古建筑地基基础加固与石柱\拱券顶升施工技术
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【摘要】浅层地基基础单向静压注浆加固的施工工艺，广泛应用于古建筑的天然基础。优点在于不用开挖土方，直接在地面可以施工，施工进度快，质量效果显著。古建筑维修下沉顶升工程，有效地恢复建筑物原貌；也应用在古建的屋脊顶升，解决不用拆屋脊，直接更换脊檩，这项施工技术采用传统工艺，传统材料，顶升稳定性好，在保护文物起到举足轻重的作用。
【 abstract 】 shallow foundation one-way static grouting strengthening construction craft, widely used in ancient architectural natural foundation. The benefit is that need not excavation earthwork directly in the ground can construction, construction pace, quality effect is remarkable. Ancient building maintenance sinking roof up engineering, effectively recover the original buildings; Also used in the very roof of the lachlan Macquarie roof up, solve don't open ridge, to change directly JiLin, the construction technology USES the traditional process, the traditional materials, roof up good stability, the protection of cultural relics in play a pivotal role.
【 key words 】 foundation reinforcement; Stone pillars, GongQuan roof up
中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：
1、工程概况
开平风采堂位于广东省开平市三埠镇荻海茭荻咀，又名名贤余忠襄公祠，本建筑为混合、砖木结构局部两层。始建于清光绪三十二年（公元1906年），民国三年（公元1914年）竣工。风采堂中厅头进天井廊的H、G轴四条柱出现了不均匀的下沉，下沉幅度在50L～55L之间。下沉主要原因是石柱独立基础底下地基约有1米深的回填土，承受不了结构上的荷载。天井廊部位为混合结构一层，墙体为条形基础，石柱为独立基础。石柱上为墙体拱券，廊屋面为钢筋混凝土梁板，板厚约150L厚，由于石柱不均匀下沉，楼板有小部裂蓬，拱券墙体局部地方出现裂蓬。经过各单位会议讨论研究，最后专家组提出对该部位柱、拱券进行顶升、调整。
2、风采堂材料及结构检测
首先对拱券各种材料进行检测，并对拱券结构进行重新复核，在满足结构安全的前提下才采用以下施工方法。
3、主要工艺流程
地基基础加固、支撑系统基础加固、搭设钢管支撑系统、柱及拱券顶升调平、分离缝填充、拱券墙体裂缝加固、拆除钢管支撑系统
4、施工方法
4.1、采用浅层单向静压注浆的施工方法进行柱地基加固
4.1.1、设备与材料
1、设备：采用ZZHI-200型钻机一台套、特制单向注浆器、BW-120泥浆泵及其仪表和搅浆注浆配套机械一台套，水准仪一台套。2、施工注浆材料： 32.5R普通硅酸盐水泥,速凝材料为氯化钙。按照中厅地基加固处理设计要求，浅层单向静压注浆法加固地基基础说明进行施工，先对石柱基础进行静压注浆，注浆完成大于7天后才能开始该部位的下一部施工。
4.1.2、施工工艺
主孔注浆工艺技术要求：
（1）开孔：开孔在石柱独立基础承台的四个角出300L的位置，孔径110L，地面混凝土垫层用金刚石钻头进行开孔，达到深度，然后拔出钻头并清理干净孔中混凝土垫层、砂泥等。
（2）压入注浆器：注浆器连接Ф50钻杆，在孔内从基底深度压入或击入至设计2.50m深度，注浆器出浆部位长度为600mm，出浆孔径Ф6mm，间距30mm梅花间式三排排孔。注浆器锤击入时，应作记号保持出浆孔向着承台一面。
（3）搅浆：搅浆是为了水泥浆稀释在水中，使水泥水灰比均匀。压入注浆器过程中可以搅浆，先按水灰比0.45注入拌槽，再加入1%硅酸钠速凝剂搅拌成后即约1分钟，使速凝剂稀释于水中后投入水泥，搅拌2～4分钟水泥浆搅均完开始注浆。
（4）注浆：注浆采用上行式分段低压注浆及提升，压力取0.4～0.8Mpa之间，必须根据施工过程中的沉降情况和吸浆量情况作出调整，注浆速度和压力主要取决于施工沉降影响的程度。按每米水泥投量为600kg，二次注浆尺寸分别0.60m，注浆每段注浆量为360 kg，如果在注浆过程中，未达到注浆量，压强达到0.80MPa压力时可以停止注浆。因为压强达到0.80MPa地基下面的浅层基础，空隙已经被水泥浆填满，达到设计要求。
（5）提升：上行式分段注浆提升，每段提升高度按注浆器出浆孔的有效长度。提升0.60m后再进行注浆，此注浆前，注浆器顶部至孔口投入粘土夯实，防止第二段注浆出现返浆现象。
（6）终止：完成第二段注浆后拔出注浆器后，立即用含水率比较底的粉质粘土夯实注浆口。同时用清水冲洗注浆器，防止水泥浆凝结堵塞注浆管和管孔。
4.1.3、有关参数
（1）扩散半径：由于注浆器喷出的水泥浆形成一条水泥柱，地基加固原理是：1、水泥浆挤迫浅层基础的回填土的空隙；2、是水水泥浆形成水泥柱后可以支承独立基础的荷载。采用低压注浆，要考虑注浆量的多少，所以要计算水泥的扩散直径，设计按R＝0.30m考虑，预算按R＝0.60m考虑。
（2）注浆量估算：每孔注浆量按Q＝（1000αβR2Hn）÷2公式估算，有效深度基底至终孔，预算用量按全孔，α＝1.30 β＝0.95 R＝0.50m H＝孔深（m） n＝1.50，求得每m注浆预算量Q＝181.77≈182L/m。
（3）早强剂：由于工程地下水位底受潮水影响，为了基础注浆不被涨退潮地下水带走水泥浆。使注浆加快凝结，所以掺量1％的氯化钙用用水泥添加济。加氯化钙不能过多，过多会使在搅拌浆时就出现终凝。
（4）注浆流量：按20～40L/min，根据试验过程的沉降观测情况作调整。
4.1.4、施工成果报告
提交施工报告，主要有二大部分。
（1）沉降观测成果与分析：施工时，按照第七天的沉降观测成果与分析进行；
（2）注浆试验成果：注浆量、注浆速率（流量）、注浆压力等参数，相关施工过程。
4.2、对天井石柱详细进行沉降观测和垂直度观测
采用水准仪、水准尺、经纬仪对中厅天井石柱体的下沉量和垂直度进行观测。仪器及标尺均检验有效期内使用，并在作业期间定期进行检查校正。测出每条石柱的最大下沉值和垂直度的偏差度情况，然后做好记录。
（1）基准点：采用距离风采堂大门约40m处的原有水准点作为观测基准点。
（2）观测点：对三进中厅墙体及柱子（离地约1米）建立观测点。
（3）观测过程：
1、在基础注浆施工时要按要求做好观测：
注浆施工过程中，每小时测量1次，注浆完毕后两小时观测一次，第二天观测一次，如果沉降稳定，至第七天观测一次如果没有沉降可以停止观测。如不稳定则每天观测一次，直至稳定该阶段观测方可停止。稳定标准：沉降速度小于0.5～1mm/d。
2、石柱、拱券顶升过程中的密切监控：
（1）、水准仪的水平观测：先在两条石柱上绑上钢尺，用水准仪对准钢尺读数并作好记录。开始顶升后每隔半小时做一观测石柱的提升尺寸，做好记录下来。当观测到提升的尺寸与设计尺寸一致时，则顶升工程施工完成。
（2）、经纬仪的垂直度监控：主要是在顶升过程中怕石柱出现水平位移，而设置两台经纬仪组成垂直度为900进行监控，如果石柱出现位移时要采取纠正措施。由于采用经纬仪监控，石柱位移的距离是比较小的，一般出现在于2～3L。纠正措施是：在位移的一边用￠48L钢管加微调450撑地面，慢慢收紧微调使石纠正。
3、顶升施工完成后，基础再加固过程中还要做好沉降观测记录。直到拱券旧裂缝注浆加固完成7天后，拆除支撑系统再观测没有发生下沉，方可终止观测。
4.3、支撑系统基础加固
支撑系统基础加固有两个目的，第一作为钢管支撑基底承重，第二作为加固走廊地梁下的基础受力。开挖基础边土方采用分段分边方法，先在一边挖进承台中200L～300L，后混凝土浇筑宽600L、厚250L，强度为C25。混凝土浇筑完成后过12个小时进行淋水养护，三天后再施工另一边石柱加固。
4.4.2、搭设钢管脚手架支撑
支撑拱券系统采用￠48L钢管搭设，立杆钢管距离为500L～800L不等，根据实际施工需要搭设。 通过计算，顶升时最大极限每条立杆的受力是1.5吨，能满足钢管受力的要求。水平杆与立杆相同距离均为500L～800L，立杆与水平杆有交叉处设置小横杆，并用扣件扣实。每立杆顶端设置一个微调，微调上横穿双条80×80L木枋作支撑墙体，将部分墙体荷载传到立杆上，而使顶升时减少石柱顶升架体的受力。木枋与拱券墙体之间垫上橡胶塑料块，做好墙体保护，石柱位置的立杆用小定柱置也垫上橡胶塑料块防护。同时还要在石柱周边搭设一个横杆扣成一个“井”字形，将石柱固定在于支撑系统上，小横杆与固顶升架体，架体采用￠48L钢管搭设，在石柱基础内外各搭2条立管成方形，然后用小横杆扣成一个整体，小横杆共扣三度。每条立管端部安装微调，微调上架设2条12#槽钢（如果不设槽钢，也可以用50L×120L硬木木枋代替），作支承钢丝绳传来石柱的荷载。石柱基础下横穿两条18#钢丝绳，并固定在于槽钢上。
4.5、对石柱及拱券进行整体顶升调平
石柱整体顶升技术，主要是靠钢管搭设支撑体系上的微调来调升，和沿廊石与下面条形混凝土基础之间的300梯形体硬木木枋挤压而升起的。在石柱顶前，先在廊沿石和下面的混凝土条形基础之间，用钢凿每隔500L凿一个梯形体，有助300梯形硬木枋挤压。当然，石柱垛和底下的独立基础之间也要凿梯形体来挤石柱。
4.5.1、石柱及拱券顶升调平
石柱顶升时，先顶升拱券上的微调，通常是在两排的微调上，每边有一个工人同一时间、同一速度调紧微调，使托住拱券的木枋同时升高（见图5）。调升多少我们是根据两种情况来定的。第一：是根据顶升经验来控制（见图3）；第二：根据拱券墙体裂蓬空隙来定，当微调调紧时拱券裂蓬会慢慢缩小，达到一定的程度时就要停止调紧。开始两条石柱周边的四个微调，调到石柱升高1～2L之间又停止调升。开始用大铁锤打击廊沿石和石柱垛下的300梯形硬木枋，使廊沿石和石柱升起（见图1、2）。每次都按顶升在1～2L过程为一个盾环，不断重复以上程序，直到顶升至设计标高（见图4、6）。顶升过程中，采用经纬仪和水准仪进行密切监控柱体的垂直度和顶升高度。如果在顶升中，石柱出现位移要先停止顶升，采取措施将石柱调直效正后才能再顶升。顶升过程不能过快，最好控制在5L/S之内。
（图1）廊沿石与基础分离图 （图2）300硬木木枋挤压廊沿石分离图
（图3）石柱顶升施工（图4）石柱上升情况图读数为250L
（图5）拱券顶升施工 （ 图6）图7的读数为250L，本图
读数为130L上升了120L
6、分离缝填充
由于钢丝绳安装在廊沿石下，顶升完成后，廊沿石与柱下基础出现相等于顶升高度的空隙缝。所在必须对该基础进行加固，加固采用1：2.5水泥砂浆或C25细石混凝土进行填充。填充完成后7天才能进行下一个工序。
7、采用压力灌浆的施工方法对拱券裂缝进行处理
为了确保建筑物的安全，沿整个圆拱裂缝及拱壁安装灌浆咀，浆咀距离为500L，采用聚合物胶泥埋设灌浆咀及封闭裂缝，用超细微膨胀水泥灌浆料灌缝。超细微膨胀水泥水灰比控制在于0.45～0.50之间，注浆压强不超过2MPa。
8、搭设钢管脚手架支撑拱券系统
拱券墙体注浆完成7天后，管脚手架支撑拱券系统可以开始拆除，拆除过程由上而下，注意墙和基础变化。拆除完毕进行沉降观测，测出沉降值在于施工规范内可以回填基础土方。
9、结论及尚存在的问题
浅层地基基础单向静压注浆加固，优点：不用开挖土方，直接在地面上施工，施工方法简易；但注浆成型存在隐蔽性，不易控制成型的形状；所以在施工过程中必须监控注浆流量和压强。顶升采用传统工艺、传统施工方法、顶升平稳，容易撑握顶升尺寸，施工工艺给保护古建筑文物起到举足轻重的作用；但顶升施工只应用在顶升荷载比较小的建筑物。今次石柱顶升，由于廊屋面为钢筋混凝土结构，在顶升过程中，顶升尺寸逐渐不断增大，廊墙体边的横跨梁底出现裂蓬，裂蓬在1～2L之间，这是正常现象，对裂蓬注环氧树枝加固处理后，对结构使用不构成影响。
作者简介：凌盛 男，1980年出生，广东省佛山市人，研究方向为：主要从事房屋建筑、文物古建筑修缮施工管理
参考文献
［1］《地基处理技术规范》（广东省标准DBJ15-38-2005）
［2］《软土地基加固的理论设计与施工》（中国电力出版社 李彰编著）
［3］《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB50165-92
［4］《建筑地基基础设计规范》GB50003-2001
［5］《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
［6］《民用建筑修缮工程查勘与设计规程》JGJ117-98