上海軟土地區結構加固大修施工研究

瞿曉軍

（上海建工四建集團有限公司，上海市 201100）

0 引言

我國自建國以來經歷了多次大的基建潮，越來越多建筑的使用年限已接近設計年限[1]。尤其是政府部門辦公建筑，其使用安全不僅關系到工作人員的安危，更關系到普通民眾的辦事需求。因此，為了確保老建筑的安全，不可避免地需要采取一些大修措施[2-4]。上海處于典型的海相軟土區域，老舊建筑自身不均勻沉降時有發生，而且周邊環境也很復雜，進行大修改造施工時如何確保結構等安全則是一個難以回避的難題[5-6]。

本文基于以上背景，依托上海某政府部門辦公用房大修項目，探討研究上海軟土地區周邊復雜條件下的大修施工，尤其是結構加固措施，為類似工程提供參考。

1 工程概況

某政府部門辦公用房大修項目（6#樓）位于上海市徐家匯區域，東側及北側為居民區，南側及西側為本工程基地。共分為5個單體，由西向東依次為 1#樓、2#、3#樓、4#樓、5#樓及 6#樓。施工階段廠區布置如圖1所示。本項目主要針對6#樓的加固改建進行研究。

6#樓地面三層，建筑面積為1 074 m2，每層建筑面積為358 m2。建筑高度為13.680 m，室內外高差0.58 m，室外標高為+3.30 m（絕對標高），室內±0.000=+3.880 m（絕對標高）。

圖1 施工階段廠區布置圖（單位:mm）

6#樓北面外墻即居民區圍墻，東側外墻離圍墻距離4 m，南側及西側為本工程基地內側。

6#樓原結構體系為砌體與木結構相結合的混合結構體系。基礎、外墻及部分的內隔墻為磚墻，B、C軸上存在8根混凝土柱，柱與墻之間有混凝土梁，樓板采用152 mm×305 mm@400 mm木格柵或混凝土樓板。屋面為金屬屋面。

原有結構的現狀：（1）混凝土結構構件密實度較差，碳化嚴重，引起部分構件出現鐵脹裂縫現象；（2）原墻體砌筑砂漿強度較低，且由于房屋有一定不均勻沉降，導致砌體產生較多的裂縫；（3）部分木格柵有腐朽、蟻蛀狀況。

2 工程重點與難點分析

本大修工程的重點、難點主要包括：

（1）6#樓北側為居民區，外墻離居民外墻僅4.9 m，且外墻就是圍墻，外墻施工需要占用4.9 m寬的弄堂。在外腳手架及居民間設置一道九夾板圍墻，圍墻高度為2.2 m。

（2）北立面外存在一些臨時建筑需要和居民協調，達成一致意見后拆除。在建筑西北角的一層磚砌結構與6#樓相連，在施工時要加強保護工作。

（3）由于本工程為老式混合結構，結構體系比較復雜，特別是砌體及木結構，結構體系自身不是很牢固，在施工時要加強保護工作。樓層位置部分采用木格柵結構，為鉸接節點，建筑整體剛度比較差，外墻在加固完成前基本不能受力。

針對以上重點、難點，采取針對性施工部署，分類采用合適的結構加固技術，確保建筑安全。

3 施工部署

3.1 總體部署

結合工程的重點與難點，總體施工部署如下：

（1）6#樓施工前，應協調好與居民之間的關系。先拆除北側臨時建筑，并搭設好外腳手架及與居民間的隔墻，盡量減少結構施工對居民的影響。

（2）外腳手架搭設前，先完成外墻內外側基礎加固工作。

（3）屋面結構拆除后，由于三層結構加固、屋面鋼架施工及相關屋面工程施工周期較長，為了保證基礎不浸泡在水里，需在三層樓面上覆蓋塑料薄膜做好防雨工作。

（4）由于本工程部分為木結構，且已年久失修，根據現場實際情況發現存在一定的白蟻蟲蛀現象，因此在結構置換過程中需做好防白蟻工作。

（5）利用6#樓南側場地作為6#樓施工時的材料堆場及加工場。

（6）由于本工程單體很多，且處在不同的施工階段，車輛進出場頻率較大，為了保證材料能準時進場，需安排好材料進場時間。

施工總體流程為：一、二層基礎開挖及原樓梯拆除→基礎加固及局部增加新基礎→外腳手架搭設→一、二層內外墻粉刷層剝除→自上而下依次墻體開洞和新增墻體砌筑→墻體及柱加固→梁板混凝土結構加固→木結構修復→屋面結構拆除及三層內外墻粉刷層剝除→屋面圈梁施工→三層外墻加固→屋面鋼結構施工→外圍護結構施工

施工進度計劃：2011年春節過后開始施工，施工總工期為290 d，結構加固工期為96 d。

3.2 施工現場平面布置

（1）大門設置

6#樓施工主要利用1#門，包括人員進出和材料車輛的進出。

（2）道路、硬地坪設置

在外墻基礎加固施工完成后，要對地面進行硬化處理，供后期的腳手架搭設。硬化處理方式為100 mm厚道渣+100 mm厚C20混凝土，寬度為外墻外2 m。

6#樓西側老建筑拆除后，要對地面進行場地平整。平整后的場地應能滿足材料堆放的要求（1 t/m2），采用100 mm厚道渣+150 mm厚C20混凝土。

原新建大樓的東側地下室頂板上需進行回填處理，回填采用土方，上部采用100 mm厚道渣+150 mm厚C20混凝土（內設Φ12 mm@200 mm雙向鋼筋網片）。

在基地內總體工程開工后，應對混凝土道路進行全部拆除并外運，拆除采用鎬頭機破碎并裝車外運。拆除工作要保證所有的施工道路拆除干凈，留下好土供現場管道布設及綠化種植等。

由于車輛通過1#門到6#樓南側時，需要經過原新建建筑的地下室頂板。由于地下室頂板比室外地坪要低，故在地下室頂板上設置鋼坡道。

（3）臨時設施布置

現場辦公場所主要以4#樓為主，作為現場施工承包單位、監理單位及各分包單位的辦公場所。5#樓為業主辦公樓。

食堂在5#樓的東側，通過現場實際勘查后重新布置好食堂設備。

養護室設置在5#樓的南側，還設有操作室及制度上墻等。

在2#門入口處設置四排一圖、企業旗幟、宣傳欄、綠化等。

生活區設置在新大樓南側的地下室頂板上，共兩幢，均為二層彩鋼板建筑。

基地南側及西側設置有現場廁所及材料倉庫。

6#樓施工用的材料主要堆放在6#樓南側的場地上。

倉庫、茶水間、門衛室、茶水間、吸煙間等采用公司定型化產品。

3.3 用電布置

6#樓改建用電專門布置一路電纜YHC3×95+2×50至6#樓西側控制箱內。

3.4 用水布置

本工程工地水源位于建國西路75號大門進口處，從現場兩路水管中的東側水管中接一路2寸支管供6#樓施工使用。

3.5 消防設施布置

結構施工階段，在外腳手架轉角處以及結構樓層樓梯口和電梯層門附近布置一定數量的滅火器，并做好標識。

每個樓層均需備好消防用軟管，并放在醒目部位。每個樓層的消防水管專用接頭應獨立設置，不得與施工用水管接頭混用。

3.6 排水布置

6#樓排水利用西側的已有排水明溝進行現場排水。

4 結構加固關鍵技術

4.1 加大截面法加固施工

6#樓存在8根混凝土柱，采用加大截面法進行加固處理。柱兩側為板條墻或混凝土外墻。

基礎采用擴大加固處理，加固寬度為大放腳外400 mm，新增承重構件下增設混凝土基礎，如圖2所示。

圖2 基礎擴大加固處理示意圖（單位:mm）

混凝土柱采用加大截面法。如圖3所示，四周各加大90 mm～120 mm，同時布設鋼筋。

圖3 混凝土柱加大截面法處理示意圖（單位:mm）

柱加固時，遇到板條墻需拆除板條墻后再加大截面加固，具體不同部位的加固方式見圖4。

圖4 不同部位混凝土柱加固方式示意圖

（1）施工程序

粉刷層去除、鑿毛→壓力水沖洗干凈、去除積水→新增受力鋼筋及箍筋與原有結構采用化學植筋連接→澆筑C30混凝土并定時澆水養護。

（2）施工要點

a.表面處理：為使新舊混凝土結合牢靠，施工前應做好混凝土表面處理工作。對存在表面缺陷的構件應鑿除至密實部位，并將表面鑿毛。如果混凝土出現露筋現象，則先對銹蝕的鋼筋進行除銹、阻銹處理。

b.新加縱向鋼筋的錨固：柱內新加縱向鋼筋應通長布置，中間不得斷開。其下端應伸入基礎并滿足錨固長度要求；上端應穿過樓板與上層柱腳連接。

c.框架柱新加縱向鋼筋與原基礎連接：用植筋法將框架柱新加縱向鋼筋錨入原基礎。原基礎頂面在加大柱截面部位鑿毛，按新加縱向鋼筋位置定位后用電錘鉆鉆孔，清孔吹灰后注入植筋膠，插入鋼筋，其直徑與新加縱向鋼筋相同，錨入基礎深度一般不小于15倍鋼筋直徑，伸出基礎的長度根據與新加縱向鋼筋的連接形式而定，可以采用焊接、機械連接或綁扎連接。

d.框架柱新加縱向鋼筋穿過樓層的構造：新加縱向鋼筋必須穿過中間各樓層。非抗震時搭接位置可從各樓層板面開始，抗震時宜避開柱端箍筋加密區。新加縱向受力鋼筋穿過樓層時，如其中間的鋼筋與樓層梁相碰，一般繞梁而過；當樓層梁寬至新加縱向受力鋼筋穿過樓層時難以繞過時，可在梁端做鋼套，難以穿過的新加縱向受力鋼筋與鋼套的角鋼焊接，鋼套側面鋼板截面強度應不小于未穿過的鋼筋強度；對于新加縱向構造鋼筋遇到樓層梁而未能穿過時，可把梁底的混凝土保護層鑿掉，把縱向構造鋼筋與梁底的鋼筋相焊接。

e.框架柱新加縱向鋼筋在頂層板或屋面板封頂錨固：被加固柱在頂層板或屋面板部位的板面應鑿掉混凝土保護層，新加縱向鋼筋穿過頂層板或屋面板后將新加縱向鋼筋彎折相互搭接并焊牢。

4.2 碳纖維加固施工

本工程內原有的鋼筋混凝土梁及鋼筋混凝土樓板均采用0.167 mm厚碳纖維進行加固處理。底部采用三層碳纖維布，碳纖維布U型箍間距@300 mm。所有梁均采用水泥砂漿粉刷，內設鋼絲網片。混凝土板底采用雙向0.167 mm厚碳纖維布進行加固。碳纖維布加強前需采用環氧樹脂對已有的裂縫進行灌漿封閉密實處理。

（1）材料及技術參數

加固所用碳纖維布及各項指標見表1。

表1 加固所用碳纖維布的各項指標

碳纖維布配套用膠按施工工藝及功能分為底膠、整平材料及粘貼樹脂三種，各類膠的物理力學指標見表2。

表2 各類膠的物理力學指標

（2）施工程序

整個施工按以下步驟進行：施工準備→混凝土表面處理→涂刷底層樹脂→找平處理→主涂→貼碳纖維貼片→主涂→表面處理。

（3）施工要點

a.混凝土表面處理：以砂輪機或磨光機將混凝土表面劣化層（風化、游離石灰、脫模劑 、剝離之砂漿、粉刷層、污物等）清除，露出混凝土結構新面。轉角粘貼處應進行導角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑應不小于20 mm。磨平后以毛刷或吹風機將粉塵及松動物質去除，表面要平整干凈并保持干燥。

b.涂刷底層樹脂，確認施工環境：混凝土表面曾結露或接觸到水處不得施工，濕氣太高將導致樹脂與水氣產生作用而干擾膠化過程。

4.3 化學植筋（螺栓）

原砌體結構的外粉刷層需鏟除干凈，舊灰縫剔除30 mm，粉刷層內設置Φ4 mm@300 mm雙向鋼筋網片并設置Φ6 mm拉結鋼筋（600 mm×600 mm），外側采用雙面鋼絲網砂漿粉刷，承重墻裂縫寬度大于0.2 mm處需設置Φ6嵌縫鋼筋，每隔四皮磚嵌一根鋼筋，如圖5所示。

圖5 承重墻裂縫設置嵌縫鋼筋處理示意圖

由于部分區域的功能調整，特別是廚房間、衛生間和電梯間，增加了一部分混凝土梁和板，這些梁板與四周結構連接時采用化學植筋。8根混凝土梁與基礎及樓層位置梁的連接也采用化學植筋方式。

（1）施工程序

鑿出混凝土結構面：要求在進行植筋（種植螺栓）之前，將外圍非結構層除去，或了解非結構層深度。

定孔位：按設計圖鋼筋圖示位置尺寸采用鋼卷尺、鋼板尺在需要植筋的舊混凝土面上定出鉆孔位置，并加以記號標注。

鉆孔：按照植筋、化學螺栓錨固圖的規定。

清孔：對孔的清理，應先用刷子刷孔，再用吹氣筒吹去孔內粉塵，清孔工作應至少進行兩次。

配置黏結劑及錨固鋼筋除銹：嚴格按照配比配置黏結劑，必須攪拌均勻。如果植鋼筋生銹或有油污，應用除銹劑清洗污垢。

注黏結劑植筋：開始向孔內注植筋膠，大致注滿1/3孔體積，為預防孔內有空氣，要求膠水一定要注入孔底。對加工好的鋼筋（螺栓）（要求植入長度范圍刷膠充分）植入注滿膠的孔中，慢慢旋轉插入鋼筋（螺栓），植入深度不小于設計值。

固化前保護：在植筋膠完全固化前，不得觸動所植鋼筋（螺栓），植筋膠固化時間于混凝土表面溫度的關系參照相關產品說明。

施工質量標準及驗收方式：按照相關設計要求及產品說明規定的相應設計荷載，請國家專業質量檢測單位到現場對其進行拉拔測試。

（2）施工要點

孔洞干凈與否對植筋質量有很大影響，因此施工時先用刷子刷孔三遍，然后用吹風機吹灰。

鋼筋表面干凈與否對黏結力有較大影響，植筋所有鋼筋如有生銹，需先進行除銹處理。

預注膠水時，膠水需注入到孔底，將空氣排除，避免氣泡產生。

需做好固化前保護，如植筋膠初凝這段時間內觸動所植鋼筋，鋼筋的黏結強度會下降很快，因此鋼筋植入后在一段時間內不得觸動。

施工時先將所有需要植筋的部位進行鉆孔、清孔工作，然后由施工現場管理人員檢查孔洞，合格后再進行植入鋼筋工作。做到施工有序，管理合理。

4.4 樓板木格柵置換

二層及三層樓板大部分為152×305@400的木格柵，由于6#樓年久失修，部分木格柵已經出現腐蝕等情況。為了保證6#樓整修完成后正常使用，需對已經發生腐蝕的木格柵進行置換處理。

（1）置換要求

木格柵置換前需拆除格柵上方的木地板，使其完全暴露在外，用儀器和目測的方式判斷是否需要置換。

根據木格柵的損壞情況對每根木格柵采取不同的加固方式：整根調換、局部更換或局部修復。

（2）注意事項

更換的木格柵應與原木格柵的材料一致，采用落葉松。所有木結構置換前后需要做好防白蟻的工作。

5 實施效果

在6#樓自身及周邊構筑物上布設了測點，測量儀器配置了經緯儀和水準儀。觀測結果表明6#樓自身及周邊構筑物的沉降與傾斜均在規范規定范圍內，工程完工五年多來，建筑使用安全，證明本次結構加固大修施工方案是可行的。

6 結語

本文依托上海軟土地區某辦公建筑大修項目，針對其特點采取了加大截面法、碳纖維加固、化學植筋等結構加固措施。實施結果表明本次施工較好地解決了軟土地區復雜條件下老舊辦公建筑大修的相關問題，工程實踐為類似工程大修改造實施提供了較好的借鑒。

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