关于历史建筑进行结构检测的几点建议
——以汉口保元里修缮工程为例

施浩

（武汉正华建筑设计有限公司，武汉 430014）

1 工程概况

保元里修缮工程属于汉口历史风貌区的首开工程，片区位于汉口中心地带，紧靠武汉美术馆，邻近江汉路步行街，交通区位十分优越，原房屋始建于1911 年，至今已有100 多年的历史，保元里因民国元年而得名，是典型的汉口近代里分建筑，因地制宜的弧线形平面布局较为独特，建筑为联排式单元组合，每个单元包含天井式平面布局与节奏强烈的立面和标志性的石库门、装饰精美的门楼，体现了中西合璧的形态，具有较高的艺术价值。保元里9 号曾作为武汉解放前夕中共地下党的指挥中心之一，在革命斗争年代发挥了关键作用。保元里片区为武汉市优秀历史保护建筑，保护革命史迹对于红色基因的传承极具历史意义。

该项目包含保元里和泰安里两个组成部分，共计56 栋建筑物，现状总体俯视图如图1 所示。项目占地实测面积11 260 m2，修缮前地上总建筑面积26 596.97 m2。该工程主要由2～3 层砖木结构组成，房屋承重墙体的材料为烧结普通砖，墙体厚度为240 mm，局部分隔墙采用木质隔断。楼面为木楼枕+实木地板，屋面为木屋架+陶瓦。基础形式为墙下条形砖基础。

图1 现状总体俯视图

2 工程地质勘察

历史保护建筑属于既有建筑，大多数属于超龄建筑、受损建筑或者增载建筑[1]，这类建筑物的修缮、加固改造前都要进行岩土工程勘察工作。历史保护建筑的岩土勘查工作有自己的特点。

1）历史建筑的修缮、改造都有建筑物活化利用的问题，包含建筑物增层、地上建筑的扩建、地下空间的扩展，甚至有建筑物的纠偏、顶升、平移等。所以，基础勘察应根据建筑物的改造内容而制订不同的要求和实施方案。

2）历史建筑大多是4 层以下民用建筑或者单层工业建筑，结构形式多为砌体结构或者砖木混合结构，少量框架结构。这些建筑物上部结构荷载较小，基础底面积小，埋深较浅。而且经过多年使用，建筑物地基趋于稳定，在修缮、改造过程中，基础使用荷载大多会增加，一般需要进行加固处理。

3）历史建筑基础加固前，地基都经过建筑物本身荷载长时间的压密作用，基础下土层在一定深度范围内，因受压而使孔隙水被部分挤出而产生固结，从而使土的含水量减小，孔隙比、压缩系数和压缩指数都有不同程度的降低，而土的重度、压缩模量、先期固结压力、抗剪强度等则有不同程度的提高，其中，力学性质指标较物理性质指标提高幅度大。在长期荷载作用下，地基土主要受力层范围内超固结比也会有所增大，从而提高了受力层范围土的承载力和降低了地基土的压缩性[2]。

4）既有建筑物岩土勘察的作业条件差，受既有建筑影响，原始地貌被破坏，且因改造加固建筑大多年代久远，建筑物下的地质资料一般都无从获得；勘探点一般布置在基础外侧，距基础外边缘有一定距离，只能根据基础外的地质情况推测基础下的持力层信息，针对性稍差[3]。

进行历史建筑的地质勘察前，应根据历史建筑物的结构特点、改造内容、改造后基础荷重等条件，有针对性地确定勘察目的、任务和要求。以下是汉口保元里修缮工程地质勘察的一些建议，笔者在该工程勘察过程中与勘察单位多次沟通，最后制订了可行、经济的勘察实施方案，供类似工程进行地勘时参考。

1）检测报告和岩土初勘报告显示，本工程建筑物多为2～3层砖木结构，基础为三合土+砖条形基础，埋深较浅，多数为0.6～0.8 m。场地内上层为素填土，主要由黏性土、中粗砂及碎石等组成，局部含较多砖渣、建筑垃圾等，硬物质含量约30%，堆填年限大于10 年，力学性质各向异性明显，建筑性能差。素填土埋深约0.9～1.9 m。岩土勘察报告在进行地基土建筑性能评价时，应充分考虑既有建筑物现状，不能仅按照新建项目要求基础施工前对素填土进行清障工作，要考虑到实际基础持力层为填土层，地基土承载力及压缩性指标应给出填土层的实验数据和综合建议值，方便结构设计时进行基础承载力和沉降计算。保元里地质勘察报告最终给出填土层地基承载力特征值的建议值fak=60 kPa，考虑使用时间的因素，笔者认为该取值偏低，设计时根据地基荷载试验结果对最后取值进行了修正。

2）场地内勘探点一般布置在基础外侧，距条形基础外边缘有一定距离，方便勘察施工。初步勘察阶段，根据改造建设的经验，历史建筑活化利用还处在论证阶段，项目存在地下工程开挖、地上扩建的可能性，基础形式还有选择桩基础的可能性，可以按照GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009 年版）表4.1.7 中二级（一般工程）[4]控制勘探孔深度。详细勘察阶段，建筑物改造内容、基础改造选型等已经确定，在满足设计要求的前提下，以经济节约的原则，控制性勘探孔深度应超过地基变形计算的深度，一般性勘探孔深度应大于主要受力层深度，并应符合下列规定。

第一，改造后采用天然地基，一般性勘探孔可钻入既有建筑物持力层的下一层的深度，且不应小于5 m。

第二，改造后采用复合地基和桩基础的，控制性勘探孔深度，桩端持力层为可压缩地层时，应深入桩端持力层下（5～8）d，d为桩径，且不应小于5 m；桩端持力层为一般岩质地基时，应深入嵌岩面以下（3～5）d，且不应小于5 m；一般性勘探孔深度，桩端持力层为可压缩地层时，应深入桩端持力层下（3～5）d，且不应小于3 m；桩端持力层为一般岩质地基时，应深入嵌岩面以下（1～3）d，且不应小于3 m。

第三，场地内扩建建筑物的新建基础，勘察要求参照GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009 年版）。

3）地基土在长期荷载作用后土的性状发生了显著变化，地基土产生了压密效应承载力有所增强。对于采用扩大基础加固的天然基础，可采用浅层平板载荷实验[5]确定地基承载力。浅层平板载荷实验应布置在基础底面标高处，试验点不宜少于3 点。根据经验，一般情况下会比地勘报告给定的综合推荐值高10%～30%。设计时，可根据基础压力大小、上部结构的整体情况、房屋使用时间和基础土体本身性质，综合判断确定地基承载力。保元里地基承载力根据浅层平板载荷实验结果，最终将持力层承载力修正为80 kPa，基础加固完工后，根据近1 年的沉降观测数据显示，效果良好。

4）对既有建筑物内部应布置物探工作，工程物探根据探测对象、物性差异及现场环境采用多种方法综合探测。可采用探地雷达法或面波法进行既有建筑物的基础埋深、形式、基础及基础周边的土体病害探测；采用地质雷达法、瑞雷波法进行地下坑室的探测。保元里靠近保华街的临街建筑，室内在改造施工过程中，才发现室内有贯穿整栋建筑物的地下廊道存在，不得已停止施工，重新进行检测工作，并修改基础加固设计。

3 砌体强度检测

3.1 间接法检测砌体强度

间接法是通过检测砌筑块体和砂浆的强度来计算砌体强度[6]。

3.1.1 块体强度检测

保元里修缮工程的砖块体都为烧结普通砖，检测单位通常采用回弹法检测烧结普通砖的抗压强度。根据JC/T 796—2013《回弹仪评定烧结普通砖强度等级方法》对检测的砖试样要求所抽样品外观质量要合格。图2 为改造前保元里大多数砌体墙体的现状。从图2 可以看出，该工程部分砖表面存在一定程度的侵蚀，笔者认为直接采用回弹法检测烧结普通砖的抗压强度结果失真，应根据GB/T 50344—2019《建筑结构检测技术标准》5.2.7 条要求：砌体工程砌筑块材的抗压强度可采用取样法对回弹法检测结果进行修正，故对块体还应取样送检。

图2 改造前砌体墙体现状

3.1.2 砂浆强度检测

在砌体结构中，需要检测砌体灰缝中砂浆的抗压强度时，可采用贯入法进行检测。大量的试验数据和工程检测表明，贯入法具有操作简单、检测快捷、检测结果精度高等优点而被广泛使用。

贯入法检测技术是通过测钉由砂浆表面贯入进行检测的，根据JGJ/T 136－2017《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程》规定：被检测的对象灰缝应饱满，否则将与建立测强曲线的砂浆在性能上存在差异，测量结果就不准确。根据GB/T 50344—2019 《建筑结构检测技术标准》5.4.7 条要求，当水平灰缝砂浆饱满度小于80%时，实测的砂浆强度参数应考虑相应的折减系数。

3.1.3 砌体强度的计算

根据检测结果，得到砖块体强度f1=5.0 MPa；得到砂浆的强度f2=1.0 MPa。

根据GB 50003—2011《砌体结构设计规范》[7]附录B 计算式：

式中，fm为砌体的强度平均值；f1为块体的强度等级值；f2为砂浆抗压强度平均值；k1为系数，可查表取值；a 为常数，烧结普通砖取0.5；k2为常数，当f2≥1 时，k2取值为1，当f2＜1 时，k2=0.6+0.4f2。

将已知条件代入式（1）计算，得到fm=1.87 MPa。

根据GB 55007—2021《砌体结构通用规范》[8]（以下简称《砌体通用规范》）第2.0.2 条规定：

式中，fk为砌体的强度标准值；δf为砌体强度的变异系数。

根据《砌体通用规范》2.0.3 条规定取δf=0.17；代入式（2）计算可得fk=1.35 MPa。

又有：

式中，f 为砌体强度，γf为砌体的材料性能分项系数。

根据《砌体通用规范》第2.0.4 条规定按照B 级取γf=1.6，所以，得到砌体强度f=1.35/1.6=0.84 MPa。

在进行电脑软件计算时，PKPM 和YJK 结构计算软件都能根据输入的块体抗压强度和砂浆抗压强度计算出砌体抗压强度。笔者进行了比较，两种软件关于砌体抗压强度的计算结果有些误差，发现PKPM 是按照规范规定的方法计算得到的，YJK 软件似乎是采用了插值原理计算出来的。

3.2 直接法检测砌体强度

直接法是在现场直接检测砌体的抗压和抗剪强度。

采用间接法检测时，砖块体强度的检测和砂浆强度的检测都受检测方法、自然条件等因素的影响，检测结果存在一定的误差。采用直接法检测砌体强度十分有必要，与之前的间接法结果相比较，方便设计人员科学地掌握砌体结构力学性能，便于进一步的计算分析。

砌体强度应优先采用现场原位检测方法，应按GB/T 50315—2011《砌体工程现场检测技术标准》 的规定执行。

采用直接法检测时，烧结普通砖砌体的抗压强度宜采用原位轴压法或扁顶法检测；烧结普通砖的抗剪强度宜采用原位双砖双剪法检测。相应的检测要求及数据分析，应按GB/T 50315—2011《砌体工程现场检测技术标准》 的规定执行。

保元里片区砌体原位检测后，得到的砌体标准抗压强度为fk=1.0 MPa，与间接法推算出来的值相比偏低。所以在实际计算时，砌体抗压强度可以按照直接检测的结果来取值。在软件计算时，YJK 提供了直接输入砌体强度的方法。

4 结语

历史保护建筑大多使用年限比较长，甚至有超过50 年使用年限的建筑存在。在既有建筑改造前，都会对既有建筑进行可靠性鉴定和必要的结构检测，本文从历史建筑改造设计的角度出发，就历史建筑改造前进行的地质勘察和检测，提出如下建议。

1）历史建筑的地质勘探孔布置在建筑房屋四周，孔的深度根据勘察阶段和改造后基础布置情况确定，综合考虑安全和经济因素。鉴于基础埋置较浅，有的以素填土作为持力层，地基土承载力及压缩性指标应给出素填土的实验数据和综合建议值。

2）地基土在长期荷载作用后土的性状发生了显著变化，地基土产生了压密效应承载力有所增强。对于采用扩大基础加固的天然基础，可采用浅层平板载荷实验确定地基承载力。

3）为查明建筑内部实际情况，对既有建筑物内部应布置物探工作。

4）砌体强度可采用直接法和间接法相结合的检测方法。直接法优先采用现场原位检测方法。间接法检测时，块体强度采用取样法对回弹法检测结果进行修正，砂浆强度可采用贯入法进行检测，根据灰缝饱满程度考虑强度折减系数，最后根据规范规定的公式推算出砌体抗压强度。