某砌體結構加固改造設計及施工

李 荻 潘從建

(建研(北京)結構工程有限公司，北京 100000)

1 工程概況

1．1 結構概況

項目結構為3層磚混結構，縱橫墻承重，無地下室，為灰土基礎。房屋于1980年竣工，原設計使用功能為普通機房。根據業主要求，結構各層樓面活荷載增大顯著。經建筑主體結構檢測鑒定，該結構應進行加固改造。

1．2 檢測鑒定結論

1．2．1 材料強度

根據現場檢測，該結構1層～3層磚強度、砌筑用砂漿強度均不滿足原設計要求。

首層、2層部分T形梁混凝土強度不滿足原設計要求。

1．2．2 現場情況

該結構經歷多次裝修改造，主體結構現狀與原設計圖紙出入較大。主要問題見表1。

表1 結構現場損傷情況

綜合以上現場情況可知，首層、2層結構墻體破壞嚴重，承載能力及抗震性能差，但由于房屋原實際使用功能為辦公及會議，實際活荷載小，且原結構設計相對保守，墻體交接處均設置構造柱，每層均有圈梁，因此該房屋使用期間并未出現明顯問題。

圖1 地下墻體洞口

圖2 墻體被剔鑿的管線槽

2 結構加固改造設計

本結構加固改造共分兩部分——基礎結構和上部結構加固改造。

2．1 基礎加固驗算及設計方案

項目所在位置土質不佳，地表層為以建筑垃圾為主的雜填土。地勘報告數據顯示，雜填土厚度為1．5 m～4．2 m。雜填土下

方為素填土、細砂、粉砂等均勻土層，是良好的持力土層。

圖3 窗洞口一端未搭接墻體的過梁

圖4 圈梁與承重墻下方洞口

圖5 結構平面圖及室內被拆除橫墻位置

原結構基礎為三七灰土剛性基礎，埋深3．8 m，基本位于素填土層。

2．1．1 基礎承載力驗算

原結構基礎為三七灰土墊層基礎，寬度分別為700 mm，900 mm，1 500 mm，1 900 mm。以1 900 mm寬基礎為例驗算，荷載效應標準組合時基礎底面平均壓力為241．3 kPa，超過200 kPa，不滿足規范要求［1］。建筑使用功能調整后荷載效應標準組合在基礎底面處的平均壓力值超過最大限值要求，基礎應進行加固。

2．1．2 基礎加固方案

項目位于人口密集地區，基礎加固施工存在以下問題:1)人口密集，材料運輸困難;2)房屋西、南、北面均緊鄰其他建筑物;3)現場堆積建筑材料場地狹小，不具備大規模開挖條件。

根據現場情況，綜合造價、施工難易程度及現場條件等因素，基礎加固方案如下:

1)新增筏板基礎方案。拆除原結構首層地面。在距地面－0．5 m高度墻體上開鑿250 mm×500 mm洞口，洞口水平凈間距2 000 mm。在與洞口等高處做500 mm厚筏板，筏板鋼筋穿過洞口。洞口灌注混凝土后成為連接墻體與筏板的銷鍵。銷鍵頂標高、筏板頂標高與室內結構地面頂標高一致。

筏板與墻體連接處沿內墻兩側布置暗梁。銷鍵與暗梁、筏板整澆成一體(見圖6)。

該方案優點為無室外作業，筏板為首層地面，但由于筏板埋深淺，地表土不能作為持力層，筏板以下地基應進行加固處理，部分雜填土需置換，土方開挖量大，運輸困難。

圖6 新增筏板基礎做法剖面圖

2)新增條形基礎方案。銷鍵做法與新增筏板基礎方案相同。距地面－1 m埋深墻體兩側做條形基礎。在與銷鍵等高位置沿內墻兩側做混凝土圈梁，外墻圈梁僅在室內一側布置。銷鍵與圈梁、條形基礎整澆成一體(見圖7)。

圖7 條形基礎做法剖面圖

該處理方法應對條形基礎下部地基進行加固處理。

3)樁式托換基礎方案。樁式托換［2］是用樁將基礎荷載傳到較深處的好土上去，使地基承載力滿足要求的方法。

此為新增條形基礎方案的改進方案，將新增條形基礎作為托梁，在托梁下方避開原基礎位置打鋼管樁(見圖8)。介于在結構外側無法進行施工的客觀原因，考慮結構平面為規則對稱形狀，且各層荷載分布均勻，因此新增條形基礎及鋼管樁僅在外墻內側布置。該方案最大特點為土方開挖量小且地基承載力能得到保證。

2．2 上部結構加固

由于結構上部損壞程度嚴重，加固以恢復原結構設計為先。上部結構加固方案見表2。

表2 上部結構加固方案

上部結構加固前應進行有效支頂，保證結構整體安全性。

圖8 樁式托換基礎做法剖面圖

3 施工概況

本項目工期緊，施工工作面小，施工項目多且在施工過程中需保證結構3層機房正常運轉，因此在施工前應對工序進行合理計劃。

3．1 結構加固施工原則

結構加固施工原則應遵循如下五大步驟:1)結構施工前應進行有效卸載;2)在結構損傷較嚴重位置下部應優先進行全跨度有效支頂;3)基礎加固時應注意機器振動等對結構整體安全性影響;4)恢復結構原有設計形式;5)原結構恢復工作完成后方可對上部結構進行加固處理。

3．2 基礎加固

基礎加固采用樁式托換方案，該方案理論可行，但施工中由于打壓鋼管樁設備需進入首層室內，因此在施工設備入場前需新增大門洞保證設備可進入首層室內。由于原結構窗洞多且面積大，為控制墻體開洞率，新增洞口在首層原結構窗洞位置進行改擴。經溝通，該門洞在本次改造施工完成后將作為一定時期內機房設備運輸通道，因此對該洞口進行了較保守的構造設計。

由于新增臨時性門洞所在墻體開洞率過大，該門洞使用功能完成后，將進行永久封堵。為保證后期洞口封堵后墻體整體性，在加固板墻時在洞口周邊預留鋼筋。

4 結語

該結構由于施工工期緊，因此在結構修復等步驟中選擇24 h強度達50 MPa的高強灌漿料。如在工期不緊張的情況下，使用普通混凝土材料可有效降低工程造價。

該項目雖然整體面積不大，但由于其地理位置、工期、原結構損傷程度、現場使用要求等諸多因素使項目設計方案、施工步驟復雜。為使項目施工進展順利，在前期設計方案階段建筑、結構、設備及施工人員應首先進行商議協調，明確各自工作重點。

本項目結構方案僅涉及室內改造，避免了外作業面緊張問題。由于結構施工前卸載不完全，3層機房照常工作，因此在前期施工準備中重點進行了支頂方案計劃。

從項目初期到最終施工完成，砌體結構構件未如預想中由于原結構破壞比較嚴重出現使用問題。地面以下墻體開洞僅使1層～2層磚塊壓碎，上方墻體保持了良好的整體性，未出現明顯裂縫或變形。一方面原結構在使用中首層及2層活荷載較小;另一方面原結構墻體施工質量好，現場灰縫飽滿，墻體整體性較好。這說明砌體結構在變形中具有一定的安全儲備。

盡管如此，改造施工中對砌體結構仍應特別注意避免墻體變形的發生，不同施工質量的墻體變形可能導致整體結構產生嚴重破壞。因此在砌體結構加固改造前應特別注意對原結構的檢測鑒定，對存在安全隱患的砌體結構應進行有效支頂等防護措施。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］．

［2］ 劉惠珊，徐攸在．地基基礎工程［M］．北京:中國計劃出版社，2002:414．