關(guān)于歷史建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測的幾點(diǎn)建議
——以漢口保元里修繕工程為例

施浩

（武漢正華建筑設(shè)計(jì)有限公司，武漢 430014）

1 工程概況

保元里修繕工程屬于漢口歷史風(fēng)貌區(qū)的首開工程，片區(qū)位于漢口中心地帶，緊靠武漢美術(shù)館，鄰近江漢路步行街，交通區(qū)位十分優(yōu)越，原房屋始建于1911 年，至今已有100 多年的歷史，保元里因民國元年而得名，是典型的漢口近代里分建筑，因地制宜的弧線形平面布局較為獨(dú)特，建筑為聯(lián)排式單元組合，每個(gè)單元包含天井式平面布局與節(jié)奏強(qiáng)烈的立面和標(biāo)志性的石庫門、裝飾精美的門樓，體現(xiàn)了中西合璧的形態(tài)，具有較高的藝術(shù)價(jià)值。保元里9 號(hào)曾作為武漢解放前夕中共地下黨的指揮中心之一，在革命斗爭年代發(fā)揮了關(guān)鍵作用。保元里片區(qū)為武漢市優(yōu)秀歷史保護(hù)建筑，保護(hù)革命史跡對于紅色基因的傳承極具歷史意義。

該項(xiàng)目包含保元里和泰安里兩個(gè)組成部分，共計(jì)56 棟建筑物，現(xiàn)狀總體俯視圖如圖1 所示。項(xiàng)目占地實(shí)測面積11 260 m2，修繕前地上總建筑面積26 596.97 m2。該工程主要由2～3 層磚木結(jié)構(gòu)組成，房屋承重墻體的材料為燒結(jié)普通磚，墻體厚度為240 mm，局部分隔墻采用木質(zhì)隔斷。樓面為木樓枕+實(shí)木地板，屋面為木屋架+陶瓦?；A(chǔ)形式為墻下條形磚基礎(chǔ)。

圖1 現(xiàn)狀總體俯視圖

2 工程地質(zhì)勘察

歷史保護(hù)建筑屬于既有建筑，大多數(shù)屬于超齡建筑、受損建筑或者增載建筑[1]，這類建筑物的修繕、加固改造前都要進(jìn)行巖土工程勘察工作。歷史保護(hù)建筑的巖土勘查工作有自己的特點(diǎn)。

1）歷史建筑的修繕、改造都有建筑物活化利用的問題，包含建筑物增層、地上建筑的擴(kuò)建、地下空間的擴(kuò)展，甚至有建筑物的糾偏、頂升、平移等。所以，基礎(chǔ)勘察應(yīng)根據(jù)建筑物的改造內(nèi)容而制訂不同的要求和實(shí)施方案。

2）歷史建筑大多是4 層以下民用建筑或者單層工業(yè)建筑，結(jié)構(gòu)形式多為砌體結(jié)構(gòu)或者磚木混合結(jié)構(gòu)，少量框架結(jié)構(gòu)。這些建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載較小，基礎(chǔ)底面積小，埋深較淺。而且經(jīng)過多年使用，建筑物地基趨于穩(wěn)定，在修繕、改造過程中，基礎(chǔ)使用荷載大多會(huì)增加，一般需要進(jìn)行加固處理。

3）歷史建筑基礎(chǔ)加固前，地基都經(jīng)過建筑物本身荷載長時(shí)間的壓密作用，基礎(chǔ)下土層在一定深度范圍內(nèi)，因受壓而使孔隙水被部分?jǐn)D出而產(chǎn)生固結(jié)，從而使土的含水量減小，孔隙比、壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)都有不同程度的降低，而土的重度、壓縮模量、先期固結(jié)壓力、抗剪強(qiáng)度等則有不同程度的提高，其中，力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較物理性質(zhì)指標(biāo)提高幅度大。在長期荷載作用下，地基土主要受力層范圍內(nèi)超固結(jié)比也會(huì)有所增大，從而提高了受力層范圍土的承載力和降低了地基土的壓縮性[2]。

4）既有建筑物巖土勘察的作業(yè)條件差，受既有建筑影響，原始地貌被破壞，且因改造加固建筑大多年代久遠(yuǎn)，建筑物下的地質(zhì)資料一般都無從獲得；勘探點(diǎn)一般布置在基礎(chǔ)外側(cè)，距基礎(chǔ)外邊緣有一定距離，只能根據(jù)基礎(chǔ)外的地質(zhì)情況推測基礎(chǔ)下的持力層信息，針對性稍差[3]。

進(jìn)行歷史建筑的地質(zhì)勘察前，應(yīng)根據(jù)歷史建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、改造內(nèi)容、改造后基礎(chǔ)荷重等條件，有針對性地確定勘察目的、任務(wù)和要求。以下是漢口保元里修繕工程地質(zhì)勘察的一些建議，筆者在該工程勘察過程中與勘察單位多次溝通，最后制訂了可行、經(jīng)濟(jì)的勘察實(shí)施方案，供類似工程進(jìn)行地勘時(shí)參考。

1）檢測報(bào)告和巖土初勘報(bào)告顯示，本工程建筑物多為2～3層磚木結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為三合土+磚條形基礎(chǔ)，埋深較淺，多數(shù)為0.6～0.8 m。場地內(nèi)上層為素填土，主要由黏性土、中粗砂及碎石等組成，局部含較多磚渣、建筑垃圾等，硬物質(zhì)含量約30%，堆填年限大于10 年，力學(xué)性質(zhì)各向異性明顯，建筑性能差。素填土埋深約0.9～1.9 m。巖土勘察報(bào)告在進(jìn)行地基土建筑性能評價(jià)時(shí)，應(yīng)充分考慮既有建筑物現(xiàn)狀，不能僅按照新建項(xiàng)目要求基礎(chǔ)施工前對素填土進(jìn)行清障工作，要考慮到實(shí)際基礎(chǔ)持力層為填土層，地基土承載力及壓縮性指標(biāo)應(yīng)給出填土層的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和綜合建議值，方便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)承載力和沉降計(jì)算。保元里地質(zhì)勘察報(bào)告最終給出填土層地基承載力特征值的建議值fak=60 kPa，考慮使用時(shí)間的因素，筆者認(rèn)為該取值偏低，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)地基荷載試驗(yàn)結(jié)果對最后取值進(jìn)行了修正。

2）場地內(nèi)勘探點(diǎn)一般布置在基礎(chǔ)外側(cè)，距條形基礎(chǔ)外邊緣有一定距離，方便勘察施工。初步勘察階段，根據(jù)改造建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，歷史建筑活化利用還處在論證階段，項(xiàng)目存在地下工程開挖、地上擴(kuò)建的可能性，基礎(chǔ)形式還有選擇樁基礎(chǔ)的可能性，可以按照GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009 年版）表4.1.7 中二級(jí)（一般工程）[4]控制勘探孔深度。詳細(xì)勘察階段，建筑物改造內(nèi)容、基礎(chǔ)改造選型等已經(jīng)確定，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，以經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原則，控制性勘探孔深度應(yīng)超過地基變形計(jì)算的深度，一般性勘探孔深度應(yīng)大于主要受力層深度，并應(yīng)符合下列規(guī)定。

第一，改造后采用天然地基，一般性勘探孔可鉆入既有建筑物持力層的下一層的深度，且不應(yīng)小于5 m。

第二，改造后采用復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)的，控制性勘探孔深度，樁端持力層為可壓縮地層時(shí)，應(yīng)深入樁端持力層下（5～8）d，d為樁徑，且不應(yīng)小于5 m；樁端持力層為一般巖質(zhì)地基時(shí)，應(yīng)深入嵌巖面以下（3～5）d，且不應(yīng)小于5 m；一般性勘探孔深度，樁端持力層為可壓縮地層時(shí)，應(yīng)深入樁端持力層下（3～5）d，且不應(yīng)小于3 m；樁端持力層為一般巖質(zhì)地基時(shí)，應(yīng)深入嵌巖面以下（1～3）d，且不應(yīng)小于3 m。

第三，場地內(nèi)擴(kuò)建建筑物的新建基礎(chǔ)，勘察要求參照GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009 年版）。

3）地基土在長期荷載作用后土的性狀發(fā)生了顯著變化，地基土產(chǎn)生了壓密效應(yīng)承載力有所增強(qiáng)。對于采用擴(kuò)大基礎(chǔ)加固的天然基礎(chǔ)，可采用淺層平板載荷實(shí)驗(yàn)[5]確定地基承載力。淺層平板載荷實(shí)驗(yàn)應(yīng)布置在基礎(chǔ)底面標(biāo)高處，試驗(yàn)點(diǎn)不宜少于3 點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下會(huì)比地勘報(bào)告給定的綜合推薦值高10%～30%。設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)基礎(chǔ)壓力大小、上部結(jié)構(gòu)的整體情況、房屋使用時(shí)間和基礎(chǔ)土體本身性質(zhì)，綜合判斷確定地基承載力。保元里地基承載力根據(jù)淺層平板載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終將持力層承載力修正為80 kPa，基礎(chǔ)加固完工后，根據(jù)近1 年的沉降觀測數(shù)據(jù)顯示，效果良好。

4）對既有建筑物內(nèi)部應(yīng)布置物探工作，工程物探根據(jù)探測對象、物性差異及現(xiàn)場環(huán)境采用多種方法綜合探測?？刹捎锰降乩走_(dá)法或面波法進(jìn)行既有建筑物的基礎(chǔ)埋深、形式、基礎(chǔ)及基礎(chǔ)周邊的土體病害探測；采用地質(zhì)雷達(dá)法、瑞雷波法進(jìn)行地下坑室的探測。保元里靠近保華街的臨街建筑，室內(nèi)在改造施工過程中，才發(fā)現(xiàn)室內(nèi)有貫穿整棟建筑物的地下廊道存在，不得已停止施工，重新進(jìn)行檢測工作，并修改基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)。

3 砌體強(qiáng)度檢測

3.1 間接法檢測砌體強(qiáng)度

間接法是通過檢測砌筑塊體和砂漿的強(qiáng)度來計(jì)算砌體強(qiáng)度[6]。

3.1.1 塊體強(qiáng)度檢測

保元里修繕工程的磚塊體都為燒結(jié)普通磚，檢測單位通常采用回彈法檢測燒結(jié)普通磚的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)JC/T 796—2013《回彈儀評定燒結(jié)普通磚強(qiáng)度等級(jí)方法》對檢測的磚試樣要求所抽樣品外觀質(zhì)量要合格。圖2 為改造前保元里大多數(shù)砌體墻體的現(xiàn)狀。從圖2 可以看出，該工程部分磚表面存在一定程度的侵蝕，筆者認(rèn)為直接采用回彈法檢測燒結(jié)普通磚的抗壓強(qiáng)度結(jié)果失真，應(yīng)根據(jù)GB/T 50344—2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》5.2.7 條要求：砌體工程砌筑塊材的抗壓強(qiáng)度可采用取樣法對回彈法檢測結(jié)果進(jìn)行修正，故對塊體還應(yīng)取樣送檢。

圖2 改造前砌體墻體現(xiàn)狀

3.1.2 砂漿強(qiáng)度檢測

在砌體結(jié)構(gòu)中，需要檢測砌體灰縫中砂漿的抗壓強(qiáng)度時(shí)，可采用貫入法進(jìn)行檢測。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程檢測表明，貫入法具有操作簡單、檢測快捷、檢測結(jié)果精度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。

貫入法檢測技術(shù)是通過測釘由砂漿表面貫入進(jìn)行檢測的，根據(jù)JGJ/T 136－2017《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：被檢測的對象灰縫應(yīng)飽滿，否則將與建立測強(qiáng)曲線的砂漿在性能上存在差異，測量結(jié)果就不準(zhǔn)確。根據(jù)GB/T 50344—2019 《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》5.4.7 條要求，當(dāng)水平灰縫砂漿飽滿度小于80%時(shí)，實(shí)測的砂漿強(qiáng)度參數(shù)應(yīng)考慮相應(yīng)的折減系數(shù)。

3.1.3 砌體強(qiáng)度的計(jì)算

根據(jù)檢測結(jié)果，得到磚塊體強(qiáng)度f1=5.0 MPa；得到砂漿的強(qiáng)度f2=1.0 MPa。

根據(jù)GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]附錄B 計(jì)算式：

式中，fm為砌體的強(qiáng)度平均值；f1為塊體的強(qiáng)度等級(jí)值；f2為砂漿抗壓強(qiáng)度平均值；k1為系數(shù)，可查表取值；a 為常數(shù)，燒結(jié)普通磚取0.5；k2為常數(shù)，當(dāng)f2≥1 時(shí)，k2取值為1，當(dāng)f2＜1 時(shí)，k2=0.6+0.4f2。

將已知條件代入式（1）計(jì)算，得到fm=1.87 MPa。

根據(jù)GB 55007—2021《砌體結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》[8]（以下簡稱《砌體通用規(guī)范》）第2.0.2 條規(guī)定：

式中，fk為砌體的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；δf為砌體強(qiáng)度的變異系數(shù)。

根據(jù)《砌體通用規(guī)范》2.0.3 條規(guī)定取δf=0.17；代入式（2）計(jì)算可得fk=1.35 MPa。

又有：

式中，f 為砌體強(qiáng)度，γf為砌體的材料性能分項(xiàng)系數(shù)。

根據(jù)《砌體通用規(guī)范》第2.0.4 條規(guī)定按照B 級(jí)取γf=1.6，所以，得到砌體強(qiáng)度f=1.35/1.6=0.84 MPa。

在進(jìn)行電腦軟件計(jì)算時(shí)，PKPM 和YJK 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件都能根據(jù)輸入的塊體抗壓強(qiáng)度和砂漿抗壓強(qiáng)度計(jì)算出砌體抗壓強(qiáng)度。筆者進(jìn)行了比較，兩種軟件關(guān)于砌體抗壓強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果有些誤差，發(fā)現(xiàn)PKPM 是按照規(guī)范規(guī)定的方法計(jì)算得到的，YJK 軟件似乎是采用了插值原理計(jì)算出來的。

3.2 直接法檢測砌體強(qiáng)度

直接法是在現(xiàn)場直接檢測砌體的抗壓和抗剪強(qiáng)度。

采用間接法檢測時(shí)，磚塊體強(qiáng)度的檢測和砂漿強(qiáng)度的檢測都受檢測方法、自然條件等因素的影響，檢測結(jié)果存在一定的誤差。采用直接法檢測砌體強(qiáng)度十分有必要，與之前的間接法結(jié)果相比較，方便設(shè)計(jì)人員科學(xué)地掌握砌體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，便于進(jìn)一步的計(jì)算分析。

砌體強(qiáng)度應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn)場原位檢測方法，應(yīng)按GB/T 50315—2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 的規(guī)定執(zhí)行。

采用直接法檢測時(shí)，燒結(jié)普通磚砌體的抗壓強(qiáng)度宜采用原位軸壓法或扁頂法檢測；燒結(jié)普通磚的抗剪強(qiáng)度宜采用原位雙磚雙剪法檢測。相應(yīng)的檢測要求及數(shù)據(jù)分析，應(yīng)按GB/T 50315—2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 的規(guī)定執(zhí)行。

保元里片區(qū)砌體原位檢測后，得到的砌體標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度為fk=1.0 MPa，與間接法推算出來的值相比偏低。所以在實(shí)際計(jì)算時(shí)，砌體抗壓強(qiáng)度可以按照直接檢測的結(jié)果來取值。在軟件計(jì)算時(shí)，YJK 提供了直接輸入砌體強(qiáng)度的方法。

4 結(jié)語

歷史保護(hù)建筑大多使用年限比較長，甚至有超過50 年使用年限的建筑存在。在既有建筑改造前，都會(huì)對既有建筑進(jìn)行可靠性鑒定和必要的結(jié)構(gòu)檢測，本文從歷史建筑改造設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，就歷史建筑改造前進(jìn)行的地質(zhì)勘察和檢測，提出如下建議。

1）歷史建筑的地質(zhì)勘探孔布置在建筑房屋四周，孔的深度根據(jù)勘察階段和改造后基礎(chǔ)布置情況確定，綜合考慮安全和經(jīng)濟(jì)因素。鑒于基礎(chǔ)埋置較淺，有的以素填土作為持力層，地基土承載力及壓縮性指標(biāo)應(yīng)給出素填土的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和綜合建議值。

2）地基土在長期荷載作用后土的性狀發(fā)生了顯著變化，地基土產(chǎn)生了壓密效應(yīng)承載力有所增強(qiáng)。對于采用擴(kuò)大基礎(chǔ)加固的天然基礎(chǔ)，可采用淺層平板載荷實(shí)驗(yàn)確定地基承載力。

3）為查明建筑內(nèi)部實(shí)際情況，對既有建筑物內(nèi)部應(yīng)布置物探工作。

4）砌體強(qiáng)度可采用直接法和間接法相結(jié)合的檢測方法。直接法優(yōu)先采用現(xiàn)場原位檢測方法。間接法檢測時(shí)，塊體強(qiáng)度采用取樣法對回彈法檢測結(jié)果進(jìn)行修正，砂漿強(qiáng)度可采用貫入法進(jìn)行檢測，根據(jù)灰縫飽滿程度考慮強(qiáng)度折減系數(shù)，最后根據(jù)規(guī)范規(guī)定的公式推算出砌體抗壓強(qiáng)度。