某早期坑道式人防工程结构安全性评估

2022-08-11李健全涂世云

山西建筑 2022年16期

李健全，涂世云，吕瑾

(1.浙江大合检测有限公司，浙江杭州 311122； 2.杭州艾弗森节能科技有限公司，浙江杭州 311100)

早期坑道式人防工程大多建于20世纪80年代以前，数量多，分布广，一般采用砖石砌体或混凝土砌块结构。这些早期人防工程若按现行的规范标准去判定，很多已经满足不了人防工程的要求。如有的缺少口部防护设施，有的没有完善的人员(物资)掩蔽生存环境，有的因地下水浸蚀、地质状况和外部环境的变化，结构已经受到不同程度的损坏，加上工程年久失修等原因，工程防护能力降低，安全隐患增多，部分工程已直接威胁到人民群众的生命财产安全。既有人防工程因年久失修威胁民众生命安全和造成经济损失的案例屡见不鲜，如2020年浙大玉泉校区旁路面坍塌、2018年临潼一人防工程坍塌造成2辆汽车损坏，2016年郑州一防空洞塌陷、2012年温州一人防工程坍塌等。因此，早期坑道式人防工程结构安全性的评估是一个迫切需要探讨和解决的问题。

本文通过对某早期坑道式人防工程的结构形式、口部和主体结构现状调查，并采用结构混凝土强度检测，侧墙位移收敛情况检测、墙体厚度检测、振动监测以及探地雷达等技术手段，对其结构安全性进行了综合分析和评估，得到了其结构安全性评估结论。

1 工程概况

该早期坑道式人防工程修筑于20世纪70年代，目前处于闲置中。该工程主通道长度约310 m，备用通道长度约378 m，总面积约2 273 m2，其中主通道及所属房间面积约1 152 m2，备用通道及所属房间面积约1 121 m2。

为方便制定后续使用和维护计划，对其内部结构和口部边坡安全进行了调查和检测，并对其结构安全性进行了评估。坑道平面示意图见图1。

2 工程环境调查

该早期人防工程位于某山体内，山形完整，主山脊线呈东西方向延伸，南北方向上脊和山谷交错横生。山体东侧坡度较缓，有较厚土层，山体南侧和西侧坡度较大，土层脊薄，有部分裸露岩石。该山体森林植被茂密，生长状况良好，其现状为休闲公园。局部山体状况如图2所示。

3 结构形式调查

该工程采用暗挖方法构筑的坑道式人防工程，通道衬砌为混凝土直墙拱顶结构(见图3)，主通道及备用通道拱顶表面为喷浆毛面，主通道水池上方及备用通道转角处为裸露岩体、无衬砌(见图4)。通过观察隧道衬砌断面(备用通道转角处、备用通道四号耳室附近勘探洞口处)可初步判断隧道施工过程中，局部衬砌与基岩面间先使用石块堆砌填充，之后再支模使用混凝土浇筑，主体结构属于混凝土被覆结构形式。

4 口部现状调查

经现场调查发现：1)口部结构上方为自然土坡，坡面树木无明显倾斜，未发现土体存在滑动现象，口部边坡较为稳定。2)口部砌筑砖墙风化严重，砌筑砂浆流失。3)该工程主通道出口处存在沿拱顶裂缝，长度约为12 m，最大裂缝宽度为2.8 mm。4)主通道出口处侧墙存在拼接裂缝，局部存在渗水现象，地面无积水。5)支洞出口处存在沿拱顶裂缝，长度约为8 m，最大裂缝宽度为0.76 mm。6)支洞出口处侧墙存在拼接裂缝(见图5)。

5 主体结构现状调查

经现场调查发现：1)该工程主体结构混凝土表面基本完好，未发现明显蜂窝、孔洞及裂缝情况。主体通道拱顶未发现明显下挠，侧壁未发现明显变形，地面未发现隆起等情况。2)该工程主体结构未发现明显渗漏水现象，地面未发现积水。3)该工程人防门钢筋锈蚀严重，混凝土爆裂，人防门已不能正常开闭，且主通道出口第一道人防门已拆除。4)经过现场踏勘，结合主通道水池上方及备用通道转角两处出露岩层综合分析，两处出露岩层岩性及产状无较大差异(见图6)。

a.地层：地层具有明显分层界线，为典型沉积地层。地层层面接近水平。岩体中的破碎面及裂纹较多，节理裂隙较发育，岩石表面湿润，局部有滴水现象，地下水较发育。

b.岩性：出露岩石风化面呈红褐色，断口新鲜面呈灰白色，岩石质地坚硬，为灰白色硅质石英砂岩。

6 结构现场检测

1)侧墙混凝土抗压强度抽检(见图7)。

根据现场检测条件，按照JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程现场抽取混凝土构件部位采用回弹法检测混凝土抗压强度，该工程修筑于20世纪70年代，考虑混凝土强度回弹值龄期修正，依据相关规范对超过1 000 d的混凝土强度进行修正，修正系数为0.87，检测结果为12.0 MPa～17.0 MPa之间。

2)侧墙收敛值检测。

为了解工程的侧墙的位移情况，分别于2021年3月2日及2021年3月26日对侧墙相对位移进行测量，收敛值检测结果为0.01 mm～0.05 mm之间。测定结果见表1。侧墙收敛值现场检测见图8。

表1 侧墙收敛值测试结果

3)混凝土墙体厚度值检测。

为了解该工程的混凝土墙体的厚度情况，采用钢卷尺对混凝土墙体的厚度进行测量，测定结果基本为240 mm～600 mm之间。

4)动力测试。

现场采用941B型超低频拾振器对该工程进行振动测试。根据检测结果及分析，该工程在外界环境影响下，主振频率为0.3 Hz，最大振动速度为4.402×10-4mm/s，根据GB 50292—2015民用建筑可靠性鉴定标准中附录M.0.3条，该建筑结构的振动作用小于结构振动速度安全限值，具体检测结果详见表2。

表2 测点动测成果

5)探地雷达检测。

采用探地雷达对该早期坑道式人防工程侧墙与仰拱衬砌厚度及背后密实度进行检测。

本次检测共布置6条测线，各测线概况如下：

测线1：备用通道右侧墙(不包含所属房间)，检测里程366.2 m。测线2：备用通道左侧墙(不包含所属房间)，检测里程363.4 m。测线3：主通道右侧墙(不包含所属房间)，检测里程269.7 m。测线4：主通道左侧墙(不包含所属房间)，检测里程281.5 m。测线5：主通道仰拱，检测里程304.0 m。测线6：备用通道仰拱，检测里程370.0 m。

检测里程共计1 954.8 m，因本工程隧道拱顶表面为喷射混凝土，雷达天线无法密贴表面，故未做检测。

现场检测采用LTD-2100探地雷达(如图9所示)(M/166060436)和GC400MHz，GC900MHz天线进行。(侧墙检测采用GC900MHz天线、仰拱检测采用GC400MHz天线)探地雷达由一体化主机、天线及相关配件组成。其基本原理是通过发射天线、接收天线以及主机共同工作。采集样点时，首先由控制单元分别给发射器和接受器发出一个控制信号，发射器接收到该信号后，通过发射天线(T)向墙上某一测点发射一定主频的电磁脉冲波，电磁脉冲波在各种介质的传播过程中，遇到不同介质的物性分界面(电阻率、介电常数的差异分界面)时，发生波的反射，反射波由接收天线(R)接收，通过控制单元和计算机接收经光缆由接收天线传送的反射波信号，并在计算机中存储每一个测点上波形序列的振幅及波的双程走时(Δt)，根据电磁波在介质中的传播速度及波的双程走时，采用公式S=V×Δt/2，求出反射面的深度。沿所布置的测线移动天线，控制单元即可采集到一条测线上的所有测点相应的波形序列，形成一整条测线的雷达剖面记录，通过对雷达剖面记录的分析与计算，即可得到隧道衬砌背后的回填质量情况。LTD探地雷达探测隧道时的工作原理见图10。

现场检测采用中国电波传播研究所研制的LTD-2100型探地雷达，所用天线为地面耦合式一体化天线。雷达检测时，发射和接收天线与检测目标体表面密贴，沿测线滑动，由雷达主机高速发射雷达脉冲，进行快速连续采集。雷达每秒发射64个脉冲，每米测线约有测点100个。

探地雷达主要判定特征如下：

a.密实：界面信号幅值较弱，波形均匀，甚至没有界面反射信号。

b.不密实：界面反射信号强，信号为强反射信号，同相轴不连续，错断，一般区域化分布。

c.空洞：界面反射信号强，呈典型的孤立体相位特征，通常为规整或不规整的双曲线波形特征，三振相明显。

将本次检测的主通道及备用通道侧墙及仰拱雷达扫描原始图像进行增益恢复及各项数据处理后，结合现场情况及雷达图像的分析，判断隧道施工过程中，局部衬砌与基岩面间先使用石块堆砌填充，之后再支模使用混凝土浇筑。结合雷达图像反映局部边墙后部存在的高频信号反射波，推测主、备用通道侧墙衬砌背后均有局部存在因石块堆砌填充导致的不密实及空洞。测线位置示意图见图11。