本发明涉及既有建筑物或构筑物基础纠偏领域，特别涉及一种借鉴仿生学原理的建筑物或构筑物纠偏施工方法。
背景技术：
我国沿江、沿海地区软弱土分布广泛，软弱土具有含水率高、渗透性差、强度低、压缩性高的特点，在建筑物或构筑物荷载作用下软弱土地基会产生较大的沉降及不均匀沉降，导致建筑物或构筑物发生倾斜或开裂。对于倾斜超过允许值的建筑物或构筑物应采取纠偏措施，恢复建筑物或构筑物正常使用功能，减少因拆除建筑物或构筑物而造成的经济损失。目前较为常用的建筑物或构筑物纠偏方法分为两大类：一类是促沉法，包括掏土法、堆载法、排水法；另一类是顶升法，包括压桩反力顶升法、高压注浆顶升法。
仿生学是一门能有效地应用生物功能，模仿、创造和发明出新设备、新工具和新科技的先进技术，从而更好地服务于人类学习、生产和生活的新兴学科。华南农业大学工程学院根据典型土壤动物体表减粘降阻的特性，采用波纹型仿生曲面对防汛抢险螺旋桩表面进行了仿生处理，使螺旋桩正转拧入地下过程中有减粘降阻的效果且不会带出土壤，从而降低了能耗，减小了电机重量，达到了便携的效果；江苏科技大学结合螺壳表面逐层外扩的右旋结构设计出一种桩-土连接刚度高、拔桩阻力小的新型仿生桩靴结构。
在本发明专利之前，中国发明专利“一种油罐桩筏基础的纠偏加固方法”(专利号zl201611223347.8)，公开了一种油罐桩筏基础的纠偏加固方法：首先在沉降不收敛部位斜向小角度打设塑料排水板，然后在加固部位外侧开挖环形工作面，下方挖环形盲沟至排水板位置，埋入碎石并用抽水泵进行抽水，接着在沉降较大一侧压入粗砂进行加固。该方法能消除油罐基础的不均匀沉降，然而普通排水板联合水泵排水效率一般、压入粗砂加固处理效果有限。中国发明专利“联合化学溶液注入电渗法处理软土地基及其施工方法”(专利号zl201110083840.5)，公开了一种联合化学溶液注入电渗法处理软土地基及其施工方法：在软弱土地基中插入金属电极并分别在阳、阴电极中注入不同的化学溶液，然后通以直流电，形成电渗和化学反应；从阴极排水，降低土中含水率，加速地基土固结压密，提高土体强度；化学反应所产生的沉淀物对土体颗粒起到一定的胶结作用。然而，该方法仅适用于地表无建筑物或构筑物的常规地基处理。中国发明专利“一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法”(专利号zl201910371210.4)，公开了一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法：利用太阳能对真空预压密封膜膜上水进行加热，并通过循环泵使热水在中空芯板塑料排水板内循环流动，加速地基沉降。该方法可以有效缩短软土固结时间，但是排水板的排水深度有限，且施工工序也较多。
cn202010760595.6本发明提供了一种利用eps轻质土对建筑物进行纠偏减沉的施工方法，包括如下步骤：1、确定纠偏参数；2、隔离减载机构的施工，获得所述封浆墙以及封浆层；3、浮托止沉机构的施工，向所述喷浆孔以及所述卸压孔内注入eps轻质土浆，并将所述eps轻质土浆与所述喷浆孔以及所述卸压孔内软弱土层混合均匀；4、注浆纠偏，通过所述高压旋喷装置在所述纠偏孔内注入eps轻质土浆，完成注浆纠偏过程。本发明的一种利用eps轻质土对建筑物进行纠偏减沉的施工方法，充分利用eps轻质土的密度小、强度高、可现场制作等优点，结合注浆顶升原理将顶升施工和填充施工合二为一，简化施工步骤、缩短工期、降低成本，科学地实现建筑结构的纠偏减沉。但是对于软弱地基上的倾斜建筑物或构筑物的纠偏效果不明显。因此，借鉴仿生学原理，研发一种施工速度快、加固效率好、经济性高的建筑物或构筑物纠偏技术及其施工方法，显得尤为迫切。
技术实现要素：
发明目的：针对现有建筑物或构筑物纠偏与加固技术成本高、工序繁多；普通排水法排水效率低或排水量较小、迫降纠偏效果不明显的问题，提出一种借鉴仿生学原理的建筑物或构筑物纠偏施工方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种借鉴仿生学原理的建筑物或构筑物的纠偏施工方法，通过联合运用排水促沉和加固顶升的方法，采用电渗法或热固结法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉，通过电化学反应作用对地基土进行加固，然后采用后注浆螺旋桩法对建筑物或构筑物沉降较大一侧进行加固和顶升。
具体地，包括如下施工步骤：
(1)建筑物或构筑物倾斜情况3d模型构建：基于北斗系统或无人机拍摄技术，获得建筑物或构筑物的倾斜情况信息，将坐标及图片数据导入计算机处理系统形为3d模型，通过分析确定沉降位置、倾斜方向及角度信息；
(2)地基土层性质勘察：通过收集既有地勘报告资料或实地补勘，获得拟纠偏建筑物或构筑物地基土层性质与参数，根据地基土酸碱性不同选择不同化学溶液，并为后续纠偏方案选择提供支撑；
(3)纠偏监测系统布置：在建筑物或构筑物的重点部位，布置光纤光栅或振弦式传感器，实时监测建筑物或构筑物纠偏施工过程中的变形与应力变化情况，根据监测数据，动态调控纠偏电渗压力值、电渗时长或热固结温度、热固结时长和螺旋桩后注浆压力值与注浆量；
(4)地基排水促沉施工：在建筑物或构筑物两侧依次间隔钻入1～2排螺旋桩，利用电渗法或热固结法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉；
(5)地基加固顶升施工：排水促沉施工结束后，当采用电渗法进行排水促沉施工时，分别在阳极和阴极注入不同的化学溶液，继续通以直流电，两种化学溶液在土体中迁移并发生化学反应，在土体中形成沉淀并加固土层；向沉降较大一侧的螺旋桩桩体中进行注浆，浆液通过螺旋桩注入地基土体中，对土层进行加固并对建筑物或构筑物进行顶升；
(6)纠偏与加固效果检测：采用北斗系统或无人机拍摄技术，再次对建筑物或构筑物进行3d模型构建，检测纠偏与加固效果与质量，对比分析纠偏前、纠偏后的建筑物或构筑物关键部位变形、应力与施工过程的关系，为后续类似工程建设提供技术支撑。
在一种实施方式中，利用电渗法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉的方法为：在建筑物或构筑物沉降较小一侧的螺旋桩桩体中埋入石墨棒作为阳极，建筑物或构筑物沉降较大一侧的螺旋桩作为阴极，然后通以直流电，在电场作用下地下水向阴极流动并排出。
在另一种实施方式中，采用热固结法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉的方法为：在沉降较小一侧螺旋桩的桩身内部埋入u形或w形换热管，通过水泵使热水在u形或w形换热管中循环流动，土体加热温度在65～90℃之间，同时用水泵进行抽水，地基土热固结，加速地基排水。
优选地，步骤(4)中，所述的螺旋桩为空心铜管或者钢管，管径在150mm～350mm之间，桩底设置1～3叶片，叶片间距为200mm～300mm，叶片外径在300mm～900mm之间，厚度为10mm～20mm，桩身长度根据设计加固深度确定，沿桩深方向布置有8～12个排水孔或注浆孔，孔径为15mm～20mm；基于鲨鱼皮肤仿生学原理，将螺旋桩侧壁或叶片表面制作成粗糙的v形褶皱表面，成鱼鳞状排布，前后叠搭，倾斜角度为20°，v形褶皱面夹角为100°～110°，褶皱峰高为5mm～6mm，减小钻入阻力。
优选地，所述的石墨棒，为圆柱形高纯石墨棒，其直径为60mm～100mm，长度根据设计加固深度确定。
优选地，所述的换热管为聚乙烯管，其外径为20mm～45mm，壁厚为4mm～6mm，换热管长度根据螺旋桩长度确定，管内换热液为水。
其中，步骤(5)中，所述的化学溶液，若地基土偏酸性，则阴极注入的化学溶液为硅酸钠溶液(na2sio3)，阳极注入的化学溶液为氯化钙溶液(cacl2)；若地基土偏碱性，则阴极注入的化学溶液为碳酸钠溶液(na2co3)，阳极注入的化学溶液为氯化钙溶液(cacl2)；注入螺旋桩体内部后使现场的浓度均为10～20％。
优选地，步骤(5)中，所述的浆液为水泥浆液或者高聚物浆液，如环氧树脂混凝土或不饱和聚酯树脂混凝土，水泥浆注浆压力控制在0.6mpa～2.1mpa范围，加入早凝剂，如氧铝熟料，后浆液初凝时间为0.4h～0.5h，完全达到强度的时间约为5h～7h，高聚物注浆压力控制在0.6mpa～2.1mpa范围，浆液初凝时间为0.3h～0.4h，终凝时间为4.5h～5h。
有益效果：与其它建筑物或构筑物纠偏处理技术相比，通过电渗法或热固结法加速土体排水促沉，缩短工期；注浆顶升与排水促沉相结合，可以有效地对软土地基建筑物或构筑物进行纠偏与加固。本发明施工成本较低、周期较短、施工工序更加简易、应用范围更广。
附图说明
图1是本发明建(构)筑物纠偏示意图；
图2是本发明步骤(4)中方案一施工布置平面示意图；
图3是本发明步骤(4)中方案二施工布置平面示意图；
图4是本发明所用螺旋桩构造剖面图；
图中：1为螺旋桩，2为光纤光栅或振弦式传感器，3为直流电源，4为直流电流表，5为电缆线，6为注浆管，7为注浆机，8为温度计，9为排水沟，10为围栏及警示牌，11为换热管，12为水泵，13为热水炉，14为胶结物，15为叶片，16为排水孔或注浆孔，17为换热管，18为封闭绝缘材料，19为石墨棒，20为出水口，21为叶片表面构造。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1～图4所示，螺旋桩1为空心铜管或者钢管，管径在150mm～350mm之间，桩底设置1～3个叶片15，叶片15间距为200mm～300mm，叶片15外径在300mm～900mm之间，厚度为10mm～20mm，桩身长度根据设计加固深度确定，沿桩深方向布置有8～12个排水孔或注浆孔16，孔径为15mm～20mm；顶部出水口20周围包裹封闭绝缘材料18，上端连接电缆线5或者换热管11；基于鲨鱼皮肤仿生学原理，将螺旋桩1侧壁或叶片15表面制作成粗糙的v形褶皱表面21，成鱼鳞状排布，前后叠搭，倾斜角度为20°，v形褶皱面夹角为100°～110°，褶皱峰高为5mm～6mm，减小钻入阻力。
实施时，首先清理平整场地，并在处理范围周边设立围栏警示牌10；基于北斗系统或无人机拍摄技术，获得建(构)筑物的倾斜情况信息，将坐标及图片数据导入计算机处理系统形为3d模型，通过分析确定沉降位置、倾斜方向及角度信息；通过收集既有地勘报告资料或实地补勘，获得拟纠偏建(构)筑物地基土层性质与参数，为后续纠偏方案选择提供支撑；在建(构)筑物的重点部位，布置光纤光栅或振弦式传感器系统2，实时监测建(构)筑物纠偏施工过程中的变形与应力变化情况，根据监测数据，动态调控纠偏电渗压力值、电渗时长或热固结温度、热固结时长和螺旋桩后注浆压力值与注浆量；根据《建筑物倾斜纠偏技术规程》与测得的建(构)筑物倾斜情况信息在建(构)筑物两侧指定位置依次间隔钻入1～2排螺旋桩1，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1％；利用钻机转入螺旋桩1，保证实际钻入螺旋桩1的中心与设计位置中心偏差不大于50mm，并在中间两排螺旋桩1附近及相应深度布置温度计8。
地基排水促沉施工方案一：将钻机撤离场地，在建(构)筑物沉降较小一侧的螺旋桩1桩体中埋入石墨棒19作为阳极，建(构)筑物沉降较大一侧的螺旋桩1作为阴极，在阴极附近土体表面挖排水沟9，利用电缆线5连接各个阳、阴电极，并分别与直流电电源3连接，中间串联直流电流表4，通以90～130v直流电，在电场作用下地下水向阴极流动并排出。电渗法排水加固地基过程中，阳极附近排水量较阴极附近排水量大，即对于上部建(构)筑物而言，阳极附近排水促沉量大于阴极附近，一定程度上也协调了建(构)筑物的沉降差；当阴极螺旋桩1排水量明显减小且趋向于零或者阳极螺旋桩1周边土体出现泛白、开裂，温度计8读数达到100℃左右的现象时，则应停止施工，完成排水过程。
地基排水促沉施工方案二：将钻机撤离场地，在沉降较小一侧螺旋桩1的桩身内部埋入u形或w形换热管17，并在附近土体表面挖排水沟9；利用换热管11连接各个u形换热管17进出水口和水泵12和热水炉13进出水口，整体形成闭合回路；通过水泵12使热水在u形或w形换热管17中循环流动，观察温度计8并控制水泵12的功率，使土体加热温度在65～90℃之间，同时用水泵进行抽水，地基土热固结，加速地基排水；当加热一侧螺旋桩1排水量明显减小且趋向于零或者周边土体出现泛白、开裂的现象时，则应停止施工，完成排水过程。
完成地基排水促沉施工后，当采用电渗法进行排水促沉施工时，分别在阳极和阴极注入不同的化学溶液，若地基土偏酸性，则阴极注入的化学溶液为硅酸钠溶液(na2sio3)，阳极注入的化学溶液为氯化钙溶液(cacl2)；若地基土偏碱性，则阴极注入的化学溶液为碳酸钠溶液(na2co3)，阳极注入的化学溶液为氯化钙溶液(cacl2)；注入螺旋桩体1内部后使现场的浓度均为10～20％，继续通以直流电，两种化学溶液在土体中迁移并发生化学反应，在土体中形成沉淀并加固土层；利用注浆机7通过注浆管6向沉降较大一侧的螺旋桩1桩体中注入水泥浆液或者高聚物浆液(环氧树脂混凝土或不饱和聚酯树脂混凝土)，使浆液通过螺旋桩1注入地基土体中，形成超孔隙水压力，水泥浆注浆压力控制在0.6mpa～2.1mpa范围，加入早凝剂(氧铝熟料)后浆液初凝时间为0.4h～0.5h，完全达到强度的时间约为5h～7h，形成胶结物14；高聚物注浆压力控制在0.6mpa～2.1mpa范围，浆液初凝时间为0.3h～0.4h，终凝时间为4.5h～5h，形成胶结物14；对土层进行加固，地基向上变形，将建(构)筑物抬升，纠偏到位；最后，采用北斗系统或无人机拍摄技术，再次对建(构)筑物进行3d模型构建，检测纠偏与加固效果与质量，对比分析纠偏前、纠偏后的建(构)筑物关键部位变形、应力与施工过程的关系。
本发明提供了一种借鉴仿生学原理的建筑物或构筑物纠偏施工的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
1.一种借鉴仿生学原理的建筑物或构筑物的纠偏施工方法，其特征在于，联合运用排水促沉和加固顶升的方法，采用电渗法或热固结法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉，通过电化学反应作用对地基土进行加固，然后采用后注浆螺旋桩法对建筑物或构筑物沉降较大一侧进行加固和顶升。
2.根据权利要求1所述的纠偏施工方法，其特征在，包括如下施工步骤：
（1）建筑物或构筑物倾斜情况3d模型构建：基于北斗系统或无人机拍摄技术，获得建筑物或构筑物的倾斜情况信息，将坐标及图片数据导入计算机处理系统形为3d模型，通过分析确定沉降位置、倾斜方向及角度信息；
（2）地基土层性质勘察：通过收集既有地勘报告资料或实地补勘，获得拟纠偏建筑物或构筑物地基土层性质与参数，根据地基土酸碱性不同选择不同化学溶液，并为后续纠偏方案选择提供支撑；
（3）纠偏监测系统布置：在建筑物或构筑物的重点部位，布置光纤光栅或振弦式传感器，实时监测建筑物或构筑物纠偏施工过程中的变形与应力变化情况，根据监测数据，动态调控纠偏电渗压力值、电渗时长或热固结温度、热固结时长和螺旋桩后注浆压力值与注浆量；
（4）地基排水促沉施工：在建筑物或构筑物两侧依次间隔钻入1~2排螺旋桩，利用电渗法或热固结法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉；
（5）地基加固顶升施工：排水促沉施工结束后，当采用电渗法进行排水促沉施工时，分别在阳极和阴极注入不同的化学溶液，继续通以直流电，两种化学溶液在土体中迁移并发生化学反应，在土体中形成沉淀并加固土层；向沉降较大一侧的螺旋桩桩体中进行注浆，浆液通过螺旋桩注入地基土体中，对土层进行加固并对建筑物或构筑物进行顶升；
（6）纠偏与加固效果检测：采用北斗系统或无人机拍摄技术，再次对建筑物或构筑物进行3d模型构建，检测纠偏与加固效果与质量，对比分析纠偏前、纠偏后的建筑物或构筑物关键部位变形、应力与施工过程的关系，为后续类似工程建设提供技术支撑。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，利用电渗法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉的方法为：在建筑物或构筑物沉降较小一侧的螺旋桩桩体中埋入石墨棒作为阳极，建筑物或构筑物沉降较大一侧的螺旋桩作为阴极，然后通以直流电，在电场作用下地下水向阴极流动并排出。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，采用热固结法对建筑物或构筑物沉降较小一侧进行排水促沉的方法为：在沉降较小一侧螺旋桩的桩身内部埋入u形或w形换热管，通过水泵使热水在u形或w形换热管中循环流动，土体加热温度在65~90℃之间，同时用水泵进行抽水，地基土热固结，加速地基排水。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的螺旋桩为空心铜管或者钢管，管径在150mm~350mm之间，桩底设置1~3叶片，叶片间距为200mm~300mm，叶片外径在300mm~900mm之间，厚度为10mm~20mm，桩身长度根据设计加固深度确定，沿桩深方向布置有8~12个排水孔或注浆孔，孔径为15mm~20mm；基于鲨鱼皮肤仿生学原理，将螺旋桩侧壁或叶片表面制作成粗糙的v形褶皱表面，成鱼鳞状排布，前后叠搭，倾斜角度为20°，v形褶皱面夹角为100°~110°，褶皱峰高为5mm~6mm。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的石墨棒，为圆柱形高纯石墨棒，其直径为60mm~100mm，长度根据设计加固深度确定。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的换热管为聚乙烯管，其外径为20mm~45mm，壁厚为4mm~6mm，换热管长度根据螺旋桩长度确定，管内换热液为水。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，所述的化学溶液，若地基土偏酸性，则阴极注入的化学溶液为硅酸钠溶液，阳极注入的化学溶液为氯化钙溶液；若地基土偏碱性，则阴极注入的化学溶液为碳酸钠溶液，阳极注入的化学溶液为氯化钙溶液；注入螺旋桩体内部后使现场的浓度均为10~20%。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，所述的浆液为水泥浆液或者高聚物浆液，水泥浆注浆压力控制在0.6mpa~2.1mpa范围，加入早凝剂后浆液初凝时间为0.4h~0.5h，完全达到强度的时间约为5h~7h，高聚物注浆压力控制在0.6mpa~2.1mpa范围，浆液初凝时间为0.3h~0.4h，终凝时间为4.5h~5h。
技术总结