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

（山西省建筑科學研究院檢測中心有限公司）

上世紀60 年代，在“備戰、備荒、為人民”的口號之下，中國各大中城市普遍開展了群眾性的“深挖洞”活動[1]。全國挖洞的總長度應該超過了萬里長城，挖掘土石方體積超過長城的土石方總量。華北地區老舊城區地下普遍存在上世紀修建的防空洞，隨著改革開放城市大規模更新，部分防空洞已經回填處理或挖除，但有些防空洞鑒于戰備考慮就在其上新建了房屋，隨著地下土質和水位情況的變化加之防空洞自身的年久失修，對上部建筑產生了一定的影響，其中影響較大的會造成上部建筑傾斜開裂，甚至成為危房[2]。對于這種狀況，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行討論，供大家技術交流。

1 地下防空洞類型及損害形式

1.1類型

地下防空洞結構形式為拱形，基本上所有的防空洞都在地下水位以上，掏土而成，隨著土質情況和造價的不同，內部可采用磚券拱身或澆筑鋼筋混凝土拱身。從現存保留安全的防空洞統計來看，多數是采用磚券的，加固的防空洞多采用鋼筋混凝土拱身支撐，個別土質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構和拱壁開裂，上部荷載作用對自身條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地表關聯破壞：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，對上部建筑引起不均勻沉降，導致建筑開裂變形。

2 加固方法及對比

2.1工程概況

某辦公樓建于上世紀八十年代，為砌體結構，基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，地基處理采用三七灰土換填500 厚。原設計為地上四層，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、外墻與內墻交接處均設構造柱，每層均設置圈梁。端部開間及樓梯間樓、屋面采用現澆混凝土，其余均采用預制空心板。2017 年該建筑墻體出現不同程度裂縫損傷，隨后委托第三方鑒定機構對該建筑進行檢測鑒定。鑒定結論如下:該結構裂縫損傷的產生是由于場地內人防工程嚴重積水對地基土體充分浸濕造成地基不均勻沉降和防空洞結構整體變形所致。該建筑所處場地目前穩定水位已至人防工程洞頂，長期大量積水及季節性水位交替變化的反復作用對周圍土體和結構存在很大安全隱患。

2.2加固前資料收集

2.2.1勘察結果

勘察結果見表1。

2.2.2物探結果

勘探深度范圍內基本為粉土，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，且防空洞內已充滿水，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

該建筑下部防空洞長期泡水，導致拱壁損壞，局部出現塌陷，考慮到防空洞現狀處于臨界狀態，若采用常規手段抽干積水，再進行人工灌填混凝土的方式，在抽干積水的同時必然導致拱壁內外壓力不平衡，造成防空洞失穩，甚至會造成上部建筑局部的突然變形；況且由于防空洞所處的位置也是地下水位的高度，一味的抽水降水會造成整個區域的地下水位下降，進而引發土體變形。綜上所述，本項目不能采用常規思路解決防空洞的回填問題。

2.3.2加固思路

⑴樓座范圍內的防空洞回填。由于無法進行抽水后回填，本方案借鑒“烏鴉喝水”的例子，在防空洞對應地面位置開洞，孔徑不小于200mm，孔距不小于2m，用粗骨料從孔洞處灌入，同時下入注漿管，在灌入粗骨料的同時監測孔洞內水位變化，可采用抽水機配合使用，確保水位在灌注過程中變化幅度不超過1m。這樣待相鄰三個孔洞位置灌滿后，采用壓力注漿填充三個孔洞里面的中間那個孔洞，依次類推，使防空洞填實并排擠出地下水，也最大限度的減少拱壁的內外壓力變化。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，逐步把影響區內的防空洞積水排出并回灌填實。

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建筑造成的二次損壞，應在回填灌注之前，對建筑的地基土采用樁基加固。常規托換思路對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，且由于在室內施工，受層高限制，很多成樁機械無法進入，故選用機械成孔旋噴樁。在貫穿筏板基礎時可采用水鉆成孔，到原筏板底再開始旋噴成樁，大大減少對舊有基礎的破壞，樁身避開防空洞，樁底進入穩定持力層，樁頂做至筏板基礎底。樁徑600mm，樁長18m，持力層為第三層粗砂層，在墻體兩側基底下機械成孔布置。依據《建筑地基處理技術規程》JGJ 79-2012 中關于旋噴樁的單樁承載力計算得單樁承載力Ra=635 kPa；估算建筑總質量為56000kN，如果全部質量讓樁體承擔，需要88 根樁，考慮到工況折減和加固效果，經過樁位詳細布置，整樓約96 根樁，滿足計算要求。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→樓內防空洞回填→沉降觀測不少于1 個月→上部結構加固→內部裝修。

3 結語

隨著大規模拆除新建城市的結束，老舊房屋的加固處理將成為房建人員新的工作方向，本文主要針對場地下部存在防空洞的建筑，既無法拆除房屋，也不能代價過大的加固處理，給出一種經濟可靠的加固思路供技術人員討論，通過這種加固思路，可以達到針對性強、增荷最小、擾動最小的加固目標，使建筑延長使用壽命，達到安全目標和經濟目標。