關于歷史建筑進行結構檢測的幾點建議
——以漢口保元里修繕工程為例

施浩

（武漢正華建筑設計有限公司，武漢 430014）

1 工程概況

保元里修繕工程屬于漢口歷史風貌區的首開工程，片區位于漢口中心地帶，緊靠武漢美術館，鄰近江漢路步行街，交通區位十分優越，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特，建筑為聯排式單元組合，每個單元包含天井式平面布局與節奏強烈的立面和標志性的石庫門、裝飾精美的門樓，體現了中西合璧的形態，具有較高的藝術價值。保元里9 號曾作為武漢解放前夕中共地下黨的指揮中心之一，在革命斗爭年代發揮了關鍵作用。保元里片區為武漢市優秀歷史保護建筑，保護革命史跡對于紅色基因的傳承極具歷史意義。

該項目包含保元里和泰安里兩個組成部分，共計56 棟建筑物，現狀總體俯視圖如圖1 所示。項目占地實測面積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 層磚木結構組成，房屋承重墻體的材料為燒結普通磚，墻體厚度為240 mm，局部分隔墻采用木質隔斷。樓面為木樓枕+實木地板，屋面為木屋架+陶瓦。基礎形式為墻下條形磚基礎。

圖1 現狀總體俯視圖

2 工程地質勘察

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

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、地上建筑的擴建、地下空間的擴展，甚至有建筑物的糾偏、頂升、平移等。所以，基礎勘察應根據建筑物的改造內容而制訂不同的要求和實施方案。

2）歷史建筑大多是4 層以下民用建筑或者單層工業建筑，結構形式多為砌體結構或者磚木混合結構，少量框架結構。這些建筑物上部結構荷載較小，基礎底面積小，埋深較淺。而且經過多年使用，建筑物地基趨于穩定，在修繕、改造過程中，基礎使用荷載大多會增加，一般需要進行加固處理。

3）歷史建筑基礎加固前，地基都經過建筑物本身荷載長時間的壓密作用，基礎下土層在一定深度范圍內，因受壓而使孔隙水被部分擠出而產生固結，從而使土的含水量減小，孔隙比、壓縮系數和壓縮指數都有不同程度的降低，而土的重度、壓縮模量、先期固結壓力、抗剪強度等則有不同程度的提高，其中，力學性質指標較物理性質指標提高幅度大。在長期荷載作用下，地基土主要受力層范圍內超固結比也會有所增大，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，建筑物下的地質資料一般都無從獲得；勘探點一般布置在基礎外側，距基礎外邊緣有一定距離，只能根據基礎外的地質情況推測基礎下的持力層信息，針對性稍差[3]。

進行歷史建筑的地質勘察前，應根據歷史建筑物的結構特點、改造內容、改造后基礎荷重等條件，有針對性地確定勘察目的、任務和要求。以下是漢口保元里修繕工程地質勘察的一些建議，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、經濟的勘察實施方案，供類似工程進行地勘時參考。

1）檢測報告和巖土初勘報告顯示，本工程建筑物多為2～3層磚木結構，基礎為三合土+磚條形基礎，埋深較淺，多數為0.6～0.8 m。場地內上層為素填土，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，硬物質含量約30%，堆填年限大于10 年，力學性質各向異性明顯，建筑性能差。素填土埋深約0.9～1.9 m。巖土勘察報告在進行地基土建筑性能評價時，應充分考慮既有建筑物現狀，不能僅按照新建項目要求基礎施工前對素填土進行清障工作，要考慮到實際基礎持力層為填土層，地基土承載力及壓縮性指標應給出填土層的實驗數據和綜合建議值，方便結構設計時進行基礎承載力和沉降計算。保元里地質勘察報告最終給出填土層地基承載力特征值的建議值fak=60 kPa，考慮使用時間的因素，筆者認為該取值偏低，設計時根據地基荷載試驗結果對最后取值進行了修正。

2）場地內勘探點一般布置在基礎外側，距條形基礎外邊緣有一定距離，方便勘察施工。初步勘察階段，根據改造建設的經驗，歷史建筑活化利用還處在論證階段，項目存在地下工程開挖、地上擴建的可能性，基礎形式還有選擇樁基礎的可能性，可以按照GB 50021—2001《巖土工程勘察規范》（2009 年版）表4.1.7 中二級（一般工程）[4]控制勘探孔深度。詳細勘察階段，建筑物改造內容、基礎改造選型等已經確定，在滿足設計要求的前提下，以經濟節約的原則，控制性勘探孔深度應超過地基變形計算的深度，一般性勘探孔深度應大于主要受力層深度，并應符合下列規定。

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，且不應小于5 m。

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

第三，場地內擴建建筑物的新建基礎，勘察要求參照GB 50021—2001《巖土工程勘察規范》（2009 年版）。

3）地基土在長期荷載作用后土的性狀發生了顯著變化，地基土產生了壓密效應承載力有所增強。對于采用擴大基礎加固的天然基礎，可采用淺層平板載荷實驗[5]確定地基承載力。淺層平板載荷實驗應布置在基礎底面標高處，試驗點不宜少于3 點。根據經驗，一般情況下會比地勘報告給定的綜合推薦值高10%～30%。設計時，可根據基礎壓力大小、上部結構的整體情況、房屋使用時間和基礎土體本身性質，綜合判斷確定地基承載力。保元里地基承載力根據淺層平板載荷實驗結果，最終將持力層承載力修正為80 kPa，基礎加固完工后，根據近1 年的沉降觀測數據顯示，效果良好。

4）對既有建筑物內部應布置物探工作，工程物探根據探測對象、物性差異及現場環境采用多種方法綜合探測。可采用探地雷達法或面波法進行既有建筑物的基礎埋深、形式、基礎及基礎周邊的土體病害探測；采用地質雷達法、瑞雷波法進行地下坑室的探測。保元里靠近保華街的臨街建筑，室內在改造施工過程中，才發現室內有貫穿整棟建筑物的地下廊道存在，不得已停止施工，重新進行檢測工作，并修改基礎加固設計。

3 砌體強度檢測

3.1 間接法檢測砌體強度

間接法是通過檢測砌筑塊體和砂漿的強度來計算砌體強度[6]。

3.1.1 塊體強度檢測

保元里修繕工程的磚塊體都為燒結普通磚，檢測單位通常采用回彈法檢測燒結普通磚的抗壓強度。根據JC/T 796—2013《回彈儀評定燒結普通磚強度等級方法》對檢測的磚試樣要求所抽樣品外觀質量要合格。圖2 為改造前保元里大多數砌體墻體的現狀。從圖2 可以看出，該工程部分磚表面存在一定程度的侵蝕，筆者認為直接采用回彈法檢測燒結普通磚的抗壓強度結果失真，應根據GB/T 50344—2019《建筑結構檢測技術標準》5.2.7 條要求：砌體工程砌筑塊材的抗壓強度可采用取樣法對回彈法檢測結果進行修正，故對塊體還應取樣送檢。

圖2 改造前砌體墻體現狀

3.1.2 砂漿強度檢測

在砌體結構中，需要檢測砌體灰縫中砂漿的抗壓強度時，可采用貫入法進行檢測。大量的試驗數據和工程檢測表明，貫入法具有操作簡單、檢測快捷、檢測結果精度高等優點而被廣泛使用。

貫入法檢測技術是通過測釘由砂漿表面貫入進行檢測的，根據JGJ/T 136－2017《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規程》規定：被檢測的對象灰縫應飽滿，否則將與建立測強曲線的砂漿在性能上存在差異，測量結果就不準確。根據GB/T 50344—2019 《建筑結構檢測技術標準》5.4.7 條要求，當水平灰縫砂漿飽滿度小于80%時，實測的砂漿強度參數應考慮相應的折減系數。

3.1.3 砌體強度的計算

根據檢測結果，得到磚塊體強度f1=5.0 MPa；得到砂漿的強度f2=1.0 MPa。

根據GB 50003—2011《砌體結構設計規范》[7]附錄B 計算式：

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

將已知條件代入式（1）計算，得到fm=1.87 MPa。

根據GB 55007—2021《砌體結構通用規范》[8]（以下簡稱《砌體通用規范》）第2.0.2 條規定：

式中，fk為砌體的強度標準值；δf為砌體強度的變異系數。

根據《砌體通用規范》2.0.3 條規定取δf=0.17；代入式（2）計算可得fk=1.35 MPa。

又有：

式中，f 為砌體強度，γf為砌體的材料性能分項系數。

根據《砌體通用規范》第2.0.4 條規定按照B 級取γf=1.6，所以，得到砌體強度f=1.35/1.6=0.84 MPa。

在進行電腦軟件計算時，PKPM 和YJK 結構計算軟件都能根據輸入的塊體抗壓強度和砂漿抗壓強度計算出砌體抗壓強度。筆者進行了比較，兩種軟件關于砌體抗壓強度的計算結果有些誤差，發現PKPM 是按照規范規定的方法計算得到的，YJK 軟件似乎是采用了插值原理計算出來的。

3.2 直接法檢測砌體強度

直接法是在現場直接檢測砌體的抗壓和抗剪強度。

采用間接法檢測時，磚塊體強度的檢測和砂漿強度的檢測都受檢測方法、自然條件等因素的影響，檢測結果存在一定的誤差。采用直接法檢測砌體強度十分有必要，與之前的間接法結果相比較，方便設計人員科學地掌握砌體結構力學性能，便于進一步的計算分析。

砌體強度應優先采用現場原位檢測方法，應按GB/T 50315—2011《砌體工程現場檢測技術標準》 的規定執行。

采用直接法檢測時，燒結普通磚砌體的抗壓強度宜采用原位軸壓法或扁頂法檢測；燒結普通磚的抗剪強度宜采用原位雙磚雙剪法檢測。相應的檢測要求及數據分析，應按GB/T 50315—2011《砌體工程現場檢測技術標準》 的規定執行。

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

4 結語

歷史保護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，都會對既有建筑進行可靠性鑒定和必要的結構檢測，本文從歷史建筑改造設計的角度出發，就歷史建筑改造前進行的地質勘察和檢測，提出如下建議。

1）歷史建筑的地質勘探孔布置在建筑房屋四周，孔的深度根據勘察階段和改造后基礎布置情況確定，綜合考慮安全和經濟因素。鑒于基礎埋置較淺，有的以素填土作為持力層，地基土承載力及壓縮性指標應給出素填土的實驗數據和綜合建議值。

2）地基土在長期荷載作用后土的性狀發生了顯著變化，地基土產生了壓密效應承載力有所增強。對于采用擴大基礎加固的天然基礎，可采用淺層平板載荷實驗確定地基承載力。

3）為查明建筑內部實際情況，對既有建筑物內部應布置物探工作。

4）砌體強度可采用直接法和間接法相結合的檢測方法。直接法優先采用現場原位檢測方法。間接法檢測時，塊體強度采用取樣法對回彈法檢測結果進行修正，砂漿強度可采用貫入法進行檢測，根據灰縫飽滿程度考慮強度折減系數，最后根據規范規定的公式推算出砌體抗壓強度。