本發(fā)明屬于磚石古塔建筑糾偏技術(shù)領域，具體涉及黃土地基上傾斜磚石古塔類建筑糾偏的方法。
背景技術(shù)：
中華民族歷史悠久，留下了豐富的文化遺存。如珍珠般散布于祖國大地上的古塔建筑無疑在我國古文化傳承與保護中占有非常重要的地位。在悠久而艱難的歲月中，這些塔已幻化為當?shù)乩习傩盏木裰е?/p>
古塔作為現(xiàn)存不多的古建筑，不僅對于研究我國古代建筑技術(shù)的發(fā)展具有極其重要的意義，而且對于研究我國古老的歷史、文化、藝術(shù)、宗教以及政治、外交及經(jīng)濟等均具有無法替代的價值。
塔無不斜，由于古代建造技術(shù)的限制及千年歲月的破壞，目前我國現(xiàn)存磚石古塔，大多存在傾斜，個別已經(jīng)倒塌。傾斜是威脅古塔建筑長久保存的最主要因素。
古塔建筑是古代主要的高層建筑，一般高度較大，可達50~80m以上。加之磚石的容重比較大，一座高大磚石塔對地基的作用力是很大的。眉縣凈光寺塔地基壓應力約400kPa，旬邑泰塔的地基壓應力約560kPa。另一方面，古人建塔大多對地基不做特殊處理，一般通過延長建造周期，使天然地基得以逐漸壓實，從而獲得比較高的地基承載力。
黃土在在我國有著廣泛的分布區(qū)域。黃土是一種特殊性質(zhì)的土，其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育。在未受水浸濕時，一般強度較高，壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)會迅速破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強度迅速降低。隨著環(huán)境的變遷，地下水位及土壤含水量可能發(fā)生變化，極易引起這些區(qū)域的磚石古塔建筑沉降不均勻或傾斜。據(jù)記載，我國歷史上共造塔10000座左右，現(xiàn)存3000余座。傾斜是威脅古塔建筑長久保存的最主要因素，因保存釋迦牟尼舍利而舉世聞名的法門寺明塔即由于過度傾斜而于1981年倒塌，1987年重建。這使得文物界、文化界及宗教界的諸多學者無不痛心疾首。
偶亦可見現(xiàn)代鋼筋混凝土及鋼結(jié)構(gòu)建筑物因不均勻沉降過大而對之實施糾偏者，然現(xiàn)代建筑有3大優(yōu)勢：①整體性較好，②材料強度高，③高寬比較小，因而對其實施糾偏的技術(shù)風險要小得多。
黃土地區(qū)磚石古塔類建筑的特點是：①塔體多以青磚黃泥砌筑而成，整體性較差，②磚石砌體本就抗拉強度較低，加之千余年歲月的剝蝕，故塔體材料多難以承擔較大不均衡應力，③高寬比較大，塔體穩(wěn)定性較差，④塔體地基壓應力遠超過其承載力特征值，故在黃土地區(qū)尚存在地基失穩(wěn)的風險。因此對于黃土地區(qū)磚石古塔類建筑實施糾偏扶正，其技術(shù)風險及技術(shù)難度要大得多，絕對不可以纜繩拽拉以求端正！
目前有關(guān)黃土地區(qū)對傾斜磚石古塔類建筑成功實施糾偏的工程案例尚不多見。國內(nèi)外見諸報道的其他地區(qū)古塔類建筑糾偏工程案例及方法特點見下表：
以上工程案例中，南京定林寺塔傾斜最嚴重，斜7.59°，但塔體高度較小，工程難度及風險也相對較??；太原雙塔東塔塔體高大、糾偏量也較大，但塔體傾斜較?。?.93°），塔體傾斜變形速率較小，工程風險也相對較小。國際上最具影響的古塔糾偏工程唯意大利的比薩斜塔。比薩斜塔的糾偏與加固工程影響最大，持續(xù)時間最久，投入的資金最多，動員的技術(shù)力量最強。
以上國內(nèi)工程案例中，其塔體糾偏多借助于豎井掏土糾偏，并結(jié)合鋼纜牽引。其特征是：①在古塔基礎沉降較小一側(cè)的塔基邊緣設置基干豎井；②在豎井與塔基底部設置若干與豎井井底相通的斜井；③通過豎井用壓力水和空壓氣將塔基下部土體沖刷成淤泥狀土；④將淤泥狀土經(jīng)斜井運至地面，根據(jù)排出泥土量控制古搭沉降較小一側(cè)基礎的沉降量；⑤經(jīng)糾偏，古塔達到預定位置后，在豎井和斜井中回填砂或砂土?？梢钥闯?，這種方法不僅比較復雜，不便應用于地下水位較高的地區(qū)，在黃土地區(qū)還容易引起地基抗剪失效。至于比薩斜塔糾偏，雖影響較大，然其糾偏量較?。s450mm），其糾偏主要借助于一種專門開發(fā)的鉆機，并有較大配重，其工程成本自然較高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供黃土地基上傾斜磚石古塔類建筑糾偏的方法，具有操作簡單、安全可靠、適用范圍廣及工程成本低廉的特點。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：黃土地基上傾斜磚石古塔類建筑糾偏的方法，包括以下步驟：
1）對傾斜塔體采取有效可逆的箍緊加固措施，以抵消糾偏過程可能產(chǎn)生的塔中軸面拉應力及在塔體下部產(chǎn)生的局部不均衡過大壓應力；
2）在塔體基礎沉降較小一側(cè)的地面距離塔基邊緣3～5m處開挖導坑，導坑深度應低于塔基底面0.8-1.2 m，導坑水平尺度以便于設備操作為宜；
3）以洛陽鏟或機械鉆孔設備在塔基下0.5-1.2 m深度范圍內(nèi)鉆孔抽土，抽土孔孔徑不大于150mm，抽土孔平面投影方向與塔傾斜方向一致，立面投影與水平面呈10～15o夾角，抽土孔深度越過塔重心所在豎直面100～200mm，該豎直面與塔尖-塔傾斜方向構(gòu)成的豎直面垂直；
4）抽土孔位置及順序的布置原則是：均勻、逐漸加密；抽土孔數(shù)量及抽土速度需經(jīng)過嚴格的結(jié)構(gòu)力學及土力學計算，計算標準：確保不致在塔底產(chǎn)生可以破壞塔體的不均衡應力，控制塔基最大沉降量不大于30mm/d，使塔體緩慢平穩(wěn)的回傾；
5）利用塔身所受的重力及軟土地基的蠕變特性，有控制地迫降古塔基礎原來沉降較小一側(cè)的沉降量，從而達到塔體安全糾偏的目的。
本發(fā)明的有益效果是：
1）安全可靠，塔體糾偏全過程可控性好；
2）適用范圍寬廣，從實踐經(jīng)驗看，可運用于20～60m磚石古塔糾偏；
3）操作方法簡單，成本較低，成孔設備用一般洛陽鏟或普通機械鉆孔設備即可。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基本原理示意圖。
具體實施方法
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1，陜西眉縣凈光寺塔實施了試驗糾偏。
眉縣凈光寺塔處于現(xiàn)眉縣政府大院內(nèi)，樓閣式7層磚塔，底層有塔室可入。塔平面正方形，底層邊長4.46m，自現(xiàn)有地面塔高22.05m，底層塔體剝蝕嚴重。1998年測得塔體向北偏東7.525o傾斜，垂直方向傾角4.3o，塔尖中心偏差1.664m，正北方向偏差1.620m。
2001年7月5日開始試驗糾偏，施工工藝是：在塔下距塔底約1m處打一排孔，孔徑100～120mm，孔間凈距100mm，孔與水平面的夾角控制在10?左右，孔深度依理論分析結(jié)果以進入塔邊線2/5左右為宜。孔大小與數(shù)量控制在當孔間土體塌落后，塔南側(cè)邊沿下沉不超過20mm為宜。成孔方法則簡單采用“洛陽鏟”人工成孔。
2001年10月21日復測表明，塔尖南北方向由原來的偏移1.62m縮小為0.62m，矯正61%；塔尖東西回傾0.52m，矯正70%。
實施例2，西安萬壽寺塔實施了全方位的工程糾偏。
西安萬壽寺塔位于西安市韓森寨萬壽中路28中學田徑場內(nèi)。6層6邊形樓閣式磚塔，青磚黃泥砌成。底層邊長3.1m，通高23.45m，其中1~3層為正六邊形空心筒，空心直徑約1.2m。塔三層南壁有一券龕與下部空心相通。塔4～6層為6邊形實心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部構(gòu)造不詳。塔基磚砌，六角由青石墊砌加固。
萬壽寺塔多年向西北方向傾斜，2011年5月底之前，塔頂雖然存在1.2m偏移量，但傾斜趨勢發(fā)展較為緩慢，處于穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測表明：2011年5月28日前后，西安市連降大雨，萬壽寺塔傾斜值驟然增加，并持續(xù)加劇。針對這一情況，西安市政府經(jīng)過多方論證，對萬壽寺塔采取搶救性保護措施：塔身以鋼架支撐。
糾偏方法采用抽土迫降及頂升校正綜合法。本工程特點：①地基土自重濕陷性Ⅲ級（嚴重），含水量24～28%，土體接近軟塑狀態(tài)，力學性能較差；②塔斜6.45°，傾斜嚴重；③塔體單壁中空，結(jié)構(gòu)整體性較好，但塔底6角墊以形狀大小不一青石，易產(chǎn)生不均勻應力。
為保證工程安全可靠地進行，對塔體進行了全面的可逆性預加固，對塔底基礎則宜采用永久性措施加固，主要有上下2道混凝土基礎圈梁。上圈梁糾偏施工前完成，下圈梁糾偏施工中分段完成。
工程工期從2013年9月1日開始，2014年12月25日結(jié)束，塔體基本完全矯正，對塔下地基亦實施了加固。
實施例3，陜西旬邑泰塔實施了搶救性糾偏。
泰塔位于陜西省旬邑縣縣城的泰塔路北側(cè)，與旬邑體育場隔路相望。場地地貌單元為山前沖洪積扇。泰塔為樓閣式七層磚塔，高50.162米，平面八邊，底層直徑11.930m，單壁中空，底層壁厚4.300m，磚砌基礎，基礎埋深約2.500m，底面積約119.6m2，塔體磚砌實體體積約3400m3。
泰塔多年傾斜，根據(jù)2006年8月18日觀測資料，塔傾斜方向北偏東27°32′，傾斜量2.268m，傾斜速率大約10mm/y。觀測表明2013年11月份塔傾斜開始加速，至2014年3月18日，在4個月時間內(nèi)，傾斜由2.334m猛增至2.482m，后2月傾斜速率1.9 mm/d。至2014年6月20日，傾斜值為2.499m。2014年11月29日，塔體傾斜3.013。監(jiān)測單位呼吁：泰塔急需糾偏加固。
鑒于泰塔險情的發(fā)展情況，搶險施工方果斷采取措施：①加強對塔體傾斜變形的觀測；②對塔體盡快以環(huán)箍加固保護，以防止塔體因過度傾斜而在塔中軸面引起過大剪力而使塔體破裂；③立即啟動在塔體西南側(cè)抽土的方案，以尋求塔底應力的平衡！截止2016年8月19日，塔體偏移量回歸至899mm，糾傾量2.114m。
實施例4
濕陷性黃土地基上的傾斜磚石古塔類建筑糾偏的方法，包括以下步驟：
1）對傾斜塔體采取有效可逆的箍緊加固措施，以抵消糾偏過程可能產(chǎn)生的塔中軸面拉應力及在塔體下部產(chǎn)生的局部不均衡過大壓應力；
2）在塔體基礎沉降較小一側(cè)的地面距離塔基邊緣3～5m處開挖導坑，導坑深度應低于塔基底面1.0m，導坑水平尺度以便于設備操作為宜；
3）以洛陽鏟或機械鉆孔設備在塔基下1m內(nèi)鉆孔抽土，以塔體基本矯正后鉆孔設備不傷及塔基為宜，抽土孔孔徑不大于150mm，抽土孔平面投影方向與塔傾斜方向一致，立面投影與水平面呈10～15o夾角，抽土孔深度越過塔重心所在豎直面，該豎直面與塔尖-塔傾斜方向構(gòu)成的豎直面垂直；
4）抽土孔位置及順序的布置原則是：均勻、逐漸加密；抽土孔數(shù)量及抽土速度需經(jīng)過嚴格的結(jié)構(gòu)力學及土力學計算，計算標準：確保不致在塔底產(chǎn)生可以破壞塔體的不均衡應力，控制塔基最大沉降量不大于30mm/d，使塔體緩慢平穩(wěn)的回傾；
5）利用塔身所受的重力及軟土地基的蠕變特性，緩慢地、有控制地迫降古塔基礎原來沉降較小一側(cè)的沉降量，從而達到塔體安全糾偏的目的，塔基最大沉降量控制在每天不大于20mm。
旬邑泰塔搶險項目即是在眉縣凈光寺塔及萬壽寺塔成功糾偏經(jīng)驗的基礎上實施的。
實施例5
濕陷性黃土地基上的傾斜磚石古塔類建筑糾偏的方法，包括以下步驟：
1）對傾斜塔體采取有效可逆的箍緊加固措施，以抵消糾偏過程可能產(chǎn)生的塔中軸面拉應力及在塔體下部產(chǎn)生的局部不均衡過大壓應力；
2）在塔體基礎沉降較小一側(cè)的地面距離塔基邊緣3～5m處開挖導坑，導坑深度應低于塔基底面1.3m，導坑水平尺度以便于設備操作為宜；
3）以洛陽鏟或機械鉆孔設備在塔基下1.2m內(nèi)鉆孔抽土，以塔體基本矯正后鉆孔設備不傷及塔基為宜，抽土孔孔徑不大于150mm，抽土孔平面投影方向與塔傾斜方向一致，立面投影與水平面呈10～15o夾角，抽土孔深度越過塔重心所在豎直面，該豎直面與塔尖-塔傾斜方向構(gòu)成的豎直面垂直；
4）抽土孔位置及順序的布置原則是：均勻、逐漸加密；抽土孔數(shù)量及抽土速度需經(jīng)過嚴格的結(jié)構(gòu)力學及土力學計算，計算標準：確保不致在塔底產(chǎn)生可以破壞塔體的不均衡應力，控制塔基最大沉降量不大于30mm/d，使塔體緩慢平穩(wěn)的回傾；
5）利用塔身所受的重力及軟土地基的蠕變特性，緩慢地、有控制地迫降古塔基礎原來沉降較小一側(cè)的沉降量，從而達到塔體安全糾偏的目的，塔基最大沉降量控制在每天不大于29mm。
實施例6
濕陷性黃土地基上的傾斜磚石古塔類建筑糾偏的方法，包括以下步驟：
1）對傾斜塔體采取有效可逆的箍緊加固措施，以抵消糾偏過程可能產(chǎn)生的塔中軸面拉應力及在塔體下部產(chǎn)生的局部不均衡過大壓應力；
2）在塔體基礎沉降較小一側(cè)的地面距離塔基邊緣3～5m處開挖導坑，導坑深度應低于塔基底面0.7m，導坑水平尺度以便于設備操作為宜；
3）以洛陽鏟或機械鉆孔設備在塔基下0.8m內(nèi)鉆孔抽土，以塔體基本矯正后鉆孔設備不傷及塔基為宜，抽土孔孔徑不大于150mm，抽土孔平面投影方向與塔傾斜方向一致，立面投影與水平面呈10～15o夾角，抽土孔深度越過塔重心所在豎直面，該豎直面與塔尖-塔傾斜方向構(gòu)成的豎直面垂直；
4）抽土孔位置及順序的布置原則是：均勻、逐漸加密；抽土孔數(shù)量及抽土速度需經(jīng)過嚴格的結(jié)構(gòu)力學及土力學計算，計算標準：確保不致在塔底產(chǎn)生可以破壞塔體的不均衡應力，控制塔基最大沉降量不大于30mm/d，使塔體緩慢平穩(wěn)的回傾；
5）利用塔身所受的重力及軟土地基的蠕變特性，緩慢地、有控制地迫降古塔基礎原來沉降較小一側(cè)的沉降量，從而達到塔體安全糾偏的目的，塔基最大沉降量控制在每天10mm。
以上國內(nèi)工程案例中，其塔體糾偏多借助于豎井掏土糾偏，并結(jié)合鋼纜牽引。其特征是：①在古塔基礎沉降較小一側(cè)的塔基邊緣設置基干豎井，豎井中心距為3～5m，豎井的內(nèi)徑1.5～2.0m，豎井井底離塔基下底1～25m；②在塔基沉降較小一側(cè)，離豎井若干距離處等距設置若干與豎井井底相通的斜井，其中心距1.8～2.2m，直徑0.3～0.8m，向下傾角30°～60°；③在豎井井底用壓力水和空壓氣將豎井井底處位于塔基下部的土體沖刷成淤泥狀土；④用排泥設備將淤泥狀土經(jīng)斜井運至地面存放，⑤用監(jiān)測設備測量古塔基礎每天的沉降量；⑥根據(jù)排出泥土量控制古搭沉降較小一側(cè)基礎的沉降量（不大于20mm/d）；⑦經(jīng)糾偏，古塔達到預定位置后，在豎井和斜井中回填砂或砂土。
參見圖1，圖中：H—塔體高度（m）；h—塔體重心高度（m）； B—塔體底邊寬度（m）；x0—塔底受壓區(qū)寬度（m）； M—塔體傾斜引起的塔底傾覆彎矩（kN-m）； G—塔體重量（kN）。