湿陷性黄土场地某建筑应急抢险加固工程质量检测与评估

杨学彦，魏常宝，钱 铭

（1.甘南藏族自治州住房和城乡建设局，甘肃 合作 747000；2.甘肃土木工程科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730020）

0 引言

处于湿陷性黄土场地的既有建筑，在使用过程中，因各种因素，导致建筑地基土浸水后出现不均匀沉降，导致建筑上部结构不均匀沉降、裂缝、倾斜等不良反应，存在安全隐患。对于此类存在安全隐患的建筑，首先通过对建筑地基基础进行加固处理，达到消除地基的湿陷性影响，再对建筑基础进行加固处理，制止建筑不均匀沉降发展，再进行纠偏处理［1-4］，使建筑安全隐患得到治理，并辅助以建筑上部结构加固补强、维修等措施，恢复到原有状态或国家现行规范要求的状态，彻底了消除安全隐患，达到正常使用的要求。如何分层级有效地对该类型加固工程进行施工质量检测与加固效果评定，本文对此进行了探索。

1 加固工程质量评定层级与程序

为了彻底消除建筑的安全隐患，达到正常使用的要求，需要在工程实施前期阶段和设计阶段，业主委托对建筑与地基基础进行检测鉴定、委托编制工程治理方案、委托进行加固设计。必要时，设计阶段还需对室外总平面、竖向排水进行维修设计，尤其是室外排水相关设施，消除场地给建筑带来的浸水风险。

对于加固工程，其加固施工质量检测与评定主要划分为三个层级进行。第一层级:在施工阶段，随着抢险加固工程材料进场，按各类材料类型、数量、进场批次对各进场抢险加固材料进行见证取样并委托第三方试验检测机构复试，确保进场抢险加固材料的质量与安全［5］。第二层级:随着应急抢险加固施工的不断深入，出现阶段性成品与半成品，即分部分项工程施工过程，随即对该分部分项工程施工过程委托进行试验检测，确保施工过程的施工质量至少达到合格标准，满足设计与安全性要求。第三层级:在整个抢险加固施工完成后需在各类加固材料、分部分项工程施工过程检测和试验的基础上，对建筑结构单元整体的安全性进行鉴定与评估，保证应急加固后建筑结构单元整体安全性满足规范要求，抢险加固施工达到设计目标［6］。

本文以地处湿陷性黄土场地某小区 6 号住宅楼 B 段结构单元应急抢险加固工程为案例，分三个层级分别对加固工程的各类加固材料检测与试验、分部分项工程施工过程检测与试验、加固后建筑结构单元整体安全性鉴定与评估进行分析，对加固工程施工质量进行全面的检测与评估。此加固工程施工质量检测与加固后建筑结构单元整体鉴定与评估的做法、层级的划分、检测与评估的程序等，可为同类型工程质量监督与管理提供参考［7，8］。

2 工程概况

2.1 建筑概况

某小区 6 号住宅楼 1～2 单元（B 段）为 8 层钢筋混凝土框架结构，位于甘肃省兰州市某大厚度湿陷性黄土场地。住宅楼基础为钢筋混凝土独立基础，地基处理采用素土挤密桩处理，处理范围为四边轴线向外 7.50 m，处理深度约 12.0 m，设计桩体土和桩间土压实系数≥0.97 和 0.88。桩头上端做 0.5 m 厚 3∶7 灰土褥垫层，其压实系数≥0.95。该住宅楼由伸缩缝将建筑分隔为 A 段和 B 段两个结构单元。住宅楼 B 段长 31.7 m，宽 15.9 m，B 段建筑面积约 3 000 m2。一层层高 2.90 m，2 层～8 层层高均为 2.80 m，建筑高度 22.95 m，室内外高差 0.45 m。由于该楼B段结构单元出现较严重的不均匀沉降，导致该结构单元住宅楼出现明显的倾斜和较严重的填充墙裂缝，且不均匀沉降速率超过规范预警速率，该结构单元急需应急抢险加固处理。

2.2 原建筑检测鉴定结论

2.2.1 地基基础检测结论

该住宅楼所在场地土层主要为杂填土、灰土、粉土及卵石层，卵石层埋深为 37.8～40.9 m。

该住宅楼地基处理深度范围内局部素土土体挤密系数不满足设计 0.88（挤密系数）的要求，地基处理深度范围内局部土体具有湿陷性。

该住宅楼基础基底灰土垫层厚度基本满足设计要求，基础尺寸基本符合设计要求。

该住宅楼 B 段结构相邻柱基的沉降差介于 4～98 mm（不排除施工误差），大部分相邻柱变形不满足规范要求。

2.2.2 上部结构检测结论

该住宅楼层数、层高、轴线尺寸、构件断面尺寸均满足设计要求，构件混凝土强度均满足设计要求。

该住宅楼部分填充墙体表面出现水平裂缝、斜向裂缝，裂缝宽度为 0.08～8 mm。个别框架柱及框架梁表面抹灰存在裂缝。不影响结构安全性，但影响填充墙自身安全及使用。

该住宅楼 B 段倾斜变形为 142～217 mm（含原施工误差），倾斜变形大于规范规定，建筑整体倾斜变形不满足国家现行鉴定标准要求。

2.2.3 鉴定结论

经安全性鉴定，该住宅楼地基基础安全性综合评定为 Cu级，上部承重结构综合评定为为 Cu级，围护系统的承重部分综合评定为为 Cu级，因此，该住宅楼结构安全性不符合鉴定标准对 Asu级的要求，显著影响整体承载，安全性综合评定为 Csu级。

经抗震鉴定，该住宅楼上部结构抗震构造措施及抗震承载力均能满足 GB 50023－2009《建筑抗震鉴定标准》（以下简称《抗震鉴定标准》）的要求。因此，结构整体抗震性能满足《抗震鉴定标准》要求。

2.2.4 检测鉴定建议

建议对 6 号楼 B 段地基基础进行加固处理，对建筑整体进行适当纠偏。

建议对 6 号楼进行沉降和倾斜变形监测，随时监控建筑沉降和倾斜变形，如有异常，立即采取相应措施进行处理。

建议对上部结构损坏构件进行维修补强处理。

建议在后期使用过程中，严格控制雨水、污水及生活用水等水源，防止水渗入地基基础造成继续沉降和变形。

2.3 应急抢险加固设计概况

经对设计方案比选，该楼 B 段应急抢险加固工程（以下简称“本工程”）地基基础加固采用坑式静压钢管桩进行加固处理。在静压钢管桩加固完成后以加固静压钢管桩顶为支点再进行整体顶升纠偏处理，使该区段建筑地基基础变形与上部结构变形达到规范要求，恢复到原设计水准。

本工程地基基础加固与纠偏采用静压钢管桩，设计数量 170 根，设计桩长 39 m。加固纠偏后，该楼 B 段上部结构填充墙裂缝采用高延性混凝土填补裂缝，混凝土采用裂缝修复胶进行裂缝修复与封闭处理。

2.4 应急抢险加固施工与检测概况

本工程设计静压钢管桩为 170 根，设计总长度 6 630 m，平均单桩长度为 39 m，实际施工静压钢管桩为 170 根，总长度 6 619.79 m，平均单桩长度为 38.94 m。本工程按住宅单元划分为 2 个施工段，即一单元施工段和二单元施工段。工程于 2022 年 4 月 22 日完成设计并通过审查，2022 年 4 月 22 日开工。2022 年 4 月 22 日开始开挖导坑，2022 年 4 月 26 日-27 日完成现场试桩工作，2022 年 4 月 29 日完成试桩报告，现场试桩结果与设计一致，试桩满足设计条件。2022 年 4 月 29 日以后分 2 个标段开始静压钢管桩施工，并穿插开挖导坑等工作。工程于 2022 年 6 月 22 日全部完成静压钢管桩施工。经压桩检验，本工程全部静压钢管桩最大压桩力均大于设计最大压桩力，桩长达到设计要求，静压钢管桩施工质量合格，具备整体顶升纠偏条件。因连接该小区唯一的交通道路维修施工，再加上疫情影响，本工程于 2022 年 8 月 10 日才开始在钢管桩内灌注混凝土，8 月 13 日钢管桩内混凝土灌注完毕，随后间隔 14 d 后于 2022 年 8 月 27 日对预留的 3 根试验桩进行非破坏性承载力试验。工程于 2022 年 8 月 15 日开始至 8 月 29 日完成整体顶升纠偏工作，随后开始上部结构构件裂缝维修工作。于 2022 年 9 月 7 日申请进行静压钢管桩全部完成后的阶段验收。2022 年 8 月 30 日至 9 月 22 日进行基础底面承台梁施工，2022 年 9 月 21 日开始进行竖向导坑回填及室内地坪空洞填充作业。本工程施工过程中根据进场材料按批次与数量对加固材料见证取样并进行了复试。复试结果表明，本工程所用建筑材料均满足设计要求与相应规范要求。本工程于 2022 年 9 月 24 日完成了包括上部结构的全部维修与加固补强工作，并进行了预验收，预验收合格。本工程于 2022 年 9 月 28 日申请竣工验收，因疫情影响未能及时验收，最终于 11 月 15 日竣工验收合格。在本工程施工期间因多次疫情影响，导致各工序工期一再延误，也严重延误了竣工验收时间。

3 加固材料质量检测

3.1 进场钢材质量检测

本工程所使用钢材主要为无缝钢管、钢板。进场钢材按批次、数量由监理工程师见证取样后送试验检测单位进行复试。经复试，本工程所见证取样的钢材（型钢）均满足加固设计材质要求和规范要求，钢材（型钢）部分复试结果如表1 所示。

表1 钢材复试结果汇总表

3.2 混凝土质量检测

本工程静压钢管桩成桩后，在钢管桩内采用泵送方式灌填 C30 细石混凝土，通过预留标准养护试块和同条件养护试块共同进行抗压试验对混凝土强度进行评定，从而对混凝土抗压强度进行了有效检测。利用标准养护试块检测混凝土在设计配合比下的强度等级是否满足设计要求，判断商品混凝土配合比是否满足设计要求的强度等级。在标准养护试块检验合格的条件下，利用同条件养护试块用来检测施工用混凝土在施工条件下的强度等级，判断混凝土的施工质量是否满足设计要求。经试验检测，本工程标准养护试块和同条件养护试块混凝土的抗压强度均满足设计强度等级的要求，部分数据如表2 所示。

表2 钢管内混凝土试块检测数据汇总表

3.3 进场消石灰质量检测

本工程设计导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与素土（黄土状粉土）拌合而成。对三七灰土所用进场的消石分批次、数量进行了见证取样委托检测。经检测，各批进场消石灰质量合格，部分检测数据及技术指标如表3 所示。

表3 消石灰检测数据汇总表

3.4 进场钢筋质量检测

本工程基础静压桩加固完成后新做钢筋混凝土十字形承台梁，所采用钢筋为φ8 和φ16 两种规格。对工程所用进场的钢筋分批次、数量进行了见证取样检测。经检测，各批各规格钢筋质量合格，检测数据及技术指标如表4 所示。

表4 钢筋复试结果汇总表

3.5 其他零星材料质量检测

本工程所用其他零星材料主要有高延性混凝土、裂缝修补胶与裂缝封闭胶。施工过程中对进场的主要零星材料也进行了见证取样复试，检测其质量。

本工程所用填充墙裂缝修补所用高延性混凝土 28 d 等效弯曲韧性为 76.7 kJ/m3（≥40 kJ/m3），28 d 等效弯曲强度为 8.7 MPa（≥5.0 MPa），28 d 抗折强度为 16.7 MPa（≥8 MPa），28 d 抗压强度为 48.3 MPa，60 d 抗压强度为 56.1 MPa。以上数据均能达到 I 类高延性混凝土的技术指标要求，所用材料质量合格，满足设计要求。

本工程所用裂缝修补胶抗拉强度为 44.6 MPa（≥38 MPa），伸长率为 1.87 %（≥1.5 %），抗弯强度为 66.3 MPa，未呈碎裂状破坏（≥50 MPa，且不得呈碎裂状破坏），抗压强度为 91.7 MPa（≥70 MPa）。均能达到 I 类 A 级胶的要求，所用材料质量合格，满足设计要求。

本工程所用裂缝封闭胶抗拉强度为 42.7 MPa（≥38 MPa），伸长率为 1.72 %（≥1.5 %），抗弯强度为 66.4 MPa，未呈碎裂状破坏（≥50 MPa，且不得呈碎裂状破坏），抗压强度为 92.3 MPa（≥70 MPa）均能达到 I 类 A 级胶的要求，所用材料质量合格，满足设计要求。

本工程所用植筋胶劈裂抗拉强度为 10.3 MPa（≥8.5 MPa），抗压强度 72.0 MPa（≥60 MPa），抗弯强度 50.8 MPa（≥50 MPa），且未碎裂破坏，钢对钢拉伸抗剪强度标准值为 16.6 MPa（≥10 MPa），耐湿热老化、耐冻融性能等指标均能达到 A 级胶的要求，所用材料质量合格，满足设计要求。

4 施工过程质量检测

4.1 静压桩承载力检测

本工程钢管桩内混凝土浇筑完成后，按照阶段性成品施工质量检测单位的要求下，预留的3根静压钢管桩作为非破坏性试验桩进行承载力检测。经检测，该批静压钢管桩检测承载力达到了设计要求，施工质量合格，检测数据如表5 所示，现场承载力检测做法如图1 所示。

图1 静压钢管桩承载力测试示意图（单位：mm）

表5 静压桩承载力检测结果汇总表

4.2 灰土回填导坑质量检测

本工程导坑底部回填采用三七灰土分层夯实，设计压实系数为 0.88。导坑回填做法如图2 所示。经现场取样检测，本工程各导坑灰土回填各层压实系数均达到了设计要求，灰土回填施工质量合格，部分灰土回填压实系数检测数据如表6 所示。

图2 导坑回填做法（单位：mm）

表6 导坑回填部分灰土检测结果汇总表

4.3 素混凝土回填导坑质量检测

本工程导坑底部采用灰土回填，当灰土回填至基础底面约 0.55 m 后，上部导坑采用 C30 微膨胀混凝土回填，同时也对托换的钢管桩桩头进行了全面封包。本工程混凝土导坑回填用混凝土抗压强度检测仍然采用预留标准养护试块和同条件养护试块共同进行抗压试验进行。经检测，导坑回填混凝土标准养护和同条件养护试块的强度等级均达到了设计强度等级要求，导坑顶部回填混凝土本身和混凝土施工质量均合格，部分检测数据如表7 所示，导坑回填做法如图2 所示。

表7 导坑回填混凝土试块检测数据汇总表

4.4 顶升纠偏效果检测

建筑加固纠偏后，对本工程各角点进行整体顶点位移观测。经不间断观测，纠偏后该建筑各角点整体顶点侧向位移处于 2～42 mm。根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》计算，本工程结构侧向位移限值约 92 mm（22.95 m÷250），纠偏后各角点定点位移达到 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》要求，纠偏成功。本工程顶升纠偏前后各角点整体顶点位移观测结果如图3 所示。

图3 各顶点水平位移观测图

5 加固后整体安全性评估

本工程加固后建筑整体的安全性鉴定按照GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》要求分结构构件、鉴定子单元和鉴定单元三个层级分别进行鉴定。经鉴定，该建筑地基基础安全性等级评为 Au级，加固后上部承重结构安全性等级评为 Au级，加固后围护系统承重部分安全性等级评为 Au级，本工程整体安全性综合评定为 Asu级。依据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》，本工程加固后整体结构安全性符合 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》对 Asu级的要求，不影响整体承载。加固后建筑的整体安全性达到了既定目标。本工程加固前后的安全性评估对比如表8 所示。

表8 结构单元加固前后安全性评估对比表

6 应急抢险加固纠偏效果检验

对本工程加固效果的检验采用在地基基础加固施工阶段和施工后进行顶点水平位移观测，本次变形监测除了人工变形监测外还采用 GNSS（GNSS 的全称是全球导航卫星系统，即 Global Navigation Satellite System）北斗卫星定位系统监测设备，对各角点进行全程监测，GNSS 北斗卫星监测设备布置如图4 所示。

图4 GNSS 北斗卫星监测点布置图

各 GNSS 北斗卫星监测设备各监测点的观测结果水平位移分析结果如图5、6 所示。经观测，加固前该建筑部分顶点位移超过规范要求（前文该楼结构最大结构顶点位移限值为 92 mm，顶升纠偏后，住宅楼各点顶点水平位移均能达到规范要求，顶升纠偏成功，达到了纠偏目标。

本次监测还通过 GNSS 北斗卫星监测点对各监测点竖向位移变化监测数据进行分析与计算，分析计算结果绘制如图7 所示。GNSS 北斗卫星监测点的数据与该建筑各角点顶点水平位移观测结果一直，这表明建筑经纠偏后，各角点定点水平位移恢复到规范要求范围以内，建筑纠偏达到目标，纠偏有效。

图7 GNSS 北斗卫星监测各点竖向位移随时间变化趋势图

根据 GNSS 北斗卫星观测数据，2022 年 8 月底完成顶升纠偏，2022 年 9 月～2022 年 12 月共计最后 100 d 内，各 GNSS 北斗卫星监测点的监测数据与沉降变形水准观测最大累计沉降量为 0～0.4 mm，沉降速率≤0.004 mm/d，即顶升纠偏后最后 100 d 最大沉降速率均小于 0.01～0.04 mm/d，可判定该建筑经加固后的沉降变形已达到稳定状态。以上数据与人工水准仪检测数据吻合。

7 结语

本文总结了湿陷性黄土场地既有建筑抢险加固项目施工质量检测与评估案例。对于加固工程，其施工质量检测往往通过施工全过程，采用三个层级分别对进场各类加固材料进行试验检测、对分部分项工程施工过程进行试验检测，最终在应急抢险加固工程完工后，在上述两个层级试验、检测数据的基础上，对加固后的建筑整体进行安全性鉴定与评估（第三层级），最后一步评估加固后建筑结构单元整体安全性，从而评估加固的效果。本文总结了项目组提出的加固工程施工质量检测与评估程序的三个层级，即加固材料试验检测、加固施工工序试验检测、加固后结构单元整体鉴定与评估的普适性。通过对这三个层级与程序的应用与实践，总结了加固工程施工质量检测与加固效果评估的一般工作层级划分、方法与程序，这对既有建筑加固工程施工从质量检测与监管方面进行管理和管控此类加固工程的施工质量有一定的参考与推广意义［9，10］。