古建筑地基加固技術研究

王 珊（北京市房修一建筑工程有限公司，北京 100010）

古建筑作為歷史的載體，對于文化的傳承與歷史的研究有著十分重要的價值。隨著時間的推移，古建筑的保護與周邊城市的開發(fā)產生了一定沖突，古建筑周邊工程項目的干擾與古建筑本身的沉降現象疊加，導致古建筑的安全出現了隱患。為了貫徹古建筑修復中“修舊如舊”的理念，也為了盡可能減小對古建筑本身的干擾，如何在低影響狀態(tài)下對古建筑地基進行加固處理，成為亟待研究的課題。對于建筑地基加固，常用的方法有鉆孔灌注樁（樹根樁）、托底置換、注漿加固、靜壓托換樁、頂管托換等。本文將基于某古建筑工程實例，研究靜壓注漿在古建筑基礎加固與沉降消除上的應用情況。

1 工程概況

某古建筑位于城市核心城區(qū)某中學內，周邊區(qū)域建筑密度較大。始建于清朝光緒年間，歷經多次修葺，最終落成于民國初年。該古建筑主體占地面積約2600m2，建筑中部承重柱采用獨立基礎，埋深1.4m，且基礎下曾有長8m 的木樁支撐，建筑磚墻部分有寬860mm條形基礎，同樣曾有木樁支撐。由于場地臨江，屬于沖積平原地帶，地下水位高，原有木樁已經腐爛，失去承載能力，且地基承載力較差，已經存在可能威脅建筑安全的不均勻沉降情況。

根據已有勘探情況，場地地面以下土層分別為①素填土，厚2.15m，飽和且松散；②黏土，厚1.87m，飽和且可塑；③淤泥質土，厚12.7m，飽和且處于流塑態(tài)；④中砂，厚1.6m，飽和且稍密。地下水位約1.6m～1.8m，水位較高。但是由于建筑主體已過百年，其下淤泥質土層已經存在固結，因此，在基礎加固時可以優(yōu)先考慮對淺層基礎土層進行加固。

對于本加固工程，由于地層承載力較差，且建筑已經出現沉降現象，可選的加固方案集中在托底置換與靜壓注漿等對于建筑整體性保護較好的加固方式。而由于其周邊場地為學校用地，為了盡可能減少對于周邊環(huán)境與建筑主體本身的影響，擬選用定向靜壓注漿的方式進行建筑基礎的加固。

2 定向靜壓注漿加固原理

定向靜壓加固與通常的靜壓注漿加固不同點在于，前者通過調整灌注設備的加注方向，使注漿孔能夠全部分布在注漿設備的同側，實現單方面注漿。此時，漿體的擴散方向被約束為單一方向，在考慮注漿體積時也同樣考慮半圓半徑。與通常的靜壓注漿法相同，在工程施工前需要根據勘探報告與場地實際情況對漿體進行設計，漿體參數需要在充分考慮工程實際的同時，進行預實驗，保證漿體的加固效果符合JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規(guī)范》的要求。

由于定向靜壓注漿的加固半徑按照半圓進行測算，因此，根據JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規(guī)范》規(guī)定，注漿相關的技術指標可以通過式（1）進行測算：

式中V為單孔灌注漿體的體積，m3；l為灌注孔長度，m；n為加固前土體孔隙率；r為有效擴散半徑，m。

V值也應優(yōu)先通過實地實驗確定，在無法進行實測時按照式（2）進行推算：

式中α為充填系數，可取0.6～0.8；β為漿液折損系數，通常取1.1。

3 地基加固注漿試驗與工程做法

由于實際工程中場地、古建筑現狀的形狀差別巨大，在注漿工程施工前需要通過注漿試驗獲得更為準確的做法參數。計算原理可以為試驗提供一定的理論基礎，但是實際工程中漿體的配比與灌注壓力、流速等都需要進行場地試驗確定。

3.1 注漿試驗

對某古建筑承重柱的柱下基礎進行試驗性注漿，考慮到淤泥質土的固結效應，注漿深度初步選定為獨立基礎下8m，與原有木樁等長，更深層的淤泥質土不再進行加固。

對于灌注漿體的選擇，常用的灌注漿體有：①水泥漿液，通常會摻和一定量的添加劑對其性能進行調整，泛用性更好；②膨潤土漿液，通常用于需要高密實度的加固項目；③聚合物漿液，通常以聚合物乳液或聚氨酯以及其他合成材料組成，通常用于需要防滲漏處理的土層；④環(huán)氧漿液，因其高強度與黏結性，通常應用于巖體和高耐久性的工程。因此，在本加固工程中，灌注漿體以32.5R水泥為主，水灰比的設定初選為0.45。在摻和劑的選用上，考慮到定向灌注過程需要漿體實現速凝，以保證漿體不會出現離析與快速滲漏，選取速凝劑氯化鈣作為摻和劑，添加比例為3%。

在試驗過程中，采用鉆機進行開孔，并且放入注漿管，配合灌注定位器具使?jié){體能夠以固定方向注入，使用排量為150L/min 的泥漿泵進行灌注，其功率為5.5kW，在灌注過程中以不大于0.4MPa 的壓力灌注，以維持靜壓灌注。以固定速率進行灌注，在注漿高度達到基礎承臺底部約0.5m或端頭壓力達到0.45MPa時停止注漿。在試驗前、中、后三個階段，均需要對灌注影響區(qū)域進行沉降測量，測量結果表明，整個試驗過程沒有出現點位超限值沉降情況，說明定向靜壓注漿的加固方法對于古建筑加固是安全可行的。

注漿試驗的試驗點位測試結果見表1。

表1 注漿試驗結果

由表1數據分析得到，在灌注過程中漿液充填系數α=0.95，漿液折損系數β=1.30，灌注漿液對淤泥質土的影響半徑r3=0.28m，對于素填土和黏土層的有效影響半徑r1=0.61m。

根據試驗的結果，可以設計用以加固古建筑主體地基的灌注參數，見表2。

表2 灌注漿液設計指標

3.2 工程做法

根據試驗得到的可行配比，對古建筑的主體地基進行注漿加固。在施工過程中，依舊采用同樣的設備進行操作。對于注漿加固工程，需嚴格遵守國家規(guī)范標準設計注漿孔位和孔距。根據《建筑地基處理技術規(guī)范》要求，注漿孔的布置以基礎外邊緣為界，向基礎內方向定向注漿，注漿孔的布置以0.6m為間隔，分別布置1個主加固孔與1個輔助孔，以做一隔一的方式進行注漿。輔助孔先行開挖，并且注漿，加固基礎底部空隙部分，降低施工過程中可能導致的沉降；待間隔一定時間漿體凝固后，再開挖主加固孔并且注漿，加固區(qū)段為基礎底部至原木樁底部，即基礎底部以下8m的位置。

施工工藝應嚴格按照《建筑地基基礎工程施工規(guī)范》的要求，開孔需要用f-110鉆頭取芯至設計深度，插入注漿管，并且添加定位器，保證灌注方向朝向承臺內部。在配置漿體時，應嚴格按照配合比配置，凝固劑的加入需要分批次加入，并且充分攪拌，在加注前經過兩層過濾網過濾加注，保證漿體均勻。漿體的加注使用標準的注漿泵進行加注，嚴格控制加注壓力，使其保持在0.4MPa 以內，在加注前檢查注漿泵和注漿管的使用狀態(tài)，保證工作狀態(tài)的正常與穩(wěn)定，一旦出現故障，應及時重新插入注漿管進行補足，嚴格控制單次注漿量，避免超量注漿引發(fā)承載力變化。在加注過程中，及時調整注漿管管頭位置，避免管頭與固定裝置脫落，加注過程保持加注速率一致，管頭提升速率一致，均勻加注。在漿液高度達到設計標高或者出現漿液從其他部位涌出時，加注停止，同時應當控制加注量，超過設計加注量時也應停止加注，并且檢查加注部位及鄰近點位有無涌出現象。如果出現臨近孔位漿液滲出或者加注檢測壓力超過0.45MPa 限值，也應停止加注，并且根據現場情況決定是否等待凝固后再次加注。

在加固施工的全過程階段，需要對建筑沉降進行實時監(jiān)測。在施工過程中，需要加大監(jiān)測密度，對于古建筑內部各承重部位均需要進行沉降監(jiān)測，尤其是正在進行施工的部位，不僅需要防止更大的沉降對建筑結構的破壞，也需要防范可能出現的抬升現象對建筑造成不利影響。當施工過程中單檢測點位位移超過10mm、累計位移量超過50mm時，需要及時停止注漿并且采取有效填補與支撐措施，保護建筑安全。

4 長期沉降監(jiān)測

對于古建筑加固項目，在施工完成之后需要進行質量檢驗。在施工結束后的28d 需要對加固部分進行原位測試，對加固部位的均勻程度進行檢測。此外，對于古建筑加固項目，需要長期的沉降監(jiān)測，評估在漿體凝固過程中的建筑安全與長期加固效果。監(jiān)測頻率應遵循《建筑變形測量規(guī)范》中的有關要求。對于該古建筑，在加固工程完工后，保留了施工時的6個監(jiān)測點位，分別位于承重柱與外圍磚墻上，在后續(xù)按照規(guī)范要求，以7d為起始點，逐漸加大間隔進行了8次檢測，檢測結果見表3，圖1 為沉降的變化趨勢情況。從表3 中可以得到，在6個點位中最大沉降量為11mm，最后兩次監(jiān)測的間隔超過90d，此時沉降已經基本完成，沉降速率已經降至0.004mm/d的限制值以下，達到了規(guī)范要求的安全標準，而此時建筑本身的沉降也較為均勻，沒有出現不均勻沉降導致結構破壞的情況。通過長期的沉降監(jiān)測，可以確保加固工程對古建筑的安全起到了保護作用，也驗證了靜壓注漿法在古建筑基礎加固工程中的可行性。

圖1 長期監(jiān)測沉降變化情況

表3 實際沉降數值

從長期監(jiān)測情況來看，該古建筑的不均勻沉降情況已經得到控制，建筑結構所受的擾動也較小，在長期的監(jiān)測中，建筑結構在加固之后沒有繼續(xù)劣化，加固效果是符合預期的。

5 靜壓注漿法可行性分析

靜壓注漿法在某古建筑加固工程中的應用，體現出在高水位沖積平原地區(qū)的古建筑加固工程中的可行性。但是在工程實際施工過程中，仍需要注意一些規(guī)范要求。首先，對于加固工程，實地監(jiān)測十分重要，每一次加注都有可能對基礎下土層受力情況造成影響，因此，需要高密度、高頻次的全時監(jiān)測，以保證古建筑主體結構的安全；其次，對于加注方式方法應經過嚴格論證評估，在基于規(guī)范要求和工程實際的基礎上，控制注漿用量和開孔間隔，避免注漿量過大導致土層承載力下降。在施工前應對施工方案進行試驗性灌注，與勘探結果和理論情況進行對比分析，不斷修正施工方案，嚴格依照方案施工，避免出現隨意施工導致后期沉降無法控制。

6 結語

由某古建筑的加固經驗可以得到，靜壓注漿法可以在高水位的情況下對建筑基礎進行加固，對于沖積平原地帶的古建筑保護有一定的參考價值。古建筑的修復需要遵循低影響開發(fā)下“修舊如舊”的修復理念，在對出現基礎破壞的古建筑進行修復時，應當做好充分勘探與評估工作，了解古建筑基礎的實際情況，選擇合適的基礎加固或修復方式。靜壓注漿法在施工過程中對周邊環(huán)境的影響較小，且注漿全過程工期較短，對建筑主體結構的影響較低，符合古建筑修復過程中低影響的需求。靜壓注漿法根據不同的漿體材料，可以廣泛應用于各種地質條件下的古建筑基礎加固，而定向注漿法可以在加固工程中節(jié)省大量的漿體材料，節(jié)約加固成本的同時降低對于環(huán)境的影響，符合建筑可持續(xù)發(fā)展的理念，也很好地契合了古建筑修復對于低影響開發(fā)的需求，是一種應用性較好的加固方法。