地下防空洞充水后塌陷引起上部建筑受損后的加固方法探討

黃欣

（山西省建筑科學(xué)研究院檢測中心有限公司）

上世紀(jì)60 年代，在“備戰(zhàn)、備荒、為人民”的口號(hào)之下，中國各大中城市普遍開展了群眾性的“深挖洞”活動(dòng)[1]。全國挖洞的總長度應(yīng)該超過了萬里長城，挖掘土石方體積超過長城的土石方總量。華北地區(qū)老舊城區(qū)地下普遍存在上世紀(jì)修建的防空洞，隨著改革開放城市大規(guī)模更新，部分防空洞已經(jīng)回填處理或挖除，但有些防空洞鑒于戰(zhàn)備考慮就在其上新建了房屋，隨著地下土質(zhì)和水位情況的變化加之防空洞自身的年久失修，對(duì)上部建筑產(chǎn)生了一定的影響，其中影響較大的會(huì)造成上部建筑傾斜開裂，甚至成為危房[2]。對(duì)于這種狀況，無法通過拆除上部建筑采用大開挖的方式回填防空洞，導(dǎo)致為了保留上部建筑，需采用間接處理的辦法消除地下防空洞塌陷隱患，本文就這類型建筑的加固處理方法進(jìn)行討論，供大家技術(shù)交流。

1 地下防空洞類型及損害形式

1.1類型

地下防空洞結(jié)構(gòu)形式為拱形，基本上所有的防空洞都在地下水位以上，掏土而成，隨著土質(zhì)情況和造價(jià)的不同，內(nèi)部可采用磚券拱身或澆筑鋼筋混凝土拱身。從現(xiàn)存保留安全的防空洞統(tǒng)計(jì)來看，多數(shù)是采用磚券的，加固的防空洞多采用鋼筋混凝土拱身支撐，個(gè)別土質(zhì)較好的可以保留原土性狀[3]。

1.2受力特征

地下防空洞本身屬于拱形建筑，類似土窯洞，最大的隱患就是外來水入侵破壞土體結(jié)構(gòu)和拱壁開裂，上部荷載作用對(duì)自身?xiàng)l件完好的防空洞屬于有利荷載，但拱壁變形開裂后，上部荷載作用會(huì)加劇豎向拱壁的破壞。

1.3破壞形式

⑴拱壁破壞：有滲水、積水、開裂、變形、局部塌陷。

⑵地表關(guān)聯(lián)破壞：①地陷。防空洞坍塌引起的路面塌陷，危及地表；②地表建筑不均勻沉降。隨著老舊防空洞的局部變形或坍塌，對(duì)上部建筑引起不均勻沉降，導(dǎo)致建筑開裂變形。

2 加固方法及對(duì)比

2.1工程概況

某辦公樓建于上世紀(jì)八十年代，為砌體結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，地基處理采用三七灰土換填500 厚。原設(shè)計(jì)為地上四層，首層為車庫，二～四層為辦公樓，層高均為3m。建筑長為48.0m，寬為14.3m，中間走廊兩邊辦公室的布置形式。樓梯間四角、外墻與內(nèi)墻交接處均設(shè)構(gòu)造柱，每層均設(shè)置圈梁。端部開間及樓梯間樓、屋面采用現(xiàn)澆混凝土，其余均采用預(yù)制空心板。2017 年該建筑墻體出現(xiàn)不同程度裂縫損傷，隨后委托第三方鑒定機(jī)構(gòu)對(duì)該建筑進(jìn)行檢測鑒定。鑒定結(jié)論如下:該結(jié)構(gòu)裂縫損傷的產(chǎn)生是由于場地內(nèi)人防工程嚴(yán)重積水對(duì)地基土體充分浸濕造成地基不均勻沉降和防空洞結(jié)構(gòu)整體變形所致。該建筑所處場地目前穩(wěn)定水位已至人防工程洞頂，長期大量積水及季節(jié)性水位交替變化的反復(fù)作用對(duì)周圍土體和結(jié)構(gòu)存在很大安全隱患。

2.2加固前資料收集

2.2.1勘察結(jié)果

勘察結(jié)果見表1。

2.2.2物探結(jié)果

勘探深度范圍內(nèi)基本為粉土，0～6m 為雜填，6m 以下為原土，8.5m 處粉土含水飽和，為潛水位。防空洞位于7.5～15m 深度范圍內(nèi)，且防空洞內(nèi)已充滿水，有些地方可能存在下沉、塌陷。明確了建筑物下部存在兩條南北走向的防空洞。

2.3加固方案確定

2.3.1加固難點(diǎn)

該建筑下部防空洞長期泡水，導(dǎo)致拱壁損壞，局部出現(xiàn)塌陷，考慮到防空洞現(xiàn)狀處于臨界狀態(tài)，若采用常規(guī)手段抽干積水，再進(jìn)行人工灌填混凝土的方式，在抽干積水的同時(shí)必然導(dǎo)致拱壁內(nèi)外壓力不平衡，造成防空洞失穩(wěn)，甚至?xí)斐缮喜拷ㄖ植康耐蝗蛔冃?；況且由于防空洞所處的位置也是地下水位的高度，一味的抽水降水會(huì)造成整個(gè)區(qū)域的地下水位下降，進(jìn)而引發(fā)土體變形。綜上所述，本項(xiàng)目不能采用常規(guī)思路解決防空洞的回填問題。

2.3.2加固思路

⑴樓座范圍內(nèi)的防空洞回填。由于無法進(jìn)行抽水后回填，本方案借鑒“烏鴉喝水”的例子，在防空洞對(duì)應(yīng)地面位置開洞，孔徑不小于200mm，孔距不小于2m，用粗骨料從孔洞處灌入，同時(shí)下入注漿管，在灌入粗骨料的同時(shí)監(jiān)測孔洞內(nèi)水位變化，可采用抽水機(jī)配合使用，確保水位在灌注過程中變化幅度不超過1m。這樣待相鄰三個(gè)孔洞位置灌滿后，采用壓力注漿填充三個(gè)孔洞里面的中間那個(gè)孔洞，依次類推，使防空洞填實(shí)并排擠出地下水，也最大限度的減少拱壁的內(nèi)外壓力變化。由于該建筑南端為防空洞末端，且隨著道路改造已封堵，故采用從南向北施工順序，逐步把影響區(qū)內(nèi)的防空洞積水排出并回灌填實(shí)。

⑵地基加固。加固防空洞為中心，但為了防止施工過程中防空洞的變形對(duì)建筑造成的二次損壞，應(yīng)在回填灌注之前，對(duì)建筑的地基土采用樁基加固。常規(guī)托換思路對(duì)于既有建筑地基加固，可采用人工挖孔灌注樁、靜壓樁、樹根樁和旋噴樁等，由于場地土地下水位高，不適合人工成孔灌注樁施工，且由于在室內(nèi)施工，受層高限制，很多成樁機(jī)械無法進(jìn)入，故選用機(jī)械成孔旋噴樁。在貫穿筏板基礎(chǔ)時(shí)可采用水鉆成孔，到原筏板底再開始旋噴成樁，大大減少對(duì)舊有基礎(chǔ)的破壞，樁身避開防空洞，樁底進(jìn)入穩(wěn)定持力層，樁頂做至筏板基礎(chǔ)底。樁徑600mm，樁長18m，持力層為第三層粗砂層，在墻體兩側(cè)基底下機(jī)械成孔布置。依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)程》JGJ 79-2012 中關(guān)于旋噴樁的單樁承載力計(jì)算得單樁承載力Ra=635 kPa；估算建筑總質(zhì)量為56000kN，如果全部質(zhì)量讓樁體承擔(dān)，需要88 根樁，考慮到工況折減和加固效果，經(jīng)過樁位詳細(xì)布置，整樓約96 根樁，滿足計(jì)算要求。示意圖見圖1。

圖1 高壓旋噴樁剖面圖

⑶加固順序：建筑周邊管線排查→旋噴樁施工→樓內(nèi)防空洞回填→沉降觀測不少于1 個(gè)月→上部結(jié)構(gòu)加固→內(nèi)部裝修。

3 結(jié)語

隨著大規(guī)模拆除新建城市的結(jié)束，老舊房屋的加固處理將成為房建人員新的工作方向，本文主要針對(duì)場地下部存在防空洞的建筑，既無法拆除房屋，也不能代價(jià)過大的加固處理，給出一種經(jīng)濟(jì)可靠的加固思路供技術(shù)人員討論，通過這種加固思路，可以達(dá)到針對(duì)性強(qiáng)、增荷最小、擾動(dòng)最小的加固目標(biāo)，使建筑延長使用壽命，達(dá)到安全目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。