固結灌漿在古建筑保護工程中的應用

李德成（安徽省地質礦產勘查局332地質隊，安徽 黃山 245000）

固結灌漿在古建筑保護工程中的應用

李德成（安徽省地質礦產勘查局332地質隊，安徽 黃山 245000）

結合某古建筑地基加固工程實例，探討了固結灌漿的機理，并提出了治理思路和治理方案。通過監測結果及實踐運營，驗證了固結灌漿在松散土體層中的加固效果，為類似方面的設計與施工提供了參考，顯示在實踐中的古建筑文物地基加固處理方面的應用前景。

歷史建筑；固結灌漿；地基加固

1 引 言

徽州建筑又稱徽派建筑，是我國古建筑最重要的流派之一，徽派建筑作為徽文化的重要組成部分，歷來為中外建筑大師所推崇。徽州古建筑結構獨特，磚木結構的徽派古建筑大多“先起屋架后封墻”。此類建筑多為天然地基基礎，柱基承重，柱子均為一根原木，由于年代久遠，其中古建筑有相當一部分都出現不同程度的地基沉降現象，導致上部結構傾斜、開裂、變形，危及古建筑的安全，因此需要對地基進行加固處理。古建筑地基加固屬于文物建筑修繕范疇，嚴格遵守文物建筑修繕“不改變文物原狀”的原則，最大限度的保存古建筑物的歷史信息是對古建筑地基加固工作的要求。難點在于地基加固基礎施工過程中對現有建筑物地基的要求不應有大的擾動，以免地基土擾動產生新的沉降，使上部建筑物產生新的破壞。

為了指導工程實踐，本文對固結灌漿機理進行了研究，并結合工程實例探討固結灌漿在工程實例中的加固效果。

2 固結灌漿機理

灌漿是指將一定的材料按照一定的比例配制成漿液，然后用液壓或者氣壓等壓送設備將漿液灌入到巖土體的孔隙、裂隙等結構體中，從而使巖土體形成強度高、抗滲性能好、穩定性高的新的結構體，進而達到改善巖土體物理力學性質的目的。

固結灌漿是把一定配比的某種具有流動性和膠凝性的漿液,施加一定的壓力通過鉆孔壓入巖土層孔隙裂隙中去,同時通過水泥漿滲入到非常細小的裂隙或孔隙中,將其充填。經過膠結硬化以后,水泥漿液就將整個破碎的、疏松的巖土層膠結為完整的、穩定的且具有較高強度的統一整體,從而提高巖土層的強度,改善巖土層的物理力學性能。

3 工程實例

3.1 工程概況

金紫祠位于黃山市徽州區潛口鎮潛口村南首，系古徽望族潛口汪氏宗祠。宋隆興二年(1164年)賜建，明正德九年(1515年)遷于現址，嘉靖、萬歷時擴建，清康熙三年(1663年)大修。現存建筑為金紫祠坊、戟門、碑亭、后寢及越國公廟部分建筑，其它建筑遺址尚存。2004年，金紫祠被安徽省政府確定為省級文物保護單位。

越國公廟建筑結構采用抬梁與穿斗混合式木構架，屋頂荷載連同自重部分傳給承重的落地柱。外墻為條形磚石基礎，承重柱為木質直柱，立于圓形青石柱礎之上，柱礎直接落于地基。外磚墻條形基礎底寬500mm，基礎埋深約0.5-0.6m，中廳柱礎直徑500。墻基和柱基下均為人工回填的塊石及卵礫石，塊徑大小不一，為古代人工處理地基時回填。

為保護黃山市古建筑文化遺產，黃山市啟動了對潛口金紫祠的全面搶修、保護和開發工程。越國公廟因中廳地基出現了不均勻沉降，導致中廳內柱與柱、柱與墻上部相連的拱券結構出現嚴重裂縫，古建筑物結構安全受到影響，對古建筑地基進行加固處理刻不容緩。根據設計方要求，處理后的地基應土體性能均勻，持力層承載力特征值不得小于140kPa，壓縮模量不小于6.0MPa。

根據鉆孔揭露和場地地層成因條件，場區地層情況從上到下為：①雜填土，為古時場地整平的堆填土，成份復雜，為粉土、卵礫石、塊石、磚塊瓦礫等組成，結構松散、全場分布，厚度不均，平均厚度2.0米；②淤泥質粉土：灰黑色，飽和，軟塑狀，具腥臭味，全場分布,平均厚度為0.5-1.8米；③混礫粉土：褐黃色，稍濕，稍密-中密。礫石以中等風化的硅質巖、石英為主，全場地分布，平均厚度2.9米；④強風化千枚巖：中厚層狀構造，節理裂隙較發育，平均厚度為0.7-2.6米。各土層參數見表1。場地內的地下水類型為上層滯水，賦存于第四系人工填土層中，大氣降水是其主要的補給來源，補給方式為垂直補給。

表1 土層參數表

3.2 地基加固試驗和設計

地基加固的思路主要有以下幾個方面：

（1）針對填土強度較低的特點，須通過采用固結灌漿以加固填土體，增強其承載力，達到滿足上部建筑荷載的要求。

（2）考慮到越國公廟為磚木結構，柱基承重，外墻處也分布有排柱，屋頂荷載連同自重部分傳給承重的落地柱，最后傳入地基基礎持力層。因此只對柱基處的地基土進行灌漿加固，即可滿足建筑物上部荷載的受力。

（3）外墻處的磚石條基不另外設置灌漿孔，可共用外墻排柱處的灌漿孔。

3.2.1 注漿試驗

選取越國公廟中柱柱下獨立基礎做注漿試驗，對基底及以下至強風化巖深度范圍內、深約6.0米的土體進行加固。注漿材料選用32.5R水泥，并按其重量的3%添加氯化鈣作為速凝材料。

試驗結果：在試驗開始前、試驗期間和試驗后，對所在試驗段基柱進行了沉降觀測，觀測點沒有發生實際沉降。根據注漿試驗結果表明，本工程地基加固處理采用固結灌漿法是可行的。

3.2.2 設計參數選定

根據試驗結果并結合以往工程經驗，確定設計參數值見表2，注漿體水灰比0.45，氯化鈣摻量為水泥重量的3%-5%。

3.2.3 設計方案

1）圍繞柱基設置灌漿孔，中柱設置4個，邊柱設置3個，角柱設置1-3個，孔距0.4米。

2）根據現場實際情況，設灌漿孔110個，成孔深度在5.5-6.0米，累計鉆探進尺為660米，注漿段總長為660m。

3）采用鉆機成孔，成孔直徑為φ110mm，鉆孔鉆至強風化巖0.5米，成孔后將注射器下至注漿段進行注漿。

4）注漿采用雙管靜壓注漿進行加固處理，注漿段長度為2.0米。具體布置見平面布孔圖、灌漿剖面圖。

圖1 越國公廟固結灌漿平面布孔圖 比例尺1:50

圖2 越國公廟固結灌漿剖面圖1-1剖面 比例尺 水平1:10 垂直1:50

表2 灌漿設計參數表

3.3 加固三個月后對灌漿處進行淺層平板載荷試驗。

對試驗結果進行分析，其結果見表3。

越國公廟的地基加固處理工程已完工4年多，沉降監測數據和現場實測結果表明，地基注漿加固后不會出現新的沉降，從而有效控制建筑物的不均勻沉降和沉降過大的影響。工程實踐表明，固結灌漿法具有工藝簡單、施工方便、成本低的優勢，建設周期短，滿足文物建筑地基處理過程中不干擾古建筑的特殊要求，保護文物建筑，不改變文物現狀。

表3 地基承載力特征值判定表

4 結 語

通過固結灌漿法治理古建筑基礎的不均勻和過大沉降，在不擾動古建筑的前提下，通過圍繞柱基灌漿，達到提高地基土力學性能，保證古建筑物的安全。固結灌漿由于其技術好的特點，能滿足古建筑地基處理的特殊要求，在古建筑地基加固中具有廣泛的推廣應用價值

［1］冼世明，黃文錚．定向靜壓注漿法在文物建筑地基加固中的應用[J]．廣東土木與建筑，2011．

［2］胡建偉，鄧學燈，江保慶．注漿微型鋼管樁在某填土邊坡滑坡治理中的應用研究[J]．土工基礎，2014（01）．

［3］卿忠先，蔣祖浩．固結灌漿和帷幕灌漿在水庫壩基處理中的應用[J]．西部探礦工程，2003（02）．

［4］婁廣輝．固結灌漿工藝在東升水電站的實踐與應用[R]．吉林大學碩士論文，2012（10）．

Application of consolidation grouting in the protection of ancient buildings in Huizhou

Combining with the engineering example of reinforcing foundation of an ancient building, discussed the mechanism of consolidation grouting, and put forward the idea of governance and governance programs．Through the monitoring results and practical operation, to verify the reinforcement effect of consolidation grouting in loose soil layer, which provides a reference for the design and construction of similar aspects, shows the application prospects in the field of reinforcement in the practice of cultural relics of the ancient building foundation．

historic building；consolidation grouting；foundation reinforcement

文獻標識碼：B

1003-8965（2017)03-0124-03