地震遗址加固方法的探讨

孔德刚， 赵成江， 程晓伟， 张小兵

（中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

0 前言

2008年5月12日四川省汶川发生了8.0级特大地震，2010年4月14日，青海省玉树发生了7.1级大地震。这两次地震的强大破坏力将许多县城夷为平地，人员伤亡惨重，财产损失巨大。在汶川地震中，在地震和由地震引起山体滑坡的双重冲击下，致使北川县城在此次地震灾害中80%以上的房屋被损毁，100%的建筑成为危房。在玉树地震中，1.5万户居民房屋倒塌，有10万户灾民需要转移安置。为纪念这特定的历史事件，受地震破坏的建筑物和文物建筑遗址凭借着其独特的稀缺性和复杂性，被定位为地震遗址加以保护。但由于建筑地震遗址的结构多数情况下遭到了严重的破坏，故必须首先对其进行抢险加固以尽可能的延长地震遗址的保存时间。本文以北川老县城K06商住楼和玉树县格萨尔宾馆为例，探讨地震遗址的加固方法，以供大家处理类似工程参考。

1 地震遗址加固设计的原则

充分考虑震损建筑遗址的结构特点，并借鉴文物保护的理念和原则，地震遗址加固方案设计应遵循以下原则。

（1）最小干预原则

地震遗存的建筑物和构筑物受到结构破坏，其自身具有不稳定性，在受外力的影响下存在部分或整体坍塌的可能性。同时地震遗存建筑物和构筑物将作为文物一直保存，借鉴文物保护的理念和原则，对地震遗存的建筑物和构筑物从事各项保护、整治和再利用工作，遵循最小干预原则，尽量减少对遗存本体造成负面影响。

（2）原真性原则

为最大程度地展示地震遗存，震损房屋防护性加固措施应尽量进行隐蔽，从外形的整体和局部上不破坏地震遗址原有的风貌和形象特征。防护的材料和构筑物不得改变或损伤被防护的原材料和原结构。

（3）可逆性原则和可视别原则

结构加固后地震遗存本体清晰，包括加固措施在内的任何新增措施是可逆的。新增措施与地震遗存本体是有明确分离的两个系统，可以方便地修改和撤除，而不影响遗存本体的原真性。

（4）动态监测

对可能发生变形、开裂、位移和损坏部位，设置监测点，安排专人每天进行观测记录。通过动态监测，确切掌握在施工进行阶段和施工完成后建筑物的变形变化情况，确保建筑物和施工人员在施工进行阶段的安全，评价建筑物加固施工的效果。

（5）动态设计和信息化施工

由于震损建筑已经破坏很严重，在设计阶段，建筑物内很多区域不能进入调查和测量，对建筑物的破损情况没有办法充分了解。在施工进行阶段，随着认识水平的提高并根据监测资料反馈的信息，可以对设计进行调整和优化，以逐步完善并有效地做好保护工作。

（6）整体以抗倒塌能力补强加固为主，局部以受损结构构件修复加固为辅

加固的方法可以总结为两大类：受损结构构件修复加固、结构抗倒塌能力补强加固。地震遗址加固工程中应首先以结构抗倒塌能力补强加固为主，以受损结构构件修复加固补强为辅，针对结构破坏的特殊情况制定设计方案。

2 地震遗址的现状调查

2.1 北川老县城K06商住楼

K06商住楼位于北川老县城遇难者公墓南侧，景家山滑坡前缘。该楼为框架-砖混结构，共六层。其中底部两层为框架结构，上部四层为砖混结构。受汶川特大地震影响，该楼目前整体破损严重，加之受景家山滑坡的冲击，K06商住楼整体结构岌岌可危，有倾覆倒塌的危险。一楼钢筋混凝土柱体向南西严重倾斜，最大倾斜量达15°之多。柱体上下节点处受压（或受拉）严重，混凝土大面积开裂脱落，内部钢筋外露，局部钢筋发生颈缩断裂现象。由于楼体二层上下结构形式不同，造成一、二层框架结构和三层以上砖混结构在地震力作用下，其受力状态和变形有差异性，因此三楼墙体破裂严重，多处墙体表现为受压形成的宽大“X”破裂面，并伴随受剪错位。地震引发的景家山滑坡对楼房造成巨大冲击力，挤压建筑后侧挡墙，并推动楼体发生逆时针转动，使楼体下部（1、2层）框架柱及墙体发生明显扭曲。靠山侧（东侧）柱体呈弯曲状，个别直接折断。楼体一层地表大面积隆起，最大隆起高度达50 cm（图1、图2）。

图1 北川老县城K06商住楼震后全景Fig.1 Damage of K06 building in Beichuan old county town after the Wenchuan great earthquake.

2.2 玉树县城格萨尔宾馆

格萨尔宾馆是一藏族风格的三层砖混结构的建筑。受到地震力的强烈冲击作用，第二层前墙柱子完全破坏，致使上层塌落于底层之上，向前错出约1 m有余;后墙虽然多处开裂、甚至局部被压溃，但仍然保持直立；上层前、后墙立柱多有断裂，甚至个别立柱发生倒塌，损坏严重，并且整体向前（北）倾斜并错出，随时都有倒塌的可能；下层基本完好，除了墙体及立柱局部开裂之外，并无太大的损伤。第二层与第三层东侧山墙局部倒塌，角柱断裂，破坏严重，但仍然起支撑作用，层间轮廓分明。宾馆西侧新建建筑尚未竣工，整体性极差，已完全倒塌。宾馆内部原用的纵横墙许多已完全倒塌。第三层部分楼板受挤压隆起破坏（图3、图4）。

3 主要加固措施

3.1 北川老县城K06商住楼

通过对K06商住楼目前的破坏状况，震损成因及稳定性的调查分析推断，大楼整体已处于极限平衡状态，虽然没有整体倒塌，但已丧失其使用功能。由于K06商住楼作为典型地震破坏类型的建筑具有保存加固的价值，为展示地震遗址区场景，减少自然外力对其继续的侵害，根据该楼的变形方向、破坏程度和破坏部位，结合文物保护的理念制定如下加固措施。

3.1.1 型钢支撑加固

图2 K06商住楼的破坏局部Fig.2 Some particial damages of the K06 building in the earthquake.

图3 玉树县城格萨尔宾馆震后全景Fig.3 Damage of Gesar Hotel in Yushu county town after the Yushu earthquake.

鉴于目前楼体一层柱体多倾斜破坏，近乎丧失其原有的承重能力，故在楼体一层设置一定数量的支撑柱，以保障楼体长期稳定性，根据此次加固维修的可逆性、可识别原则，支撑柱采用型钢，并与楼体环境协调。支撑柱底部设置混凝土基础，保证支撑柱地基的稳定。

3.1.2 锚拉板墙加固楼体的破坏变形不仅仅是地震作用的结果，景家山滑坡体对其持续作用亦是楼体破坏变形的重要因素之一。故在楼体一层靠山侧设置预应力锚索锚拉，以削弱滑坡对楼体的作用，锚索呈梅花状布置，横向间距2.0 m，竖向间距1.0 m，采用5束低松弛无粘结钢绞线制作而成，并设置一定数量的传感器，随时监测其受力变化情况。

图4 格萨尔宾馆的破坏局部Fig.4 Some partical damages of Gesar Hotel in the earthquake.

3.1.3 裂缝补强加固

地震致使楼体一楼立柱和梁、二楼立柱和梁和三楼以上墙体出现裂缝，密集宽大的裂缝严重影响楼体的整体结构稳定性，因此需要对墙、板、梁、柱等裂缝进行注浆加固。对混凝土梁、柱裂缝用透明的低粘度改性环氧树脂灌缝胶压力注浆加固，这样即可以对裂缝进行加固，又可最大限度的保留地震后混凝土或钢筋等的破坏遗迹，满足原真性原则。对大于10 mm的砌体裂缝用改性丙烯酸酸脂乳液水泥砂浆注浆加固，对小于10 mm的砌体裂缝用改性丙烯酸酸脂乳液纯水泥浆注浆加固。

改性聚丙烯酸脂乳液水泥浆粘度低，渗透力极强，粘接强度高，韧性及抗冲击性好，抗老化性及耐介质(酸、碱及水等)性好。他和混凝土的颜色一致，不影响建筑遗址外貌，同时起到很好加固作用。

3.1.4 地基注浆加固

由于一层中部地面出现隆起，最大隆起高度达50 cm，这严重破坏了立柱的基础，对建筑物的稳定造成很大的影响。因此对地面隆起部位采用水泥砂浆注浆加固地基基础。

3.2 玉树县城格萨尔宾馆

格萨尔宾馆由于地震破坏，二层整体垮塌，大部分三层落于一层之上，墙柱多处断裂、破损、倒塌，已失去结构的整体性。一层基本完好，仅局部出现细微的拉张裂缝，地基的承载作用及地基与上部楼体的连接基本完好。结合文物保护的理念制定如下加固措施:

3.2.1 室外钢管防倾覆支撑加固

由于第三层大部分塌落于第一层楼体上，第三层楼体整体墙、板、构造柱等结构也已失去承重作用，原楼体已失去结构的整体性，并且有向前倾斜倒塌的趋势。为保证上部结构不发生倾覆破坏，在三层圈梁和构造柱节点设置各自独立的钢管斜支撑柱六根。为保证支撑住基础的稳定，支撑住下部设置钢管桩，钢管桩埋深超过冻结深度2 m。

3.2.2 室内整体结构支撑加固

宾馆二层大部分已压垮，窗间墙、过梁、预制板等破坏脱落情况非常严重，室内空间甚至已整体扭曲变形。为保证上部结构不再继续下错，对楼房第二层、第三层垮塌严重的部位增设构造柱。构造柱根据现场实际情况选择钢管或混凝土结构。

3.2.3 裂缝补强加固

宾馆墙体和梁、柱裂缝分布非常密集，为保证其能继续发挥作用。对混凝土梁、柱裂缝用透明的低粘度改性环氧树脂灌缝胶压力注浆加固；对大于10 mm的砌体裂缝用改性丙烯酸酸脂乳液水泥砂浆注浆加固；对小于10 mm的砌体裂缝用改性丙烯酸酸脂乳液纯水泥浆注浆加固。

3.2.4 二层顶圈梁加固

在地震力的作用下，原二层前侧墙完全压溃，塌落于一层之上，整体上前低后高，向前倾斜；东侧墙体处两角柱虽然已经断裂破坏，但尚未倒塌，仍然起支撑作用，如此致使原二层前侧与东侧顶部圈梁发生翘曲变形。为增强东侧墙体二层顶部圈梁的整体性，采用化学螺栓连接槽钢加固，将原圈梁连接为一整体。

3.2.5 内部纵横梁粘贴碳纤维加固

在增强房屋内部完好纵横梁的承载力，在纵横梁底部粘贴碳纤维布进行加固。由于纵横梁跨度普遍较大，故采用碳纤维布得粘贴层数为二层粘贴。

4 结论和建议

地震遗址的保护无论是对于探索地震破坏规律还是纪念遇难者、警示后人，以及提高公众的防灾减灾意识都具有重要的现实和历史意义。

(1) 由于地震遗址多数情况下破坏严重，无法进入建筑物内部仔细进行调查，故在施工进行阶段，设计人员要根据现场实际调查和认识的深入不断对加固设计进行调整和优化，以逐步完善并有效地做好保护工作。

(2) 在地震遗址加固工程施工期间和施工完成后，对建筑物可能发生变形、开裂、位移和损坏部位，应设置监测点，安排专人进行观测记录。通过动态监测，确切掌握在施工进行阶段和施工完成后建筑物的变形变化情况，确保建筑物和施工人员在施工进行阶段的安全，评价施工完成后的效果。

(3) 由于地震遗址的特殊性和复杂性，在任何加固工程施工前，技术人员必须对施工现场仔细调查评估，保证施工过程不会对建筑物的安全和稳定造成进一步的影响，保证施工人员的安全。

(4) 地震遗址加固施工前，应根据建筑物破坏情况合理安排工序。应先安排施工防止建筑物倒塌的工程措施，后施工对建筑物结构补强加固的工程措施。

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