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摘要： 托换法是由多种施工方法集约而成的一种综合施工方法，主要应用于已建建筑的纠偏、增层以及地基加固等建筑修缮技术领域。该工法内容广泛，技术难度大、费用高，一般有“桩式托换法”、“压密注浆膨胀托换法”、“双灰桩法”等几大类。本文主要介绍了顶承桩式托换法的工程技术应用。
关键词：托 换 纠 偏地 基控 制
Abstract: The underpinning method is the Intensive made by a variety of construction methods in an integrated construction method; it is mainly used in the correction of building construction, building renovation technology of the growth layers and foundation strengthening. The contents of the construction method widely, and the technical difficulty, high cost, generally divided to " Pile type underpinning method, Pressure grouting secret inflation underpinning method and Double ash piles. This paper introduces the engineering technical applications of top bearing pile Underpinning.Key words: Underpinning; correct partial; Foundation; control
概述：
托换法，是指解决已有建筑物的地基处理、基础加固和增层纠偏；或解决已有建筑物下需要新建地下工程，如地铁隧道；或解决因邻近需要建造新建工程而影响到已有建筑物安全等问题的处理方法的技术总称。它包含“桩式托换法”、“压密注浆膨胀托换法”、“双灰桩法”等几大类，其中，桩式托换法应用较广，它的起源可以追溯到古代，直到上世纪30年代在美国有所发展，虽然技术难度大、费用高，我国只有少数企业能够承担此类工程任务，但在延长建筑的使用寿命节约大量经济方面是其他方法所不能比拟的，尤其是当建筑物地基下有暗滨或因地基先期处理不当发生不均匀沉降所导致的主体结构倾斜时，采用顶承桩式托换法对倾斜建筑纠偏扶正效果十分明顯。
顶承桩式托换法主要利用一组千斤顶，由建筑基础底部提供向下的反作用力将混凝土桩分节压入地基中，当桩底部进入持力层不再下沉后，混凝土桩又通过千斤顶对建筑基础施加一个向上的作用力，将倾斜端的基础慢慢向上顶起直至扶正，再分次取出千斤顶、塞入钢楔，最后在基础底与桩顶的一定范围内加灌混凝土连同桩体一起形成永久支撑。
采用托换技术施工时，应做好以下技术准备工作：
（1）被托换建筑的结构设计、竣工后的沉降观测以及建筑倾斜的原因分析资料；
（2）建筑整体荷载计算，应力应变测算，以及先期地基处理方法、地质情况等；
（3）建筑地基地质二次勘探资料，地下管线邻近建筑的影响等。
在对建筑物进行纠偏时，一般要按步骤进行“倾斜原因分析”“载荷应力计算”“施工机具选择”，最后再进行现场施工。
1.建筑物倾斜原因的分析
造成建筑物倾斜的原因归纳起来可分为以下几种：
1.1地基土稳定性差
典型代表为膨胀土，颜色呈黄、黄褐、红褐、灰白或花斑等色，结构致密，为坚硬或硬塑状态，其主要矿物成分是蒙脱石和伊利石，该两种矿物晶体极不稳定，亲水性强，浸湿后强烈膨胀，失水后大幅收缩下沉。我国的膨胀土的自由膨胀率为40%～58%，抗剪强度指标c值浸水前后差值达2～3倍。该土一般情况下强度较高、压缩性低，容易被误认为是建筑性能良好的地基土，实际上是一种具有较大反复膨胀变形的高塑性粘土，它容易使建筑物产生基础外移、房屋开裂（山墙倒八字形缝，外纵墙下部水平缝）、地坪开裂等事故，当土层分布较深、湿陷面积较大，同时建筑物的刚度较好而且重心和基础形心不重合时，会引起建筑物的倾斜。
1.2勘察不全面、设计有误
在我国，每年因地质勘查不全面，工作人员疏漏大意，偷时省工而引起工程事故的案例不在少数。工程质量应当先从勘查抓起，政府应当对勘查机构实行严格监督，对于有刻意缩减勘查环节及其他不良现象的机构需要予以严肃处理。
地质勘查不当直接影响到的就是设计，国内的工程设计一般趋于保守，很少有因设计不当造成严重的质量事故的案例。但也有因建筑内部活载布置不当造成建筑物重心与基底形心偏离过大，引起附加荷载或弯矩导致建筑物倾斜；或因基础埋深小而导致建筑物抵抗不均匀的沉降能力减弱。
1.3其他方面因素
如，沉降缝处两相邻单元或者临近的两座建筑物地基应力重叠作用导致相邻单元（建筑物）的相倾；地震作用引起的地基土液化或地下工程的开挖引起建筑物的倾斜；施工质量差，局部基础破损而导致建筑物倾斜；边坡滑移而引起的地基破坏，造成建筑物倾斜；地基上冻胀引起的倾斜；地基中有有空洞孔洞引起建筑物倾斜；室外靠近建筑物墙体部位大量长期堆载造成建筑物倾斜下沉等。
2载荷应力计算及主要施工机具选择
载荷的应力计算主要包含，建筑结构全重、建筑基础底部受拉计算、托换支撑点处基础受剪计算、单桩容许抗压计算以及在施工过程中结构的抗倾覆计算等。
例如对于一幢混凝土量为2000方的混凝土结构建筑，其钢筋混凝土重量为500吨，再加上其它静载（装饰材重）动载（室内桌椅、机具等）即为结构全重，用于确定托换时千斤顶的选择，用于托换技术一般要求为单根千斤顶的顶力不小于4000KN；在进行基础底部受拉计算时，应分别选取“跨中最大弯矩处”和“下部配筋最小处” 为计算受力点，确保在托换过程中基础不会受拉破坏；对于托换支撑点处基础受剪计算和单桩容许抗压计算主要用于确定托换桩的截面尺寸及布置数量、间距，一般情况下，托换桩采用Ф200mm以上的分节钢筋混凝土预制桩，接头用硫磺砂浆连接，桩总长4～8m；最后进行结构抗倾覆计算，托换过程中要求结构重心与形心保持一致不发生倾覆。
采用顶承桩式托换法时，所用的施工机具还特别涉及“动力系统”、“控制系统”以及 “信息传递系统”。
3施工工艺
3.1地基加固
由于托换是在已建建筑基础下部进行，确保操作人员安全，所以必须对地基土进行加固，加固方法根据不同情况具体选择，一般有“预先注浆加固”和“板桩同步加固”两种。针对受雨水浸泡土质松软导致建筑倾斜的地基土必须采用预先注浆法加固；针对土质含水量低、稳定性较好的地基一般边掏土边进行板桩围护。当地下水位较高时，地基土加固之前需要辅以降水，降水是需要特别慎重的，降水点的位置的选择以及降水量的控制都直接影响到建筑结构安全，少量的降水不能满足工艺操作，超量的降水又可能导致建筑基础进一步的沉陷倾斜。一般情况下，只要将水位降至基础底部以下1.5米深度即可，降水点的位置一般最好靠近基础倾斜基准线部位，基础倾斜基准线的确定可以通过对照基础原始设计高程确定（图1）。
3.2导槽施工
导槽是人员及材料进入基础底部的通道，在满足运输条件的情况下其尺寸越小越好。导槽分为两段，一是距基础边缘一定距离处的地面至基底同高程段之间的竖向通道，该通道一般可以用沉井的方法施工；二是竖向通道底端至设计托换支撑点的水平横向通道，横向通道的掏土工作必须采用人工掏土，禁止任何形式的机械作业，同时有专职的安全、测量、技术人员跟紧。导槽成型如图2所示。
图2
3.3顶承桩式托换
将预制桩等材料由导槽运送至基础底部后，利用建筑结构上部自重作为支承反力，用千斤顶将预制桩分节压入地基中，桩接头处用硫磺砂浆连接，
如图3所示。
图3
当桩压至预定深度后，再用千斤顶对桩顶加荷至设计荷载的150%，待下沉平稳后，将原来放在基础底与桩顶的一个千斤顶换成两个，之间并有足够的空间以便将来安放钢楔。
继续向千斤顶输油，由于桩已不再下沉，这时候桩顶作为支承反力作用点，通过千斤顶将基础一点一点的向上顶起，每次顶升高度由控制系统中的主操作台输入命令，通过通讯电缆传輸至液压伺服泵站，液压伺服泵站再根据命令向千斤顶内输入相应的油量进行一次顶升。每次顶升结束后，位于桩顶的位移传感器将位移量传送至主控操作台显示器用于校对。一般情况下每次顶升高度不大于10mm。
在拟建筑物向上移动的过程中，必须非常注意建筑物的运动状态，是否有发生平移、扭转或倾斜，支撑系统的情况，基础是否发生沉降，这些问题如不及时纠正，则可导致灾难性后果的出现，轻则不能将工程顺利进行下去，重则将会令建（构）筑物毁于一旦。因此必须加强监控，做法是在建筑的每个拐角位置设一标尺，由测量员观测每次顶升后各拐角点的位移量，并用经纬仪观测垂直度的变化，最后将人工观测的数据与电脑主控系统统计的数据相比较，是否一致。技术人员应随时观察建筑的梁板柱混凝土情况，是否有开裂现象，如有，则需要立刻停止顶升，对梁板柱体做相应的加固措施后方可继续进行。
3.4灌浆围护及沉降观测
当建筑物被调节至允许倾斜度后，千斤顶停止顶升，待24小时后如无其他情况发生，可以取出千斤顶，取千斤顶的方法是，先将钢楔打入两个千斤顶的空隙内并加塞钢垫板，再回油取出千斤顶。最后再对基础底、桩顶一定范围内灌浆围护，防止水侵蚀钢楔。灌浆围护做法如图4。
图4
混凝土围护结构施工完毕后，需要对建筑结构进行48小时沉降观测，如建筑不再发生倾斜，即可进行最后一步导槽土的回填。导槽的回填土选用密实性高、透水性低的土质，也可以拌和三七灰土回填，回填应完全人工进行，夯实拍牢，严禁用机械回填。
4结语
一个建筑物的构建耗资巨大，如果结构主体没有发生任何破坏，仅仅是因为发生了地基不均匀沉降造成倾斜量超出规范标准需要将建筑物拆除的话，给社会经济方面带来巨大的损失。托换法纠偏技术则扮演一个以小博大的作用，用几百万的成本来挽救几亿的财产，是其他的建筑修缮技术所不能比拟的。但是，其不足之处在于对地基土产生了二次破坏，同时该工法技术难度大、成本高，我国有此业务经验的企业很少，托换纠偏技术还有待发展。
参考文献
[1]张力霆主编.土力学与地基.北京：高等教育出版社，2002年7月第一版.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：托 换 纠 偏地 基控 制
Abstract: The underpinning method is the Intensive made by a variety of construction methods in an integrated construction method; it is mainly used in the correction of building construction, building renovation technology of the growth layers and foundation strengthening. The contents of the construction method widely, and the technical difficulty, high cost, generally divided to " Pile type underpinning method, Pressure grouting secret inflation underpinning method and Double ash piles. This paper introduces the engineering technical applications of top bearing pile Underpinning.Key words: Underpinning; correct partial; Foundation; control
概述：
托换法，是指解决已有建筑物的地基处理、基础加固和增层纠偏；或解决已有建筑物下需要新建地下工程，如地铁隧道；或解决因邻近需要建造新建工程而影响到已有建筑物安全等问题的处理方法的技术总称。它包含“桩式托换法”、“压密注浆膨胀托换法”、“双灰桩法”等几大类，其中，桩式托换法应用较广，它的起源可以追溯到古代，直到上世纪30年代在美国有所发展，虽然技术难度大、费用高，我国只有少数企业能够承担此类工程任务，但在延长建筑的使用寿命节约大量经济方面是其他方法所不能比拟的，尤其是当建筑物地基下有暗滨或因地基先期处理不当发生不均匀沉降所导致的主体结构倾斜时，采用顶承桩式托换法对倾斜建筑纠偏扶正效果十分明顯。
顶承桩式托换法主要利用一组千斤顶，由建筑基础底部提供向下的反作用力将混凝土桩分节压入地基中，当桩底部进入持力层不再下沉后，混凝土桩又通过千斤顶对建筑基础施加一个向上的作用力，将倾斜端的基础慢慢向上顶起直至扶正，再分次取出千斤顶、塞入钢楔，最后在基础底与桩顶的一定范围内加灌混凝土连同桩体一起形成永久支撑。
采用托换技术施工时，应做好以下技术准备工作：
（1）被托换建筑的结构设计、竣工后的沉降观测以及建筑倾斜的原因分析资料；
（2）建筑整体荷载计算，应力应变测算，以及先期地基处理方法、地质情况等；
（3）建筑地基地质二次勘探资料，地下管线邻近建筑的影响等。
在对建筑物进行纠偏时，一般要按步骤进行“倾斜原因分析”“载荷应力计算”“施工机具选择”，最后再进行现场施工。
1.建筑物倾斜原因的分析
造成建筑物倾斜的原因归纳起来可分为以下几种：
1.1地基土稳定性差
典型代表为膨胀土，颜色呈黄、黄褐、红褐、灰白或花斑等色，结构致密，为坚硬或硬塑状态，其主要矿物成分是蒙脱石和伊利石，该两种矿物晶体极不稳定，亲水性强，浸湿后强烈膨胀，失水后大幅收缩下沉。我国的膨胀土的自由膨胀率为40%～58%，抗剪强度指标c值浸水前后差值达2～3倍。该土一般情况下强度较高、压缩性低，容易被误认为是建筑性能良好的地基土，实际上是一种具有较大反复膨胀变形的高塑性粘土，它容易使建筑物产生基础外移、房屋开裂（山墙倒八字形缝，外纵墙下部水平缝）、地坪开裂等事故，当土层分布较深、湿陷面积较大，同时建筑物的刚度较好而且重心和基础形心不重合时，会引起建筑物的倾斜。
1.2勘察不全面、设计有误
在我国，每年因地质勘查不全面，工作人员疏漏大意，偷时省工而引起工程事故的案例不在少数。工程质量应当先从勘查抓起，政府应当对勘查机构实行严格监督，对于有刻意缩减勘查环节及其他不良现象的机构需要予以严肃处理。
地质勘查不当直接影响到的就是设计，国内的工程设计一般趋于保守，很少有因设计不当造成严重的质量事故的案例。但也有因建筑内部活载布置不当造成建筑物重心与基底形心偏离过大，引起附加荷载或弯矩导致建筑物倾斜；或因基础埋深小而导致建筑物抵抗不均匀的沉降能力减弱。
1.3其他方面因素
如，沉降缝处两相邻单元或者临近的两座建筑物地基应力重叠作用导致相邻单元（建筑物）的相倾；地震作用引起的地基土液化或地下工程的开挖引起建筑物的倾斜；施工质量差，局部基础破损而导致建筑物倾斜；边坡滑移而引起的地基破坏，造成建筑物倾斜；地基上冻胀引起的倾斜；地基中有有空洞孔洞引起建筑物倾斜；室外靠近建筑物墙体部位大量长期堆载造成建筑物倾斜下沉等。
2载荷应力计算及主要施工机具选择
载荷的应力计算主要包含，建筑结构全重、建筑基础底部受拉计算、托换支撑点处基础受剪计算、单桩容许抗压计算以及在施工过程中结构的抗倾覆计算等。
例如对于一幢混凝土量为2000方的混凝土结构建筑，其钢筋混凝土重量为500吨，再加上其它静载（装饰材重）动载（室内桌椅、机具等）即为结构全重，用于确定托换时千斤顶的选择，用于托换技术一般要求为单根千斤顶的顶力不小于4000KN；在进行基础底部受拉计算时，应分别选取“跨中最大弯矩处”和“下部配筋最小处” 为计算受力点，确保在托换过程中基础不会受拉破坏；对于托换支撑点处基础受剪计算和单桩容许抗压计算主要用于确定托换桩的截面尺寸及布置数量、间距，一般情况下，托换桩采用Ф200mm以上的分节钢筋混凝土预制桩，接头用硫磺砂浆连接，桩总长4～8m；最后进行结构抗倾覆计算，托换过程中要求结构重心与形心保持一致不发生倾覆。
采用顶承桩式托换法时，所用的施工机具还特别涉及“动力系统”、“控制系统”以及 “信息传递系统”。
3施工工艺
3.1地基加固
由于托换是在已建建筑基础下部进行，确保操作人员安全，所以必须对地基土进行加固，加固方法根据不同情况具体选择，一般有“预先注浆加固”和“板桩同步加固”两种。针对受雨水浸泡土质松软导致建筑倾斜的地基土必须采用预先注浆法加固；针对土质含水量低、稳定性较好的地基一般边掏土边进行板桩围护。当地下水位较高时，地基土加固之前需要辅以降水，降水是需要特别慎重的，降水点的位置的选择以及降水量的控制都直接影响到建筑结构安全，少量的降水不能满足工艺操作，超量的降水又可能导致建筑基础进一步的沉陷倾斜。一般情况下，只要将水位降至基础底部以下1.5米深度即可，降水点的位置一般最好靠近基础倾斜基准线部位，基础倾斜基准线的确定可以通过对照基础原始设计高程确定（图1）。
3.2导槽施工
导槽是人员及材料进入基础底部的通道，在满足运输条件的情况下其尺寸越小越好。导槽分为两段，一是距基础边缘一定距离处的地面至基底同高程段之间的竖向通道，该通道一般可以用沉井的方法施工；二是竖向通道底端至设计托换支撑点的水平横向通道，横向通道的掏土工作必须采用人工掏土，禁止任何形式的机械作业，同时有专职的安全、测量、技术人员跟紧。导槽成型如图2所示。
图2
3.3顶承桩式托换
将预制桩等材料由导槽运送至基础底部后，利用建筑结构上部自重作为支承反力，用千斤顶将预制桩分节压入地基中，桩接头处用硫磺砂浆连接，
如图3所示。
图3
当桩压至预定深度后，再用千斤顶对桩顶加荷至设计荷载的150%，待下沉平稳后，将原来放在基础底与桩顶的一个千斤顶换成两个，之间并有足够的空间以便将来安放钢楔。
继续向千斤顶输油，由于桩已不再下沉，这时候桩顶作为支承反力作用点，通过千斤顶将基础一点一点的向上顶起，每次顶升高度由控制系统中的主操作台输入命令，通过通讯电缆传輸至液压伺服泵站，液压伺服泵站再根据命令向千斤顶内输入相应的油量进行一次顶升。每次顶升结束后，位于桩顶的位移传感器将位移量传送至主控操作台显示器用于校对。一般情况下每次顶升高度不大于10mm。
在拟建筑物向上移动的过程中，必须非常注意建筑物的运动状态，是否有发生平移、扭转或倾斜，支撑系统的情况，基础是否发生沉降，这些问题如不及时纠正，则可导致灾难性后果的出现，轻则不能将工程顺利进行下去，重则将会令建（构）筑物毁于一旦。因此必须加强监控，做法是在建筑的每个拐角位置设一标尺，由测量员观测每次顶升后各拐角点的位移量，并用经纬仪观测垂直度的变化，最后将人工观测的数据与电脑主控系统统计的数据相比较，是否一致。技术人员应随时观察建筑的梁板柱混凝土情况，是否有开裂现象，如有，则需要立刻停止顶升，对梁板柱体做相应的加固措施后方可继续进行。
3.4灌浆围护及沉降观测
当建筑物被调节至允许倾斜度后，千斤顶停止顶升，待24小时后如无其他情况发生，可以取出千斤顶，取千斤顶的方法是，先将钢楔打入两个千斤顶的空隙内并加塞钢垫板，再回油取出千斤顶。最后再对基础底、桩顶一定范围内灌浆围护，防止水侵蚀钢楔。灌浆围护做法如图4。
图4
混凝土围护结构施工完毕后，需要对建筑结构进行48小时沉降观测，如建筑不再发生倾斜，即可进行最后一步导槽土的回填。导槽的回填土选用密实性高、透水性低的土质，也可以拌和三七灰土回填，回填应完全人工进行，夯实拍牢，严禁用机械回填。
4结语
一个建筑物的构建耗资巨大，如果结构主体没有发生任何破坏，仅仅是因为发生了地基不均匀沉降造成倾斜量超出规范标准需要将建筑物拆除的话，给社会经济方面带来巨大的损失。托换法纠偏技术则扮演一个以小博大的作用，用几百万的成本来挽救几亿的财产，是其他的建筑修缮技术所不能比拟的。但是，其不足之处在于对地基土产生了二次破坏，同时该工法技术难度大、成本高，我国有此业务经验的企业很少，托换纠偏技术还有待发展。
参考文献
[1]张力霆主编.土力学与地基.北京：高等教育出版社，2002年7月第一版.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。