固結(jié)灌漿在古建筑保護(hù)工程中的應(yīng)用

李德成（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊(duì)，安徽 黃山 245000）

固結(jié)灌漿在古建筑保護(hù)工程中的應(yīng)用

李德成（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊(duì)，安徽 黃山 245000）

結(jié)合某古建筑地基加固工程實(shí)例，探討了固結(jié)灌漿的機(jī)理，并提出了治理思路和治理方案。通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果及實(shí)踐運(yùn)營(yíng)，驗(yàn)證了固結(jié)灌漿在松散土體層中的加固效果，為類似方面的設(shè)計(jì)與施工提供了參考，顯示在實(shí)踐中的古建筑文物地基加固處理方面的應(yīng)用前景。

歷史建筑；固結(jié)灌漿；地基加固

1 引 言

徽州建筑又稱徽派建筑，是我國(guó)古建筑最重要的流派之一，徽派建筑作為徽文化的重要組成部分，歷來(lái)為中外建筑大師所推崇。徽州古建筑結(jié)構(gòu)獨(dú)特，磚木結(jié)構(gòu)的徽派古建筑大多“先起屋架后封墻”。此類建筑多為天然地基基礎(chǔ)，柱基承重，柱子均為一根原木，由于年代久遠(yuǎn)，其中古建筑有相當(dāng)一部分都出現(xiàn)不同程度的地基沉降現(xiàn)象，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)傾斜、開裂、變形，危及古建筑的安全，因此需要對(duì)地基進(jìn)行加固處理。古建筑地基加固屬于文物建筑修繕范疇，嚴(yán)格遵守文物建筑修繕“不改變文物原狀”的原則，最大限度的保存古建筑物的歷史信息是對(duì)古建筑地基加固工作的要求。難點(diǎn)在于地基加固基礎(chǔ)施工過(guò)程中對(duì)現(xiàn)有建筑物地基的要求不應(yīng)有大的擾動(dòng)，以免地基土擾動(dòng)產(chǎn)生新的沉降，使上部建筑物產(chǎn)生新的破壞。

為了指導(dǎo)工程實(shí)踐，本文對(duì)固結(jié)灌漿機(jī)理進(jìn)行了研究，并結(jié)合工程實(shí)例探討固結(jié)灌漿在工程實(shí)例中的加固效果。

2 固結(jié)灌漿機(jī)理

灌漿是指將一定的材料按照一定的比例配制成漿液，然后用液壓或者氣壓等壓送設(shè)備將漿液灌入到巖土體的孔隙、裂隙等結(jié)構(gòu)體中，從而使巖土體形成強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、穩(wěn)定性高的新的結(jié)構(gòu)體，進(jìn)而達(dá)到改善巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的目的。

固結(jié)灌漿是把一定配比的某種具有流動(dòng)性和膠凝性的漿液,施加一定的壓力通過(guò)鉆孔壓入巖土層孔隙裂隙中去,同時(shí)通過(guò)水泥漿滲入到非常細(xì)小的裂隙或孔隙中,將其充填。經(jīng)過(guò)膠結(jié)硬化以后,水泥漿液就將整個(gè)破碎的、疏松的巖土層膠結(jié)為完整的、穩(wěn)定的且具有較高強(qiáng)度的統(tǒng)一整體,從而提高巖土層的強(qiáng)度,改善巖土層的物理力學(xué)性能。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

金紫祠位于黃山市徽州區(qū)潛口鎮(zhèn)潛口村南首，系古徽望族潛口汪氏宗祠。宋隆興二年(1164年)賜建，明正德九年(1515年)遷于現(xiàn)址，嘉靖、萬(wàn)歷時(shí)擴(kuò)建，清康熙三年(1663年)大修。現(xiàn)存建筑為金紫祠坊、戟門、碑亭、后寢及越國(guó)公廟部分建筑，其它建筑遺址尚存。2004年，金紫祠被安徽省政府確定為省級(jí)文物保護(hù)單位。

越國(guó)公廟建筑結(jié)構(gòu)采用抬梁與穿斗混合式木構(gòu)架，屋頂荷載連同自重部分傳給承重的落地柱。外墻為條形磚石基礎(chǔ)，承重柱為木質(zhì)直柱，立于圓形青石柱礎(chǔ)之上，柱礎(chǔ)直接落于地基。外磚墻條形基礎(chǔ)底寬500mm，基礎(chǔ)埋深約0.5-0.6m，中廳柱礎(chǔ)直徑500。墻基和柱基下均為人工回填的塊石及卵礫石，塊徑大小不一，為古代人工處理地基時(shí)回填。

為保護(hù)黃山市古建筑文化遺產(chǎn)，黃山市啟動(dòng)了對(duì)潛口金紫祠的全面搶修、保護(hù)和開發(fā)工程。越國(guó)公廟因中廳地基出現(xiàn)了不均勻沉降，導(dǎo)致中廳內(nèi)柱與柱、柱與墻上部相連的拱券結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，古建筑物結(jié)構(gòu)安全受到影響，對(duì)古建筑地基進(jìn)行加固處理刻不容緩。根據(jù)設(shè)計(jì)方要求，處理后的地基應(yīng)土體性能均勻，持力層承載力特征值不得小于140kPa，壓縮模量不小于6.0MPa。

根據(jù)鉆孔揭露和場(chǎng)地地層成因條件，場(chǎng)區(qū)地層情況從上到下為：①雜填土，為古時(shí)場(chǎng)地整平的堆填土，成份復(fù)雜，為粉土、卵礫石、塊石、磚塊瓦礫等組成，結(jié)構(gòu)松散、全場(chǎng)分布，厚度不均，平均厚度2.0米；②淤泥質(zhì)粉土：灰黑色，飽和，軟塑狀，具腥臭味，全場(chǎng)分布,平均厚度為0.5-1.8米；③混礫粉土：褐黃色，稍濕，稍密-中密。礫石以中等風(fēng)化的硅質(zhì)巖、石英為主，全場(chǎng)地分布，平均厚度2.9米；④強(qiáng)風(fēng)化千枚巖：中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，平均厚度為0.7-2.6米。各土層參數(shù)見表1。場(chǎng)地內(nèi)的地下水類型為上層滯水，賦存于第四系人工填土層中，大氣降水是其主要的補(bǔ)給來(lái)源，補(bǔ)給方式為垂直補(bǔ)給。

表1 土層參數(shù)表

3.2 地基加固試驗(yàn)和設(shè)計(jì)

地基加固的思路主要有以下幾個(gè)方面：

（1）針對(duì)填土強(qiáng)度較低的特點(diǎn)，須通過(guò)采用固結(jié)灌漿以加固填土體，增強(qiáng)其承載力，達(dá)到滿足上部建筑荷載的要求。

（2）考慮到越國(guó)公廟為磚木結(jié)構(gòu)，柱基承重，外墻處也分布有排柱，屋頂荷載連同自重部分傳給承重的落地柱，最后傳入地基基礎(chǔ)持力層。因此只對(duì)柱基處的地基土進(jìn)行灌漿加固，即可滿足建筑物上部荷載的受力。

（3）外墻處的磚石條基不另外設(shè)置灌漿孔，可共用外墻排柱處的灌漿孔。

3.2.1 注漿試驗(yàn)

選取越國(guó)公廟中柱柱下獨(dú)立基礎(chǔ)做注漿試驗(yàn)，對(duì)基底及以下至強(qiáng)風(fēng)化巖深度范圍內(nèi)、深約6.0米的土體進(jìn)行加固。注漿材料選用32.5R水泥，并按其重量的3%添加氯化鈣作為速凝材料。

試驗(yàn)結(jié)果：在試驗(yàn)開始前、試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后，對(duì)所在試驗(yàn)段基柱進(jìn)行了沉降觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)沒有發(fā)生實(shí)際沉降。根據(jù)注漿試驗(yàn)結(jié)果表明，本工程地基加固處理采用固結(jié)灌漿法是可行的。

3.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)選定

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)值見表2，注漿體水灰比0.45，氯化鈣摻量為水泥重量的3%-5%。

3.2.3 設(shè)計(jì)方案

1）圍繞柱基設(shè)置灌漿孔，中柱設(shè)置4個(gè)，邊柱設(shè)置3個(gè)，角柱設(shè)置1-3個(gè)，孔距0.4米。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)灌漿孔110個(gè)，成孔深度在5.5-6.0米，累計(jì)鉆探進(jìn)尺為660米，注漿段總長(zhǎng)為660m。

3）采用鉆機(jī)成孔，成孔直徑為φ110mm，鉆孔鉆至強(qiáng)風(fēng)化巖0.5米，成孔后將注射器下至注漿段進(jìn)行注漿。

4）注漿采用雙管靜壓注漿進(jìn)行加固處理，注漿段長(zhǎng)度為2.0米。具體布置見平面布孔圖、灌漿剖面圖。

圖1 越國(guó)公廟固結(jié)灌漿平面布孔圖 比例尺1:50

圖2 越國(guó)公廟固結(jié)灌漿剖面圖1-1剖面 比例尺 水平1:10 垂直1:50

表2 灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.3 加固三個(gè)月后對(duì)灌漿處進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)。

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，其結(jié)果見表3。

越國(guó)公廟的地基加固處理工程已完工4年多，沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，地基注漿加固后不會(huì)出現(xiàn)新的沉降，從而有效控制建筑物的不均勻沉降和沉降過(guò)大的影響。工程實(shí)踐表明，固結(jié)灌漿法具有工藝簡(jiǎn)單、施工方便、成本低的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)周期短，滿足文物建筑地基處理過(guò)程中不干擾古建筑的特殊要求，保護(hù)文物建筑，不改變文物現(xiàn)狀。

表3 地基承載力特征值判定表

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)固結(jié)灌漿法治理古建筑基礎(chǔ)的不均勻和過(guò)大沉降，在不擾動(dòng)古建筑的前提下，通過(guò)圍繞柱基灌漿，達(dá)到提高地基土力學(xué)性能，保證古建筑物的安全。固結(jié)灌漿由于其技術(shù)好的特點(diǎn)，能滿足古建筑地基處理的特殊要求，在古建筑地基加固中具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值

［1］冼世明，黃文錚．定向靜壓注漿法在文物建筑地基加固中的應(yīng)用[J]．廣東土木與建筑，2011．

［2］胡建偉，鄧學(xué)燈，江保慶．注漿微型鋼管樁在某填土邊坡滑坡治理中的應(yīng)用研究[J]．土工基礎(chǔ)，2014（01）．

［3］卿忠先，蔣祖浩．固結(jié)灌漿和帷幕灌漿在水庫(kù)壩基處理中的應(yīng)用[J]．西部探礦工程，2003（02）．

［4］婁廣輝．固結(jié)灌漿工藝在東升水電站的實(shí)踐與應(yīng)用[R]．吉林大學(xué)碩士論文，2012（10）．

Application of consolidation grouting in the protection of ancient buildings in Huizhou

Combining with the engineering example of reinforcing foundation of an ancient building, discussed the mechanism of consolidation grouting, and put forward the idea of governance and governance programs．Through the monitoring results and practical operation, to verify the reinforcement effect of consolidation grouting in loose soil layer, which provides a reference for the design and construction of similar aspects, shows the application prospects in the field of reinforcement in the practice of cultural relics of the ancient building foundation．

historic building；consolidation grouting；foundation reinforcement

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1003-8965（2017)03-0124-03