濕陷性黃土場地某建筑應急搶險加固工程質量檢測與評估

楊學彥，魏常寶，錢 銘

（1.甘南藏族自治州住房和城鄉建設局，甘肅 合作 747000；2.甘肅土木工程科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 引言

處于濕陷性黃土場地的既有建筑，在使用過程中，因各種因素，導致建筑地基土浸水后出現不均勻沉降，導致建筑上部結構不均勻沉降、裂縫、傾斜等不良反應，存在安全隱患。對于此類存在安全隱患的建筑，首先通過對建筑地基基礎進行加固處理，達到消除地基的濕陷性影響，再對建筑基礎進行加固處理，制止建筑不均勻沉降發展，再進行糾偏處理［1-4］，使建筑安全隱患得到治理，并輔助以建筑上部結構加固補強、維修等措施，恢復到原有狀態或國家現行規范要求的狀態，徹底了消除安全隱患，達到正常使用的要求。如何分層級有效地對該類型加固工程進行施工質量檢測與加固效果評定，本文對此進行了探索。

1 加固工程質量評定層級與程序

為了徹底消除建筑的安全隱患，達到正常使用的要求，需要在工程實施前期階段和設計階段，業主委托對建筑與地基基礎進行檢測鑒定、委托編制工程治理方案、委托進行加固設計。必要時，設計階段還需對室外總平面、豎向排水進行維修設計，尤其是室外排水相關設施，消除場地給建筑帶來的浸水風險。

對于加固工程，其加固施工質量檢測與評定主要劃分為三個層級進行。第一層級:在施工階段，隨著搶險加固工程材料進場，按各類材料類型、數量、進場批次對各進場搶險加固材料進行見證取樣并委托第三方試驗檢測機構復試，確保進場搶險加固材料的質量與安全［5］。第二層級:隨著應急搶險加固施工的不斷深入，出現階段性成品與半成品，即分部分項工程施工過程，隨即對該分部分項工程施工過程委托進行試驗檢測，確保施工過程的施工質量至少達到合格標準，滿足設計與安全性要求。第三層級:在整個搶險加固施工完成后需在各類加固材料、分部分項工程施工過程檢測和試驗的基礎上，對建筑結構單元整體的安全性進行鑒定與評估，保證應急加固后建筑結構單元整體安全性滿足規范要求，搶險加固施工達到設計目標［6］。

本文以地處濕陷性黃土場地某小區 6 號住宅樓 B 段結構單元應急搶險加固工程為案例，分三個層級分別對加固工程的各類加固材料檢測與試驗、分部分項工程施工過程檢測與試驗、加固后建筑結構單元整體安全性鑒定與評估進行分析，對加固工程施工質量進行全面的檢測與評估。此加固工程施工質量檢測與加固后建筑結構單元整體鑒定與評估的做法、層級的劃分、檢測與評估的程序等，可為同類型工程質量監督與管理提供參考［7，8］。

2 工程概況

2.1 建筑概況

某小區 6 號住宅樓 1～2 單元（B 段）為 8 層鋼筋混凝土框架結構，位于甘肅省蘭州市某大厚度濕陷性黃土場地。住宅樓基礎為鋼筋混凝土獨立基礎，地基處理采用素土擠密樁處理，處理范圍為四邊軸線向外 7.50 m，處理深度約 12.0 m，設計樁體土和樁間土壓實系數≥0.97 和 0.88。樁頭上端做 0.5 m 厚 3∶7 灰土褥墊層，其壓實系數≥0.95。該住宅樓由伸縮縫將建筑分隔為 A 段和 B 段兩個結構單元。住宅樓 B 段長 31.7 m，寬 15.9 m，B 段建筑面積約 3 000 m2。一層層高 2.90 m，2 層～8 層層高均為 2.80 m，建筑高度 22.95 m，室內外高差 0.45 m。由于該樓B段結構單元出現較嚴重的不均勻沉降，導致該結構單元住宅樓出現明顯的傾斜和較嚴重的填充墻裂縫，且不均勻沉降速率超過規范預警速率，該結構單元急需應急搶險加固處理。

2.2 原建筑檢測鑒定結論

2.2.1 地基基礎檢測結論

該住宅樓所在場地土層主要為雜填土、灰土、粉土及卵石層，卵石層埋深為 37.8～40.9 m。

該住宅樓地基處理深度范圍內局部素土土體擠密系數不滿足設計 0.88（擠密系數）的要求，地基處理深度范圍內局部土體具有濕陷性。

該住宅樓基礎基底灰土墊層厚度基本滿足設計要求，基礎尺寸基本符合設計要求。

該住宅樓 B 段結構相鄰柱基的沉降差介于 4～98 mm（不排除施工誤差），大部分相鄰柱變形不滿足規范要求。

2.2.2 上部結構檢測結論

該住宅樓層數、層高、軸線尺寸、構件斷面尺寸均滿足設計要求，構件混凝土強度均滿足設計要求。

該住宅樓部分填充墻體表面出現水平裂縫、斜向裂縫，裂縫寬度為 0.08～8 mm。個別框架柱及框架梁表面抹灰存在裂縫。不影響結構安全性，但影響填充墻自身安全及使用。

該住宅樓 B 段傾斜變形為 142～217 mm（含原施工誤差），傾斜變形大于規范規定，建筑整體傾斜變形不滿足國家現行鑒定標準要求。

2.2.3 鑒定結論

經安全性鑒定，該住宅樓地基基礎安全性綜合評定為 Cu級，上部承重結構綜合評定為為 Cu級，圍護系統的承重部分綜合評定為為 Cu級，因此，該住宅樓結構安全性不符合鑒定標準對 Asu級的要求，顯著影響整體承載，安全性綜合評定為 Csu級。

經抗震鑒定，該住宅樓上部結構抗震構造措施及抗震承載力均能滿足 GB 50023－2009《建筑抗震鑒定標準》（以下簡稱《抗震鑒定標準》）的要求。因此，結構整體抗震性能滿足《抗震鑒定標準》要求。

2.2.4 檢測鑒定建議

建議對 6 號樓 B 段地基基礎進行加固處理，對建筑整體進行適當糾偏。

建議對 6 號樓進行沉降和傾斜變形監測，隨時監控建筑沉降和傾斜變形，如有異常，立即采取相應措施進行處理。

建議對上部結構損壞構件進行維修補強處理。

建議在后期使用過程中，嚴格控制雨水、污水及生活用水等水源，防止水滲入地基基礎造成繼續沉降和變形。

2.3 應急搶險加固設計概況

經對設計方案比選，該樓 B 段應急搶險加固工程（以下簡稱“本工程”）地基基礎加固采用坑式靜壓鋼管樁進行加固處理。在靜壓鋼管樁加固完成后以加固靜壓鋼管樁頂為支點再進行整體頂升糾偏處理，使該區段建筑地基基礎變形與上部結構變形達到規范要求，恢復到原設計水準。

本工程地基基礎加固與糾偏采用靜壓鋼管樁，設計數量 170 根，設計樁長 39 m。加固糾偏后，該樓 B 段上部結構填充墻裂縫采用高延性混凝土填補裂縫，混凝土采用裂縫修復膠進行裂縫修復與封閉處理。

2.4 應急搶險加固施工與檢測概況

本工程設計靜壓鋼管樁為 170 根，設計總長度 6 630 m，平均單樁長度為 39 m，實際施工靜壓鋼管樁為 170 根，總長度 6 619.79 m，平均單樁長度為 38.94 m。本工程按住宅單元劃分為 2 個施工段，即一單元施工段和二單元施工段。工程于 2022 年 4 月 22 日完成設計并通過審查，2022 年 4 月 22 日開工。2022 年 4 月 22 日開始開挖導坑，2022 年 4 月 26 日-27 日完成現場試樁工作，2022 年 4 月 29 日完成試樁報告，現場試樁結果與設計一致，試樁滿足設計條件。2022 年 4 月 29 日以后分 2 個標段開始靜壓鋼管樁施工，并穿插開挖導坑等工作。工程于 2022 年 6 月 22 日全部完成靜壓鋼管樁施工。經壓樁檢驗，本工程全部靜壓鋼管樁最大壓樁力均大于設計最大壓樁力，樁長達到設計要求，靜壓鋼管樁施工質量合格，具備整體頂升糾偏條件。因連接該小區唯一的交通道路維修施工，再加上疫情影響，本工程于 2022 年 8 月 10 日才開始在鋼管樁內灌注混凝土，8 月 13 日鋼管樁內混凝土灌注完畢，隨后間隔 14 d 后于 2022 年 8 月 27 日對預留的 3 根試驗樁進行非破壞性承載力試驗。工程于 2022 年 8 月 15 日開始至 8 月 29 日完成整體頂升糾偏工作，隨后開始上部結構構件裂縫維修工作。于 2022 年 9 月 7 日申請進行靜壓鋼管樁全部完成后的階段驗收。2022 年 8 月 30 日至 9 月 22 日進行基礎底面承臺梁施工，2022 年 9 月 21 日開始進行豎向導坑回填及室內地坪空洞填充作業。本工程施工過程中根據進場材料按批次與數量對加固材料見證取樣并進行了復試。復試結果表明，本工程所用建筑材料均滿足設計要求與相應規范要求。本工程于 2022 年 9 月 24 日完成了包括上部結構的全部維修與加固補強工作，并進行了預驗收，預驗收合格。本工程于 2022 年 9 月 28 日申請竣工驗收，因疫情影響未能及時驗收，最終于 11 月 15 日竣工驗收合格。在本工程施工期間因多次疫情影響，導致各工序工期一再延誤，也嚴重延誤了竣工驗收時間。

3 加固材料質量檢測

3.1 進場鋼材質量檢測

本工程所使用鋼材主要為無縫鋼管、鋼板。進場鋼材按批次、數量由監理工程師見證取樣后送試驗檢測單位進行復試。經復試，本工程所見證取樣的鋼材（型鋼）均滿足加固設計材質要求和規范要求，鋼材（型鋼）部分復試結果如表1 所示。

表1 鋼材復試結果匯總表

3.2 混凝土質量檢測

本工程靜壓鋼管樁成樁后，在鋼管樁內采用泵送方式灌填 C30 細石混凝土，通過預留標準養護試塊和同條件養護試塊共同進行抗壓試驗對混凝土強度進行評定，從而對混凝土抗壓強度進行了有效檢測。利用標準養護試塊檢測混凝土在設計配合比下的強度等級是否滿足設計要求，判斷商品混凝土配合比是否滿足設計要求的強度等級。在標準養護試塊檢驗合格的條件下，利用同條件養護試塊用來檢測施工用混凝土在施工條件下的強度等級，判斷混凝土的施工質量是否滿足設計要求。經試驗檢測，本工程標準養護試塊和同條件養護試塊混凝土的抗壓強度均滿足設計強度等級的要求，部分數據如表2 所示。

表2 鋼管內混凝土試塊檢測數據匯總表

3.3 進場消石灰質量檢測

本工程設計導坑回填底部采用三七灰土回填，厚度 1.0 m，三七灰土采用消石灰與素土（黃土狀粉土）拌合而成。對三七灰土所用進場的消石分批次、數量進行了見證取樣委托檢測。經檢測，各批進場消石灰質量合格，部分檢測數據及技術指標如表3 所示。

表3 消石灰檢測數據匯總表

3.4 進場鋼筋質量檢測

本工程基礎靜壓樁加固完成后新做鋼筋混凝土十字形承臺梁，所采用鋼筋為φ8 和φ16 兩種規格。對工程所用進場的鋼筋分批次、數量進行了見證取樣檢測。經檢測，各批各規格鋼筋質量合格，檢測數據及技術指標如表4 所示。

表4 鋼筋復試結果匯總表

3.5 其他零星材料質量檢測

本工程所用其他零星材料主要有高延性混凝土、裂縫修補膠與裂縫封閉膠。施工過程中對進場的主要零星材料也進行了見證取樣復試，檢測其質量。

本工程所用填充墻裂縫修補所用高延性混凝土 28 d 等效彎曲韌性為 76.7 kJ/m3（≥40 kJ/m3），28 d 等效彎曲強度為 8.7 MPa（≥5.0 MPa），28 d 抗折強度為 16.7 MPa（≥8 MPa），28 d 抗壓強度為 48.3 MPa，60 d 抗壓強度為 56.1 MPa。以上數據均能達到 I 類高延性混凝土的技術指標要求，所用材料質量合格，滿足設計要求。

本工程所用裂縫修補膠抗拉強度為 44.6 MPa（≥38 MPa），伸長率為 1.87 %（≥1.5 %），抗彎強度為 66.3 MPa，未呈碎裂狀破壞（≥50 MPa，且不得呈碎裂狀破壞），抗壓強度為 91.7 MPa（≥70 MPa）。均能達到 I 類 A 級膠的要求，所用材料質量合格，滿足設計要求。

本工程所用裂縫封閉膠抗拉強度為 42.7 MPa（≥38 MPa），伸長率為 1.72 %（≥1.5 %），抗彎強度為 66.4 MPa，未呈碎裂狀破壞（≥50 MPa，且不得呈碎裂狀破壞），抗壓強度為 92.3 MPa（≥70 MPa）均能達到 I 類 A 級膠的要求，所用材料質量合格，滿足設計要求。

本工程所用植筋膠劈裂抗拉強度為 10.3 MPa（≥8.5 MPa），抗壓強度 72.0 MPa（≥60 MPa），抗彎強度 50.8 MPa（≥50 MPa），且未碎裂破壞，鋼對鋼拉伸抗剪強度標準值為 16.6 MPa（≥10 MPa），耐濕熱老化、耐凍融性能等指標均能達到 A 級膠的要求，所用材料質量合格，滿足設計要求。

4 施工過程質量檢測

4.1 靜壓樁承載力檢測

本工程鋼管樁內混凝土澆筑完成后，按照階段性成品施工質量檢測單位的要求下，預留的3根靜壓鋼管樁作為非破壞性試驗樁進行承載力檢測。經檢測，該批靜壓鋼管樁檢測承載力達到了設計要求，施工質量合格，檢測數據如表5 所示，現場承載力檢測做法如圖1 所示。

圖1 靜壓鋼管樁承載力測試示意圖（單位：mm）

表5 靜壓樁承載力檢測結果匯總表

4.2 灰土回填導坑質量檢測

本工程導坑底部回填采用三七灰土分層夯實，設計壓實系數為 0.88。導坑回填做法如圖2 所示。經現場取樣檢測，本工程各導坑灰土回填各層壓實系數均達到了設計要求，灰土回填施工質量合格，部分灰土回填壓實系數檢測數據如表6 所示。

圖2 導坑回填做法（單位：mm）

表6 導坑回填部分灰土檢測結果匯總表

4.3 素混凝土回填導坑質量檢測

本工程導坑底部采用灰土回填，當灰土回填至基礎底面約 0.55 m 后，上部導坑采用 C30 微膨脹混凝土回填，同時也對托換的鋼管樁樁頭進行了全面封包。本工程混凝土導坑回填用混凝土抗壓強度檢測仍然采用預留標準養護試塊和同條件養護試塊共同進行抗壓試驗進行。經檢測，導坑回填混凝土標準養護和同條件養護試塊的強度等級均達到了設計強度等級要求，導坑頂部回填混凝土本身和混凝土施工質量均合格，部分檢測數據如表7 所示，導坑回填做法如圖2 所示。

表7 導坑回填混凝土試塊檢測數據匯總表

4.4 頂升糾偏效果檢測

建筑加固糾偏后，對本工程各角點進行整體頂點位移觀測。經不間斷觀測，糾偏后該建筑各角點整體頂點側向位移處于 2～42 mm。根據 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》計算，本工程結構側向位移限值約 92 mm（22.95 m÷250），糾偏后各角點定點位移達到 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》要求，糾偏成功。本工程頂升糾偏前后各角點整體頂點位移觀測結果如圖3 所示。

圖3 各頂點水平位移觀測圖

5 加固后整體安全性評估

本工程加固后建筑整體的安全性鑒定按照GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》要求分結構構件、鑒定子單元和鑒定單元三個層級分別進行鑒定。經鑒定，該建筑地基基礎安全性等級評為 Au級，加固后上部承重結構安全性等級評為 Au級，加固后圍護系統承重部分安全性等級評為 Au級，本工程整體安全性綜合評定為 Asu級。依據 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》，本工程加固后整體結構安全性符合 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》對 Asu級的要求，不影響整體承載。加固后建筑的整體安全性達到了既定目標。本工程加固前后的安全性評估對比如表8 所示。

表8 結構單元加固前后安全性評估對比表

6 應急搶險加固糾偏效果檢驗

對本工程加固效果的檢驗采用在地基基礎加固施工階段和施工后進行頂點水平位移觀測，本次變形監測除了人工變形監測外還采用 GNSS（GNSS 的全稱是全球導航衛星系統，即 Global Navigation Satellite System）北斗衛星定位系統監測設備，對各角點進行全程監測，GNSS 北斗衛星監測設備布置如圖4 所示。

圖4 GNSS 北斗衛星監測點布置圖

各 GNSS 北斗衛星監測設備各監測點的觀測結果水平位移分析結果如圖5、6 所示。經觀測，加固前該建筑部分頂點位移超過規范要求（前文該樓結構最大結構頂點位移限值為 92 mm，頂升糾偏后，住宅樓各點頂點水平位移均能達到規范要求，頂升糾偏成功，達到了糾偏目標。

本次監測還通過 GNSS 北斗衛星監測點對各監測點豎向位移變化監測數據進行分析與計算，分析計算結果繪制如圖7 所示。GNSS 北斗衛星監測點的數據與該建筑各角點頂點水平位移觀測結果一直，這表明建筑經糾偏后，各角點定點水平位移恢復到規范要求范圍以內，建筑糾偏達到目標，糾偏有效。

圖7 GNSS 北斗衛星監測各點豎向位移隨時間變化趨勢圖

根據 GNSS 北斗衛星觀測數據，2022 年 8 月底完成頂升糾偏，2022 年 9 月～2022 年 12 月共計最后 100 d 內，各 GNSS 北斗衛星監測點的監測數據與沉降變形水準觀測最大累計沉降量為 0～0.4 mm，沉降速率≤0.004 mm/d，即頂升糾偏后最后 100 d 最大沉降速率均小于 0.01～0.04 mm/d，可判定該建筑經加固后的沉降變形已達到穩定狀態。以上數據與人工水準儀檢測數據吻合。

7 結語

本文總結了濕陷性黃土場地既有建筑搶險加固項目施工質量檢測與評估案例。對于加固工程，其施工質量檢測往往通過施工全過程，采用三個層級分別對進場各類加固材料進行試驗檢測、對分部分項工程施工過程進行試驗檢測，最終在應急搶險加固工程完工后，在上述兩個層級試驗、檢測數據的基礎上，對加固后的建筑整體進行安全性鑒定與評估（第三層級），最后一步評估加固后建筑結構單元整體安全性，從而評估加固的效果。本文總結了項目組提出的加固工程施工質量檢測與評估程序的三個層級，即加固材料試驗檢測、加固施工工序試驗檢測、加固后結構單元整體鑒定與評估的普適性。通過對這三個層級與程序的應用與實踐，總結了加固工程施工質量檢測與加固效果評估的一般工作層級劃分、方法與程序，這對既有建筑加固工程施工從質量檢測與監管方面進行管理和管控此類加固工程的施工質量有一定的參考與推廣意義［9，10］。