淺談人防工程地下防空洞的驗算

淺談人防工程地下防空洞的驗算

現(xiàn)在，在城市建設(shè)中，在舊城改造中，出現(xiàn)了越來越多的建筑下存在著防空洞的問題，需要注意。如果方法不正確，上部建筑將導(dǎo)致不均勻沉降、安裝缺陷和嚴(yán)重后果果。結(jié)合技術(shù)實踐經(jīng)驗，本文總結(jié)了以下處理方法：可以在設(shè)計階段修改舊建筑的方案，避免空孔，降低重量和高度。加固防空孔，使其繼續(xù)使用，并承受頂部建筑物的傳遞負荷。處理好周圍的土壤，形成防空孔和復(fù)合土形成的外部空間。改變建筑的基礎(chǔ)，避免空腔的處理方法簡單介紹。1發(fā)生現(xiàn)狀及分析由于防空洞一般年代久遠,很少有具體的圖紙可供參考,部分防空洞甚至已經(jīng)塌陷,因此必須首先了解現(xiàn)階段防空洞的具體情況.一般可通過具體勘測或到有關(guān)部門查閱資料,了解防空洞的結(jié)構(gòu)形式;上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的平面位置與防空洞平面位置的相對關(guān)系;防空洞的平、剖面圖等,為防空洞的承載能力驗算及基礎(chǔ)地基的后續(xù)處理提供依據(jù).具體勘測方法見文獻.2卸荷拱基礎(chǔ)及墻體進行防空洞驗算的基本理論是普氏卸荷拱理論,它由俄國學(xué)者羅托奇雅闊諾夫提出.根據(jù)該理論,洞室開挖后,當(dāng)覆土層厚度H≥(2～2.5)h1時,可在土層中形成卸荷拱,此時防空洞按深埋處理,且基底壓力P<Px,防空洞不需加固;當(dāng)H≤(2～2.5)h1時,上覆土體整體塌落,不能形成卸荷拱,防空洞按淺埋處理,被覆結(jié)構(gòu)不能承擔(dān)由建筑物傳來的垂直荷載,必須進行處理.防空洞橫截面尺寸見圖1.應(yīng)用普氏卸荷拱理論,可計算出防空洞的壓力拱高h1和卸荷拱承載力Px,最終確定防空洞的處理方法.防空洞的壓力拱高h1和卸荷拱承載力Px與毛洞跨度L0、高度h0,頂部土層的內(nèi)摩擦角φ及堅硬系數(shù)fi有關(guān),具體公式如下:h1=L02+h0tg(45?φ2)fi(2-1)卸荷拱的承載力Px:Px=1KRutg(45?φ2)(hx?h1)?2QxLx(2-2)式中各符號含義:Ru為土的抗壓極限強度,kPa,對土壤:Ru取3000fi,fi為巖(土)堅固性系數(shù),又稱普氏系數(shù),fi=tgφ,一般碎石土可取1.5,密實粘土取1,粉質(zhì)粘土、粉土及松散類土取0.6.K為安全系數(shù),對土壤K=1.0;Lx為卸荷拱的平均跨度,m,按下式計算:Lx=2?[L02+(h0+12hx)tg(45?φ2)](2-3)hx為形成卸荷拱的土層厚度,m;Qx為半個卸荷拱的自重,kN/m.γ為土壤的容重kN/m3.Qx=Lx2hxγ?23h1?[L02+(h0tg(45?φ2)]?γ(2-4)算例已知某擬建房屋的基礎(chǔ)及防空洞、上部覆土層的基本參數(shù)為:基底壓力160kPa;基底標(biāo)高為1m;毛洞尺寸L0×h0=1.5m×2.0m;土為密實粘土,容重γ=19kN/m3,摩擦角45°,洞底標(biāo)高6.5m,則有.hx=6.5-2.0-1=3.5m,fi=tgφ=1?h1=1.52+2.0tg(45°?45°2)1=1.58m判斷2.5h1=2.5×1.58=3.75m;2.0h1=2.0×1.58=3.16m,2.5h1>H=3.5>2.0h1,可以形成卸荷拱,按防空洞深埋處理,則有.Lx=2?[L02+(h0+12hx)tg(45?φ2)]=2×[1.52+(2.0+3.52)tg(45°?45°2)]=4.6mQx=Lx2hxγ?23h1?[L02+(h0tg(45?φ2)]?γ=4.623.5×19?231.58×[1.52+(2.0×tg(45°?45°2)]×19=121.36kNPx=1KRutg(45?φ2)(hx?h1)?2QxLx=113000×tg(45°?45°2)(3.5?1.58)?2×121.364.6=465.9kPa卸荷拱承載能力:Px>P,可以承受上部建筑基底壓力.3建筑埋置深度進行防空洞的承載能力驗算后,綜合考慮防空洞的埋置深度,建筑結(jié)構(gòu)形式及基礎(chǔ)形式、經(jīng)濟性等方面的因素,從結(jié)構(gòu)、防空洞、地基、基礎(chǔ)等方面,或采用幾種方法結(jié)合來進行處理.以下分別進行介紹:3.1封倉及頂撐加固法對于埋身較淺且已經(jīng)沒有利用價值,或已經(jīng)部分坍塌的防空洞,視情況可采用大開挖回填的方法.而對于那些有保留價值,現(xiàn)仍在使用或具有一定強度承載能力的,視其受荷情況及埋置深度不同可采用封倉加固法或頂撐加固法;或采用鉆孔注砂法、回水注砂充填法將建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以下防空洞段封填.3.1.1隧道整體結(jié)構(gòu)的加固適用情況:防空洞上部被覆結(jié)構(gòu)承受建筑基礎(chǔ)傳來的較大均勻荷載,而防空洞又不能形成卸荷拱時采用.加固原理:在地道或坑道式的防空洞中,均勻地加砌橫向的剛性墻,使洞頂?shù)牟糠趾奢d或全部荷載通過剛性橫墻傳到基底.特點:能提高施工速度,節(jié)省工程材料.設(shè)計內(nèi)容:加砌剛性橫墻的間距、墻厚、磚和砌筑砂漿標(biāo)號等.工程應(yīng)用:在大樓①軸(B軸—E軸間)基礎(chǔ)下方正中有平行于該軸的人防隧道,如圖2所示,上部結(jié)構(gòu)為6層磚混結(jié)構(gòu).經(jīng)現(xiàn)場勘測,基礎(chǔ)埋深為2.1m,地基持力層為粘土,承載力標(biāo)準(zhǔn)值取fk=150kPa,φ=45°,fi=1,隧道毛尺寸寬×高為1.5m×2m,頂部高程為:-4.45m,即其上部覆土厚度H為:2.35m,由公式(2-1)計算可得:h1=1.58m,H<2h1=2×1.58=3.16m,不能形成卸荷拱,隧道應(yīng)按淺埋處理,上部覆土不能承受荷載,需要進行處理.因隧道剛好位于基礎(chǔ)正下方,基礎(chǔ)傳來均布荷載,所以選用封倉法進行加固設(shè)計.橫墻采用24磚墻,計算橫墻間距:L≤0.75m(L的計算方法見文獻),可采用磚MU7.5,砂漿M5的砌體.大樓在修建時便對該隧道進行了處理,采用100#紅磚全面砌實,即為封倉處理法,使用至今可證明該方法效果明顯.但因當(dāng)時未經(jīng)具體計算,所以造成了浪費.3.1.2防空洞加固原理適用情況:防空洞洞頂承受上部被覆結(jié)構(gòu)及建筑基礎(chǔ)傳來的較大集中荷載,而防空洞又不能形成卸荷拱,同時要求防空洞要繼續(xù)使用時采用.加固原理:在集中荷載作用點加洞內(nèi)支柱或支墩,把集中荷載傳至洞底基礎(chǔ)上.3.1.3水位上的防空洞做法:采用機械或人工對防空洞進行開挖,挖至洞底,用素土或灰土夯實至地面.適用情況:防空洞無保留價值,未被覆蓋或被覆結(jié)構(gòu)較低(即埋深較淺,一般洞頂埋置深度為4.0～5.0m),且最好位于地下水位之上(當(dāng)位于地下水位以下時,還需進行降水處理,施工麻煩,工程量大).特點:能真實的呈現(xiàn)防空洞內(nèi)的具體情況,可信度高,便于采取具體措施;大開挖,大回填,工程量大,工期長,費用高;破壞原有被覆結(jié)構(gòu),在經(jīng)濟上造成浪費;對場地內(nèi)及周鄰的工程地質(zhì)有擾動的威脅;不利于文明施工,對環(huán)境干擾嚴(yán)重.工程應(yīng)用:某新建大樓,其下部③軸—⑥軸有東漢古墓祭室,○10軸—○11軸下部有西晉古墓,如圖3所示.埋深在2～4.5m之間,而基礎(chǔ)設(shè)計埋深為3.1m,古墓埋深淺,施工中對其進行大開挖至墓底,再使用素土夯實至基礎(chǔ)底面.一般情況下,遇到地下埋深較淺的古墓或防空洞等洞穴均可做類似處理.3.1.4分層夯實型適用條件:防空洞埋深較大,且最好位于地下水位以上,或位于靜止地下水下.施工方法:機械鉆進成孔,成孔后人工進行檢查,完成必要的修復(fù)或補漏作業(yè),注砂分層夯實至地面或采用注水壓實至建筑基礎(chǔ)底標(biāo)高處.優(yōu)點:(1)不破壞原土地及已有建筑物,節(jié)約施工成本;(2)不干擾(或少干擾)鄰近居民生活和工作環(huán)境,可實現(xiàn)文明施工;(3)技術(shù)可靠性高.缺點:(1)人工下孔檢查,需注意洞內(nèi)可能存在的淤積沼氣或其他有毒氣體,一般應(yīng)事先進行檢測;(2)當(dāng)位于地下水位以下時,通過降水措施保證施工,部分土質(zhì)較差(如含水率大,孔隙比較大的土層)可能產(chǎn)生坍塌的危險,應(yīng)事先探明土層情況,做好預(yù)防工作.3.2上部覆土承載能力差且不均勻有的防空洞本身具有一定的承載能力,且埋深較大,但其上部覆土承載能力差,且較不均勻;可考慮對地基進行處理,增大地基的強度,使地基與防空洞形成復(fù)合地基,共同承受上部建筑結(jié)構(gòu)傳來的荷載.具體方法有以下兩種:3.2.1抗空洞施工的土體特點原理:利用液壓、氣壓原理,通過注漿管輸漿液均勻地注入土層中,漿液以填充、滲透和擠密等方式,趕走土顆?；驇r石裂隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置,經(jīng)人工控制一段時間后,漿液將原來松散的土顆?；蛄严赌z結(jié)成一個整體,形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性好的“結(jié)石體”.適用情況:防空洞承載拱本身具有一定強度.防空洞周圍的土是砂土或填土(其承載能力提高得最多),其次是粘土,淤泥則不能采用.特點:(1)能有效加強承載拱的強度、剛度和整體性;(2)有效地填充承載拱、直墻與土拱由于施工原因留出的空隙;(3)使土拱與承載拱有效地結(jié)合在一起,共同工作,達到利用承載拱的目的;(4)鉆孔與土體形成復(fù)合地基,有效地加強了土拱周圍的強度;(5)投資少、見效快、工期短,結(jié)構(gòu)受力明確,規(guī)模小,加固深度淺,易于控制.3.2.2上分層開采,組成復(fù)合地基作用機理:一方面靠沉管的側(cè)向擠壓作用,使樁周土得到擠密,另一方面充填砂碎石形成密實的砂碎石樁體,并與周圍松散粘土組成復(fù)合地基,共同承受上部建筑基礎(chǔ)傳遞來的荷載.適用情況:防空洞埋深較大,上部覆土松散,強度低,承載能力不能到達設(shè)計要求,且經(jīng)驗算防空洞承載能力不夠時.特點:(1)能夠有效地提高土的強度,改善地基性能,提高地基承載力;(2)造價低廉,施工快捷;(3)一般遇地下防空洞或其他人防結(jié)構(gòu)時,配合鉆孔灌漿技術(shù)使用,對防空洞及地基的處理效果較好.3.3地下空間防空洞施工由于對防空洞的處理施工麻煩,費用較高,且部分防空洞或人防工程現(xiàn)在仍在使用中,因此可以在設(shè)計過程中就對基礎(chǔ)進行處理,使墻、柱基礎(chǔ)不要落在防空洞上.以下幾種方法在實踐中效果較好,可供參考.3.3.1外縱墻或墻體開墻基礎(chǔ)壓力傳播模式當(dāng)防空洞承載能力較低,且靠近新建建筑物,與外縱墻或山墻平行走向,埋深較小時,可將基礎(chǔ)埋深增大,使基礎(chǔ)壓力按壓力角擴散后不傳給防空洞.如圖4所示.3.3.2防空洞基礎(chǔ)強度不滿足承載要求的情況當(dāng)防空洞洞身施工質(zhì)量較好,但經(jīng)驗算其強度不滿足承載要求時,可通過增大基礎(chǔ)底面積、減小基底壓力,進而減少基礎(chǔ)在防空洞頂部產(chǎn)生的附加應(yīng)力.3.3.3受覆土重的梁適用情況:防空洞沿建筑物縱向或橫向穿越,只承受覆土重,不承受建筑物的重量,且防空洞埋深淺而地質(zhì)條件好時.做法:通過梁承受地面荷載,梁支撐在兩側(cè)的基礎(chǔ)支座上,如圖5所示.3.3.4灌注樁防空洞基礎(chǔ)施工適用情況:建筑物墻體或柱坐落在防空洞上,又不允許移位時.做法及機理:沿防空洞兩側(cè)做灌注樁,樁頂做基礎(chǔ)橫梁跨越,橫梁上再做柱或墻體,基礎(chǔ)梁承受上部結(jié)構(gòu)荷載,通過基礎(chǔ)橫梁將荷載傳給樁,也可在樁頂直接做樁基承臺,架空防空洞,使其不承受基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的荷載.如圖6所示.3.3.5上分層墻結(jié)構(gòu)方案當(dāng)防空洞的走向與壓在其上部的磚墻垂直或基本垂直,且至少磚墻有兩個開間墻長跨過防空洞時,可將房屋基礎(chǔ)圈梁局部增大.增大范圍從洞中心算起,每邊不小于5m,圈梁高度不小于0.5m,寬同墻厚,上下均配4Φ22～4Φ25主筋.對上部結(jié)構(gòu)的處理方案:除了以上幾種方法以外,在條件允許的情況下可以考慮不在有防空洞的土層上修建建筑,一定要建又不想對防空洞進行處理,則可以降低房屋高度或減輕重量,從總平面設(shè)計、柱網(wǎng)尺寸、結(jié)構(gòu)方案等幾個方面來進行調(diào)整,具體方案可參考中的介紹.4施工方案的確定工程設(shè)計與建設(shè)中遇到地下有防空洞時,一般會采用大開挖至洞底,再回填的方法進行處理,這種方法工程量大、工期長,且完全忽略防空洞及其上部被覆土體的承載能力,會造成很大的浪費.在實踐中,建議充分了解防空洞的承載能力,對洞體進行詳盡的勘測,結(jié)合防空洞的分布、規(guī)模、襯砌情況、地層地質(zhì)條件、以及上部結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式、環(huán)境規(guī)劃要求等因素,對多種可能的方案進行比較,找出經(jīng)濟合理,行之有效的方案來.除文中所列各種處理措施外,還應(yīng)根據(jù)具體情況進行施工方案的設(shè)計,并積極探求新的更經(jīng)濟有效的辦法.在實際的操作中應(yīng)當(dāng)在以下幾個方面引起重視