历史建筑基础加固及纠偏研究

奚江琳 史新刚 吴 迪

历史建筑是一个综合的概念,要跳出旧有“文物保护”的单一概念,走向包括文物古迹、古建筑、近现代优秀建筑及历史街区在内的一切具有历史文化价值和在特定历史阶段具有一定影响的、反映民族和地方特色的建筑[1]。历史建筑是不可再生资源,一旦毁坏将造成不可估量的损失,因此对历史建筑的保护是历史赋予我们的责任,也是社会发展的需要。面对城市化建设加快的步伐,带来的是对历史建筑建设性破坏,历史建筑保护现状堪忧,因此如何保护好历史建筑是建筑工程专业面临的重大课题。因此本文将针对历史建筑的基础问题进行分析研究。

1 历史建筑出现的基础问题

从历史建筑的概念来看,这类建筑都是建成有一定年限,随着时间的推移,会出现各种各样的问题。基础是一栋楼的根本,“万丈高楼平地起”人们只看到建筑光鲜的外表,但是没有建筑下部基础的坚实支撑建筑物是不能“高耸入云”的。当建筑物基础沉降过大或沉降差过大,会影响建筑正常使用,本身历史建筑都已使用多年,安全问题是建筑寿命面临的重大挑战。

2 对产生问题的历史建筑的勘察

1)建筑物地基工程勘察资料。分析已有建筑物地基工程勘察资料,如原有工程地质和水文地质资料不能满足分析要求,或应用原有工程勘察资料难以解释建筑物沉降情况时,应对地基进行补勘。2)沉降和不均匀沉降观测资料。力求了解建筑物沉降和不均匀沉降发展过程。应对近期沉降资料,包括沉降和不均匀沉降值,特别是沉降速率要有正确的了解。3)建筑物上部结构和基础设计资料。详细分析建筑物结构设计情况,对加层改建工程,应详细了解加层改建结构设计情况,对地基中修建地下工程应详细了解地下工程设计资料。4)周围环境情况。掌握建(构)筑物周围环境情况,包括地下管线等市政设施、邻近建筑物结构与基础情况等。分析其对加固建筑物的影响,以及建筑物地基加固对邻近建(构)筑物的影响。5)建筑物施工资料。要了解建筑物地基基础施工资料,特别是由施工质量不良造成工程事故的尤其重要。对加层改建和地基中修建地下工程情况要详细了解施工组织设计。

3 历史建筑基础加固纠偏原因分析及技术研究

3.1 房屋沉降及倾斜的主要原因分析

根据上步的勘察结果,具体分析产生问题的原因,有由于上步结构变化、当时设计基础时就没有满足荷载要求、选址不合理、地基土层不满足要求等等,要以严谨求实的态度去具体问题具体分析,不可只凭经验。

3.2 纠偏技术研究

3.2.1 迫降纠偏技术

1)加载纠偏技术。通过在建筑物沉降较少的一侧加载,迫使地基土变形产生沉降,达到纠偏目的称为加载纠偏。最常用的加载手段是堆载,在沉降较少一侧堆放重物,如钢锭、砂石及其他重物。加载纠偏又称为堆载加压纠偏法。该法较适用于建(构)筑物刚度较好,跨度不大,地基为深厚软黏土地基情况。对于由于相邻建筑物荷载影响产生不均匀沉降和由于加载速度偏快,土体侧向位移过大造成沉降偏大的情况具有较好的效果。纠偏过程中应加强监测,严格控制加载速率。加载纠偏也可通过锚桩加压实现。2)基础底地基中掏土纠偏。直接在基础下地基中掏土对建筑物沉降反应敏感,一定要严密监测,利用监测结果及时调整掏土施工顺序及掏土数量。掏土又可分为钻孔取土、人工直接掏挖和水冲掏土方法。若建筑物底面积较大,可在基础底板上钻孔埋套管取土。取土后采用人工掏土和钻孔取土两种。人工掏土套管深度即为掏土深度,钻孔取土套管深度为开始取土深度,取土深度由钻孔深度决定。3)基础侧地基中掏土纠偏。在建筑物沉降较小的一面外侧地基中设置一排密集的钻孔,在靠近地面处用套管保护,在适当深度通过钻孔取土,使地基土发生侧向位移,增大该侧沉降量,达到纠偏目的。如需要,也可加密钻孔,使之形成深沟。基础外侧地基中掏土纠偏施工过程中大致可分为定孔位、钻孔、下套管、掏土、孔内作必要排水和最终拔管回填等阶段。孔位(孔距)按楼房平面形式、倾斜方向和倾斜率、房屋结构特点以及地基土层情况确定。钻孔直径一般采用400 mm,孔深和套管长度根据掏土部位确定。掏土使用大型麻花钻或大锅锥。掏土顺序、深度、次数、间隔时间根据监测资料和倾斜情况分析确定。孔内排水采用潜水泵,通过降水可促进土体倾向移动。拔管也应间隔进行,并及时回填土料。

3.2.2 顶升纠偏技术

顶升纠偏技术是将建筑物基础和上部结构沿某一特定位置进行分离,在分离区设置若干个支承点,通过安装在支承点的顶升设备,使建筑物沿某一直线(点)作平面转动,使倾斜建筑物得到纠正。为确保上部分离体的整体性和刚度,采用钢筋混凝土加固,通过分级托换,形成全封闭的顶升支承梁(柱)体系。对已倾斜建筑物进行顶升纠偏,需对顶升支承梁体系、施工平面、顶升量和顶升频率进行设计。

4 历史建筑基础加固纠偏的主要设计思路和方法

一般采用先加固再纠偏的方法。

第一步采用锚杆静压桩对整个基础进行加固处理,然后在倾斜的部位采取分区段封桩的办法,即在沉降量较大的一侧先封闭桩孔,使锚杆静压桩提供的桩基反力首先作用在沉降量较大一侧的基础上,通过房屋的沉降观测,待纠偏完成后再封闭另一侧桩头,使整个桩体共同受力。

第二步采用适宜的纠偏方法进行纠偏。

5 结语

历史建筑加固及纠偏的研究可为历史建筑的保护提供技术支持,延长历史建筑的寿命,在今后的工程建设中要综合运用多学科知识,使基础加固纠偏工程能发挥最大的效益。

[1] 汝军红.历史建筑保护导则与保护技术研究——沈阳近代建筑保护利用的理论与实践[D].天津:天津大学,2007.

[2] 龙 卫.岩土工程与路基[M].北京:中国铁道出版社,2006.[3] 陈希哲.土力学地基基础[M].第4版.北京:清华大学出版社,2004.

[4] 龚晓南.地基处理新技术[M].西安:陕西科学技术出版社,2006.