地下防空洞充水后塌陷引起上部建筑受损后的加固方法探讨

黄欣

（山西省建筑科学研究院检测中心有限公司）

上世纪60 年代，在“备战、备荒、为人民”的口号之下，中国各大中城市普遍开展了群众性的“深挖洞”活动[1]。全国挖洞的总长度应该超过了万里长城，挖掘土石方体积超过长城的土石方总量。华北地区老旧城区地下普遍存在上世纪修建的防空洞，随着改革开放城市大规模更新，部分防空洞已经回填处理或挖除，但有些防空洞鉴于战备考虑就在其上新建了房屋，随着地下土质和水位情况的变化加之防空洞自身的年久失修，对上部建筑产生了一定的影响，其中影响较大的会造成上部建筑倾斜开裂，甚至成为危房[2]。对于这种状况，无法通过拆除上部建筑采用大开挖的方式回填防空洞，导致为了保留上部建筑，需采用间接处理的办法消除地下防空洞塌陷隐患，本文就这类型建筑的加固处理方法进行讨论，供大家技术交流。

1 地下防空洞类型及损害形式

1.1类型

地下防空洞结构形式为拱形，基本上所有的防空洞都在地下水位以上，掏土而成，随着土质情况和造价的不同，内部可采用砖券拱身或浇筑钢筋混凝土拱身。从现存保留安全的防空洞统计来看，多数是采用砖券的，加固的防空洞多采用钢筋混凝土拱身支撑，个别土质较好的可以保留原土性状[3]。

1.2受力特征

地下防空洞本身属于拱形建筑，类似土窑洞，最大的隐患就是外来水入侵破坏土体结构和拱壁开裂，上部荷载作用对自身条件完好的防空洞属于有利荷载，但拱壁变形开裂后，上部荷载作用会加剧竖向拱壁的破坏。

1.3破坏形式

⑴拱壁破坏：有渗水、积水、开裂、变形、局部塌陷。

⑵地表关联破坏：①地陷。防空洞坍塌引起的路面塌陷，危及地表；②地表建筑不均匀沉降。随着老旧防空洞的局部变形或坍塌，对上部建筑引起不均匀沉降，导致建筑开裂变形。

2 加固方法及对比

2.1工程概况

某办公楼建于上世纪八十年代，为砌体结构，基础为钢筋混凝土筏板基础，地基处理采用三七灰土换填500 厚。原设计为地上四层，首层为车库，二～四层为办公楼，层高均为3m。建筑长为48.0m，宽为14.3m，中间走廊两边办公室的布置形式。楼梯间四角、外墙与内墙交接处均设构造柱，每层均设置圈梁。端部开间及楼梯间楼、屋面采用现浇混凝土，其余均采用预制空心板。2017 年该建筑墙体出现不同程度裂缝损伤，随后委托第三方鉴定机构对该建筑进行检测鉴定。鉴定结论如下:该结构裂缝损伤的产生是由于场地内人防工程严重积水对地基土体充分浸湿造成地基不均匀沉降和防空洞结构整体变形所致。该建筑所处场地目前稳定水位已至人防工程洞顶，长期大量积水及季节性水位交替变化的反复作用对周围土体和结构存在很大安全隐患。

2.2加固前资料收集

2.2.1勘察结果

勘察结果见表1。

2.2.2物探结果

勘探深度范围内基本为粉土，0～6m 为杂填，6m 以下为原土，8.5m 处粉土含水饱和，为潜水位。防空洞位于7.5～15m 深度范围内，且防空洞内已充满水，有些地方可能存在下沉、塌陷。明确了建筑物下部存在两条南北走向的防空洞。

2.3加固方案确定

2.3.1加固难点

该建筑下部防空洞长期泡水，导致拱壁损坏，局部出现塌陷，考虑到防空洞现状处于临界状态，若采用常规手段抽干积水，再进行人工灌填混凝土的方式，在抽干积水的同时必然导致拱壁内外压力不平衡，造成防空洞失稳，甚至会造成上部建筑局部的突然变形；况且由于防空洞所处的位置也是地下水位的高度，一味的抽水降水会造成整个区域的地下水位下降，进而引发土体变形。综上所述，本项目不能采用常规思路解决防空洞的回填问题。

2.3.2加固思路

⑴楼座范围内的防空洞回填。由于无法进行抽水后回填，本方案借鉴“乌鸦喝水”的例子，在防空洞对应地面位置开洞，孔径不小于200mm，孔距不小于2m，用粗骨料从孔洞处灌入，同时下入注浆管，在灌入粗骨料的同时监测孔洞内水位变化，可采用抽水机配合使用，确保水位在灌注过程中变化幅度不超过1m。这样待相邻三个孔洞位置灌满后，采用压力注浆填充三个孔洞里面的中间那个孔洞，依次类推，使防空洞填实并排挤出地下水，也最大限度的减少拱壁的内外压力变化。由于该建筑南端为防空洞末端，且随着道路改造已封堵，故采用从南向北施工顺序，逐步把影响区内的防空洞积水排出并回灌填实。

⑵地基加固。加固防空洞为中心，但为了防止施工过程中防空洞的变形对建筑造成的二次损坏，应在回填灌注之前，对建筑的地基土采用桩基加固。常规托换思路对于既有建筑地基加固，可采用人工挖孔灌注桩、静压桩、树根桩和旋喷桩等，由于场地土地下水位高，不适合人工成孔灌注桩施工，且由于在室内施工，受层高限制，很多成桩机械无法进入，故选用机械成孔旋喷桩。在贯穿筏板基础时可采用水钻成孔，到原筏板底再开始旋喷成桩，大大减少对旧有基础的破坏，桩身避开防空洞，桩底进入稳定持力层，桩顶做至筏板基础底。桩径600mm，桩长18m，持力层为第三层粗砂层，在墙体两侧基底下机械成孔布置。依据《建筑地基处理技术规程》JGJ 79-2012 中关于旋喷桩的单桩承载力计算得单桩承载力Ra=635 kPa；估算建筑总质量为56000kN，如果全部质量让桩体承担，需要88 根桩，考虑到工况折减和加固效果，经过桩位详细布置，整楼约96 根桩，满足计算要求。示意图见图1。

图1 高压旋喷桩剖面图

⑶加固顺序：建筑周边管线排查→旋喷桩施工→楼内防空洞回填→沉降观测不少于1 个月→上部结构加固→内部装修。

3 结语

随着大规模拆除新建城市的结束，老旧房屋的加固处理将成为房建人员新的工作方向，本文主要针对场地下部存在防空洞的建筑，既无法拆除房屋，也不能代价过大的加固处理，给出一种经济可靠的加固思路供技术人员讨论，通过这种加固思路，可以达到针对性强、增荷最小、扰动最小的加固目标，使建筑延长使用寿命，达到安全目标和经济目标。