考虑施工效率和成本，选择合适的纠倾作业面对纠倾工作的顺利进行至关重要。如采用顶升纠倾，顶升面选在高位处或基础部位决定了后期顶升施工的难易程度。

　　 针对上述纠倾难点，如采用迫降纠倾，因地基土的复杂性，无法准确控制沉降量，易导致建筑物再次发生不均匀沉降。且因框架节点应力集中，可能对结构造成更大的破坏。该建筑物发生整体不均匀沉降后首层标高整体较低，如采用迫降纠倾将再次降低首层标高，影响该层使用功能。

　　 顶升纠倾法包括整体同步顶升法、锚杆静压桩顶升法和注入膨胀剂顶升法。本项目建筑地基各土层分布不均，如采用注入膨胀剂顶升法难以准确控制膨胀剂注入量，影响建筑物顶升量，无法达到预期结果;如采用锚杆静压桩顶升法，工作量大，不符合实际情况。而整体同步顶升法能较好地克服弊端，可准确控制各顶升点的顶升量。

　　 综上所述，本工程建筑物纠倾方法选用整体同步顶升法，顶升设备采用PLC (可编程控制器) 同步顶升系统。综合分析倾斜原因，纠倾方案主要涉及止倾及基础加固、托换设计、控制设计3方面。

　　 首先需对基础进行加固处理，阻止地基继续沉降。考虑场地的特殊性，地基土内含有大量碎石，采用锚杆静压桩加固难以将桩压入指定土层，故采用人工成孔灌注桩对原基础进行加固。人工挖孔时在原有独立基础位置通过静力切割或风镐凿开，保证桩径≥800mm，桩端持力层选在 (3) 粉质黏土层上。桩顶预留纵向钢筋，并在桩顶浇筑钢筋混凝土承台梁，使上部荷载不传递至独立基础，而是通过承台梁传递至桩，最终传至持力层，达到阻沉止倾的效果。建筑止倾桩布置如图2所示。

　　 综合考虑建筑物及基础特点，采用断柱后整体同步顶升法纠倾。为保证底部断柱层结构的整体性，并为千斤顶提供顶升持力点，在底部框架柱间设置变截面单托换梁。框柱根部顶升点处托换梁宽同框柱侧面尺寸，顶升点间托换梁截面尺寸可适当减小。托换梁沿梁长度方向等高，高度可按柱侧牛腿抗剪计算。

　　 对建筑物进行纠倾实际上是对建筑物进行二次扰动，如何避免产生二次损伤对于顶升控制系统的设计至关重要。当各顶升点顶升量接近于线性分布时，建筑结构内部构件变形最小，可避免内力二次分布，此时对结构的扰动最小，基于该原则进行控制系统设计。

　　 采用PLC同步顶升控制系统，控制精度为0.01mm，施工精度为0.1mm。顶升过程中通过人机交互作业实现智能化控制、信息化顶升。PLC同步顶升控制系统由总控制平台、液压泵站控制系统、液压千斤顶、位移监控系统等组成，系统内能实现逐级分散控制，且能实现分散式布置、集中化操作、同步顶升下降、实时监测、智能化集中管理。

　　 对于框架结构，框架柱作为上部荷载的主要传力构件，单根柱下均应布置千斤顶。若采用单泵站控制单千斤顶单根柱，使得液压泵站数量较多，造成施工成本增加。鉴于此，提出一种区域分布式控制方案，该方案基于柱底反力异同分区，在相同分区内千斤顶顶力相同或相差≤10%，分区间无交叉，独自控制顶升量，分区间顶升位移呈线性关系，各分区协同能实现纵横向顶升量的准确控制。

　　 纠偏施工工艺流程为:桩基托换、止倾加固→设置托换梁→PLC同步顶升系统安装、调试→位移计就位→断柱→建筑结构称重→同步顶升纠倾施工→接柱→撤除顶升设备。

　　 在沉降较大侧设置止倾桩，阻止建筑物继续沉降，然后在其余部位设置托换桩。止倾桩定位放线，破除基础边缘处混凝土。人工挖孔成桩，下放钢筋笼。在基础顶部制作横向承台梁，承台梁间设置连系梁。承台梁纵筋穿透框架柱，浇筑混凝土并养护，完成止倾及桩基托换，如图3所示。

　　 在承台梁上部高于千斤顶50mm处设置托换梁 (上托梁) ，便于安装机械自锁千斤顶 (见图4) 。托换梁纵筋穿透框架柱，植筋孔采用结构胶灌实，保证托换梁纵筋与原框架柱的有效连接。托换梁混凝土强度满足设计要求后，在承台梁与托换梁间设置机械自锁千斤顶，按理论顶升力由千斤顶预顶紧托换梁，并采用机械锁锁紧千斤顶，将液压顶转变为机械顶。

　　 千斤顶就位后，在每个分区内设置拉线式位移计，位移计作为分区顶升量的主要依据。首先断柱，然后进行PLC同步顶升系统调试，按理论顶升力的15%～20%进行预加载，随后检查液压油路系统工作情况，如出现漏油或油管脱落应立即停止并及时更换。检查液压系统工作正常后，对建筑物进行称重，比较理论顶升力与实际顶升力，二者相近时为正常，若相差较大则调整纠倾方案。

　　 结构称重时采用压力主控、位移辅助，按15%～20%理论值，并观察分区内位移计数值变化，当压力值加载至理论值的80%时，加载步改为5%理论值，直至各分区位移发生明显变化。当各分区位移计数值均匀增加时，保持压力值不变;当顶升位移均匀同步达到5mm后停止加载，此时各分区液压泵站压力值即为实际顶升压力值，各分区吨位之和即为建筑物自重，作为同步顶升压力的主要依据。

　　 参照建筑物称重结果调整顶升纠倾分区，对液压系统进行重新调试后将分区实际顶升压力作为依据，适当调整压力值进行顶升纠倾。根据建筑物纵横向倾斜特点，分别进行同步顶升纠倾。纠倾施工分2步进行，第1步为同步顶升纠倾，第2步为同步下降就位。

　　 采用无回降多点同步顶升法进行顶升纠倾，遵循以压力控制为主、位移控制为辅的原则，通过调整分区顶升压力值实现分区位移计数值的逐步增加，然后依据位移计数值增长速率实时调整分区压力值，保证整个系统中各分区压力值和位移值相互协调。顶升纠倾过程中，以千斤顶活塞杆伸长量作为1个顶升行程，每个行程加垫钢垫块，为千斤顶提供支撑反力，直至顶升到位为止。

　　 顶升纠倾到位后，采用同步下降的方式使建筑物就位，遵循以位移控制为主、压力控制为辅的原则，通过设置位移限值、下降速率、位移权值等参量，使建筑物按设定的位移值及速率同步下降，并观察分区压力值，当分区下降压力值大于顶升压力值时及时调整下降速率，使下降时分区压力保持在合理区间内。同步下降前，在千斤顶旁设置钢垫块支撑并加垫钢板，控制垫块支撑顶面与托换梁底面间隙为5mm左右，间隙内用潮湿砂填充，作为上部结构“软支撑”，能协调框柱间的不均匀变形。

　　 经基础托换加固及同步顶升纠倾施工后，建筑物整体倾斜率得到明显改善，纵向平均倾斜为0.3‰，横向平均倾斜为0.1‰，较纠偏前大幅降低，满足规范及使用要求。目前该建筑物完成基础托换加固和同步顶升纠倾加固已满4年，监测结果表明后续未出现明显的倾斜和沉降变形，符合安全使用要求。

　　 通过对建筑物止倾加固、基础托换加固及同步顶升纠倾施工，完成建筑物纠倾扶正，使倾斜率满足规范及使用要求，且后期未发生明显的沉降变形。总结大高度顶升纠倾工程实例，得到以下结论。

　　 1) 通过分析建筑物沉降和倾斜原因，并结合建筑物体型、结构体系和基础类型等因素，提出采用人工挖孔灌注桩进行基础托换加固及止倾加固的纠倾方案，避免地基再次发生湿陷，提高地基承载能力。

　　 2) 顶升纠倾过程中采用PLC同步顶升系统，通过信息化、智能化的集中监测控制，实现全过程总控平台指令与液压控制系统间的信息及时反馈互通，使科学信息化贯穿全过程，为同步顶升纠倾提供技术保障。

　　 3) 在顶升纠倾中采用整体同步顶升及同步下降的施工方法，结合建筑物倾斜及结构特征采取分步、分区的方式，实现复杂结构同步顶升纠倾。建筑物后续未出现明显的倾斜和沉降变形，保证了使用安全。