历史建筑中砌体结构的加固方法主要有钢筋网-砂浆加固、外贴钢条带及体外预应力等方法，上述方法虽然有效但是实施难度大，需要改变建筑物外立面，影响历史景观的风貌。近年来，无损加固技术在建筑工程领域应用越来越广泛，但在历史建筑加固修复领域应用较少。本文以历史建筑中砌体结构为对象，利用高分子浆液材料，采用“浸渗法”，将高分子浆液浸入存在开裂、疏松等部位砌块灰缝中，待浆液固结后可起到裂缝填充、固结灰浆、增强黏结力、修缮内部缺陷、提高灰浆密实性等作用，为历史建筑中的砌体结构无损加固提供技术参考。

　　1 试件制作与浸渗法加固

　　1.1 试验材料及试件制作方案

　　本次试验所采用的砌块为20世纪50年代建筑物上拆除的青砖，砌块尺寸为240mm×115mm×53mm;灰浆采用历史建筑中常用的糯米灰浆，灰土体积比为5∶5;高分子浆液选用改性环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯，试件制作过程如图1所示。

　　2种规格墙体尺寸(厚×高×长)分别为240mm×1 200mm×1 800mm和370mm×1 200mm×1 800mm，试件上端设置钢筋混凝土顶梁，下端设置钢筋混凝土基座，每种规格各3片，共6片，如图2所示，试件编号如表1所示。

　　图1 试件制作过程   

　　图2 试件设计   

　　表1 墙体拟静力试验试件编号 

　　表1 墙体拟静力试验试件编号

　　1.2 砌体结构无损加固

　　试件砌筑完毕后养护28d，采用具有高流动性、高渗透性改性环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯对历史建筑砌体试件进行无损加固施工。

　　1.2.1 浸渗孔设置

　　在试件的一侧或两侧设置浸渗口，浸渗口主要设置在灰缝处。根据砌体组砌方式、砌块大小、灰浆强度等因素确定浸渗口间距，以100～200mm为宜，呈梅花状布孔。施工前应在灰缝处设置注浆孔，注浆孔采用手钻、普通钢钻头进行钻孔作业，本次试验选取钻头直径为4mm，钻头长度根据墙体厚度选定，试件使用钻头有效长度为200,350mm，实际工程中可根据具体情况选择合适的钻头。

　　1.2.2 浸渗装置

　　浸渗装置主要由注浆器、基座及滴管3部分组成。滴管可采用钢管、PVC管或亚克力空心管材，可根据现场实际情况选取。本试验选用PVC滴管，外径2.5mm，内径1.5mm，滴管长度根据试验墙体厚度进行现场加工。使用前沿滴管长度方向钻取滴渗孔，孔径为1～2mm，孔距为10～30mm，采用台钻进行钻孔作业，如图3所示。

　　图3 浸渗装置制作  

　　1.2.3 浸渗施工方法

　　采用注浆器缓慢将性能增强材料浆液注入滴管中或使其在自重下渗入浸渗孔之中，待浸渗孔溢出浆液，无法浸入后停止。施工顺序为由下向上、由两侧向中部进行。

　　1.2.4 封堵处理

　　待最后一次灌注加固完毕后，立刻采用黏土与加固材料混合向孔内填充，凝固后可与原灰浆固结为一体，采用细钢棒进行压实处理，每次填充深度约为50mm。无损加固过程如图4所示。

　　图4 浸渗法无损加固施工过程  

　　“浸渗法”设备结构简单，施工工序简易，可操作性强，将完成无损加固施工的墙体试件进行养护，以备试验使用。

　　2 砌体结构无损加固试验

　　2.1 加载装置及测点布置

　　试验采用拟静力法，对墙体试件施加水平低周反复荷载，顶部竖向荷载采用反力钢架通过液压千斤顶均匀施加，电液伺服作动器对墙体施加水平循环荷载。电液伺服作动器一端设置在反力墙上，另一端设置在墙体试件短边顶部。为阻止墙体试件受往复水平力后产生扭转或侧向位移，在墙体试件混凝土底座两侧设置型钢压梁，采用地槽锚固螺栓进行固定。试验装置如图5所示。

　　图5 试验装置   

　　试验测点布置如图6所示，共设置7个测点，分别为墙体最顶部测点1，测试墙体位移;顶梁端部中间位置测点2，测梁顶部水平位移值;同侧地梁端部布置水平方向位移测点3，测点2和测点3差值为实际墙顶水平位移值;地梁两侧的竖向位移测点6,7，可观测墙体的转动;墙体试件沿45°对角线方向各布置1个测点，分别为测点4,5，测量试件的剪切变形。

　　图6 测点布置  

　　2.2 试验过程及破坏形态

　　本次试验采用作用力与位移综合控制法，加载根据JGJ/T 101—2015《建筑抗震试验规程》相关规定要求进行。第1阶段为墙片顶部竖向荷载预加载阶段，第2阶段为正式加载阶段，加载后在试件开裂前，按预估极限荷载值的10%作为分级加载量值进行加载，加载过程中对墙体试件开裂情况进行详细观察，待墙体出现开裂后，转为位移控制进行加载，直至试件破坏。

　　试验结果如表2所示，破坏形态如图7所示。由试验结果可以看出，各试件的破坏主裂缝呈X形，灰缝呈剪切型阶梯状破坏。虽然W12和W13裂缝开展较大，但是屈服荷载、峰值荷载和极限位移均大于W11，相同荷载条件下，W12和W13的裂缝宽度、承载能力及变形能力均优于未加固墙体W11，且W12性能优于W13;W3组试件中W32的裂缝较多，除X形斜向主裂缝外还有斜向非连续小裂缝，墙体裂缝开展充分，材料可充分利用，W32试件的耗能能力较好。

　　表2 试验结果  

　　表2 试验结果

　　图7 试验墙体破坏形态   

　　3 试验结果分析

　　3.1 滞回曲线

　　通过墙体结构的低周往复荷载试验可以得到荷载-位移滞回曲线，反映结构或构件在反复荷载作用下的变形特征、刚度退化及能量消耗等特点，如图8所示。

　　由图8可以看出，接近破坏荷载时，未加固墙体试件与无损加固墙体试件水平方向承载力均迅速降低，并呈脆性特征，但无损加固墙体试件在达到极限荷载后能承担更多的循环加载。墙体试件W11,W31滞回围域较小，墙体试件施荷过程中荷载较小、耗能能力较低;采用改性环氧树脂修复试件W12,W32滞回曲线较未加固墙体试件更为饱满，包围面积更大，试件破坏耗能更多;采用甲基丙烯酸甲酯修复试件W13,W33滞回曲线较为饱满，饱满程度介于基材墙体试件与改性环氧树脂修复墙体试件之间。因此，采用改性环氧树脂无损加固的墙体耗能能力最好。

　　图8 墙体滞回曲线  

　　3.2 骨架曲线

　　试验骨架曲线如图9所示。比较不同厚度的未加固和无损加固墙体试件，在加载初期墙体试件均处于弹性变形阶段，骨架曲线呈直线型分布且斜率相比差别较小，同比下无损加固墙体试件曲线直线段较长;随着作用力达到峰值荷载，未加固和无损加固墙体试件刚度均呈减小趋势，骨架曲线的下降段中W11和W31墙体试件的斜率较大，试件自身刚度降低较为明显。相比未加固试件，W12,W13,W32和W33墙体试件骨架曲线下降段斜率较小，承载力降低较慢、试件延性得到改善。试验荷载加载至极限荷载，无损加固后的墙体试件侧向变形更加充分、极限承载力及位移显著加大。

　　图9 试验骨架曲线   

　　4 结语

　　利用高分子材料采用“浸渗法”对历史建筑墙体进行无损加固，可有效提高不同厚度墙体的承载能力，增强结构的整体性，改善墙体的延性和耗能能力，提高历史建筑墙体结构的抗震性能。同时，“浸渗法”施工简单，工期短，加固效果好，对历史建筑破坏小，可完整保存建筑的历史风貌，适用于历史建筑砌体结构的加固与修复，具有较好的工程应用前景。