歷史建筑基礎加固及糾偏研究

奚江琳 史新剛 吳 迪

歷史建筑是一個綜合的概念,要跳出舊有“文物保護”的單一概念,走向包括文物古跡、古建筑、近現代優秀建筑及歷史街區在內的一切具有歷史文化價值和在特定歷史階段具有一定影響的、反映民族和地方特色的建筑[1]。歷史建筑是不可再生資源,一旦毀壞將造成不可估量的損失,因此對歷史建筑的保護是歷史賦予我們的責任,也是社會發展的需要。面對城市化建設加快的步伐,帶來的是對歷史建筑建設性破壞,歷史建筑保護現狀堪憂,因此如何保護好歷史建筑是建筑工程專業面臨的重大課題。因此本文將針對歷史建筑的基礎問題進行分析研究。

1 歷史建筑出現的基礎問題

從歷史建筑的概念來看,這類建筑都是建成有一定年限,隨著時間的推移,會出現各種各樣的問題。基礎是一棟樓的根本,“萬丈高樓平地起”人們只看到建筑光鮮的外表,但是沒有建筑下部基礎的堅實支撐建筑物是不能“高聳入云”的。當建筑物基礎沉降過大或沉降差過大,會影響建筑正常使用,本身歷史建筑都已使用多年,安全問題是建筑壽命面臨的重大挑戰。

2 對產生問題的歷史建筑的勘察

1)建筑物地基工程勘察資料。分析已有建筑物地基工程勘察資料,如原有工程地質和水文地質資料不能滿足分析要求,或應用原有工程勘察資料難以解釋建筑物沉降情況時,應對地基進行補勘。2)沉降和不均勻沉降觀測資料。力求了解建筑物沉降和不均勻沉降發展過程。應對近期沉降資料,包括沉降和不均勻沉降值,特別是沉降速率要有正確的了解。3)建筑物上部結構和基礎設計資料。詳細分析建筑物結構設計情況,對加層改建工程,應詳細了解加層改建結構設計情況,對地基中修建地下工程應詳細了解地下工程設計資料。4)周圍環境情況。掌握建(構)筑物周圍環境情況,包括地下管線等市政設施、鄰近建筑物結構與基礎情況等。分析其對加固建筑物的影響,以及建筑物地基加固對鄰近建(構)筑物的影響。5)建筑物施工資料。要了解建筑物地基基礎施工資料,特別是由施工質量不良造成工程事故的尤其重要。對加層改建和地基中修建地下工程情況要詳細了解施工組織設計。

3 歷史建筑基礎加固糾偏原因分析及技術研究

3.1 房屋沉降及傾斜的主要原因分析

根據上步的勘察結果,具體分析產生問題的原因,有由于上步結構變化、當時設計基礎時就沒有滿足荷載要求、選址不合理、地基土層不滿足要求等等,要以嚴謹求實的態度去具體問題具體分析,不可只憑經驗。

3.2 糾偏技術研究

3.2.1 迫降糾偏技術

1)加載糾偏技術。通過在建筑物沉降較少的一側加載,迫使地基土變形產生沉降,達到糾偏目的稱為加載糾偏。最常用的加載手段是堆載,在沉降較少一側堆放重物,如鋼錠、砂石及其他重物。加載糾偏又稱為堆載加壓糾偏法。該法較適用于建(構)筑物剛度較好,跨度不大,地基為深厚軟黏土地基情況。對于由于相鄰建筑物荷載影響產生不均勻沉降和由于加載速度偏快,土體側向位移過大造成沉降偏大的情況具有較好的效果。糾偏過程中應加強監測,嚴格控制加載速率。加載糾偏也可通過錨樁加壓實現。2)基礎底地基中掏土糾偏。直接在基礎下地基中掏土對建筑物沉降反應敏感,一定要嚴密監測,利用監測結果及時調整掏土施工順序及掏土數量。掏土又可分為鉆孔取土、人工直接掏挖和水沖掏土方法。若建筑物底面積較大,可在基礎底板上鉆孔埋套管取土。取土后采用人工掏土和鉆孔取土兩種。人工掏土套管深度即為掏土深度,鉆孔取土套管深度為開始取土深度,取土深度由鉆孔深度決定。3)基礎側地基中掏土糾偏。在建筑物沉降較小的一面外側地基中設置一排密集的鉆孔,在靠近地面處用套管保護,在適當深度通過鉆孔取土,使地基土發生側向位移,增大該側沉降量,達到糾偏目的。如需要,也可加密鉆孔,使之形成深溝。基礎外側地基中掏土糾偏施工過程中大致可分為定孔位、鉆孔、下套管、掏土、孔內作必要排水和最終拔管回填等階段。孔位(孔距)按樓房平面形式、傾斜方向和傾斜率、房屋結構特點以及地基土層情況確定。鉆孔直徑一般采用400 mm,孔深和套管長度根據掏土部位確定。掏土使用大型麻花鉆或大鍋錐。掏土順序、深度、次數、間隔時間根據監測資料和傾斜情況分析確定。孔內排水采用潛水泵,通過降水可促進土體傾向移動。拔管也應間隔進行,并及時回填土料。

3.2.2 頂升糾偏技術

頂升糾偏技術是將建筑物基礎和上部結構沿某一特定位置進行分離,在分離區設置若干個支承點,通過安裝在支承點的頂升設備,使建筑物沿某一直線(點)作平面轉動,使傾斜建筑物得到糾正。為確保上部分離體的整體性和剛度,采用鋼筋混凝土加固,通過分級托換,形成全封閉的頂升支承梁(柱)體系。對已傾斜建筑物進行頂升糾偏,需對頂升支承梁體系、施工平面、頂升量和頂升頻率進行設計。

4 歷史建筑基礎加固糾偏的主要設計思路和方法

一般采用先加固再糾偏的方法。

第一步采用錨桿靜壓樁對整個基礎進行加固處理,然后在傾斜的部位采取分區段封樁的辦法,即在沉降量較大的一側先封閉樁孔,使錨桿靜壓樁提供的樁基反力首先作用在沉降量較大一側的基礎上,通過房屋的沉降觀測,待糾偏完成后再封閉另一側樁頭,使整個樁體共同受力。

第二步采用適宜的糾偏方法進行糾偏。

5 結語

歷史建筑加固及糾偏的研究可為歷史建筑的保護提供技術支持,延長歷史建筑的壽命,在今后的工程建設中要綜合運用多學科知識,使基礎加固糾偏工程能發揮最大的效益。

[1] 汝軍紅.歷史建筑保護導則與保護技術研究——沈陽近代建筑保護利用的理論與實踐[D].天津:天津大學,2007.

[2] 龍 衛.巖土工程與路基[M].北京:中國鐵道出版社,2006.[3] 陳希哲.土力學地基基礎[M].第4版.北京:清華大學出版社,2004.

[4] 龔曉南.地基處理新技術[M].西安:陜西科學技術出版社,2006.