某地下空間工程改造加固設計

李媛

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

當前，我國建筑業正在由大規模新建逐步進入新建與改造加固并重的建設階段。隨著建設單位對既有結構使用功能的調整和設計規范的更新，有大量既有結構需要進行改造加固。目前，對結構改造加固的研究和設計多數基于地上結構，涉及到地下結構及相應防水做法的內容相對較少。本文通過對某地下空間工程的設計，給出了考慮防水做法的改造加固節點做法，為其他類似工程提供參考。

1 工程概況

某工程主體部分包括中部長280 m的地下一層結構及東側長30 m的地下兩層結構，該部分采用鋼筋混凝土框架結構體系，底板采用平板式筏基，打設抗拔樁。同期開發的地鐵區間及端頭井部分則采用鋼筋混凝土箱形結構。主體結構已按2009年初出具施工圖完成主體結構（包括出地面風井及采光井結構）的施工，結構防水及部分覆土已完成。結構底板部分區域為地鐵已通車運營。

現階段根據建設方提出的相關要求，對結構的內部功能進行修改和改造，主要內容為：新增若干風井、封堵原有若干采光井、一部樓扶梯移位。

2 結構設計及計算分析

2.1 結構設計

2.1.1 結構專業設計原則

采用中國建筑科學研究院編制的PKPM結構設計軟件（10版V3.1.2）對結構進行整體建模。考慮由于洞口的封堵、開鑿等引起荷載變化。基于計算分析的結果，對封鑿洞口所處框架網格內不能滿足改造加固后承載力要求的既有結構構件進行加固。

地下一層設計使用年限經與建設單位協商，確定為50 a，但需按文獻[1]要求:所采用的膠和聚合物應通過耐長期應力作用能力檢測；抗震設防烈度為7度，抗震設防類別為丙類，抗震等級為3級[1-3]。

2.1.3 荷載取值

永久荷載（恒荷載）：結構自重荷載——由于洞口封閉、開鑿引起的結構自重變化等。

可變荷載（活荷載）：樓梯、屋面活荷載取值不低于文獻[4]規定：消防疏散樓梯為3.50 kN/m2；路面超載為20.00 kN/m2；屋頂荷載（除路面超載外）為3.00 kN/m2；地震作用：考慮側墻水、土動壓力，采用文獻[3]所附的地震影響系數曲線計算。按地震反應譜理論，通過整體動力分析確定。

2.1.4 結構改造加固材料

（1）局部改造、加固結構新增植筋梁：混凝土強度等級C35，抗滲等級P8;樓梯：混凝土強度等級C35;鋼筋采用HRB400。

短期政策創新建議：在繼續維持現有住房調控政策不變基礎上，確保房價穩定和住房金融穩定、安全，滿足生存型、剛需型、改善型住房消費對金融支持的需求，抑制奢侈型、投機型住房投資對金融秩序的擾亂，為構建新時代上海市住房金融中長期長效機制贏得時間、創造條件，有效減緩新時代上海市住房風險指數上行幅度。

（2）碳纖維為300 g高強度I級碳纖維布，碳纖維板的厚度為1.2 mm。單向織物（布）抗拉強度設計值取為：1 600 MPa。

（3）增大截面加固法所用材料及強度等級規定：梁采用強度等級為C40的微膨脹細石混凝土或H40高強無收縮灌漿料；柱采用H45高強無收縮型灌漿料。

2.2 計算結果分析

按照原結構設計資料及改造加固圖紙，采用PKPM結構設計軟件對結構進行整體分析和計算。結果表明，改建后該結構整體設計指標可滿足要求，涉及改造加固部分框架網格范圍內基礎和樓板的設計可滿足計算要求，但存在部分梁構件和2根柱構件的承載力不能滿足計算要求，需進行補強處理。

3 結構改造加固方案

由于地下空間工程地下一層頂板結構的改造加固涉及原防水層的破除，而地下結構防水工程屬于隱蔽工程，一旦滲水漏水后期解決難度很大。因此確保改造加固后結構防水的可靠、有效也是該項目所需考慮的重要因素之一。按照文獻[5]要求并結合工程特點，下文在討論各改造加固的節點做法時會將防水做法一并考慮。

3.1 結構改造方案

3.1.1 新增風井改造方案

新增風井需對原結構板進行鑿除，當新增風井側壁下存在既有結構梁時，將風井側壁鋼筋植入既有梁；當新增風井側壁下無結構梁時，應先植筋澆筑梁，后做風井側壁。注意應在新老混凝土接觸面上部做高200 mm C35細石混凝土，而后在其上鋪貼防水層。具體做法節點見圖1。

圖1 新增風井節點做法（單位：mm）

3.1.2 封堵原有采光井改造方案

采光井封閉需對原結構井側壁進行鑿除，保留部分鋼筋與新澆筑封堵頂板鋼筋進行搭接，保證新澆筑封堵頂板結構上表面距離覆土完成面高350 mm。改造及防水做法節點見圖2。

圖2 封堵原有采光井節點做法（單位：mm）

3.1.3 樓梯移位改造方案

鑿除既有樓梯，對原樓梯洞口植筋做板進行封堵；新增樓梯處應鑿除既有頂板，樓梯出地面擋墻植入既有結構，樓梯梯柱植入結構底板，樓梯其他構件新澆混凝土進行施工。樓梯側墻防水做法同新增風井節點。

3.2 結構加固方案

3.2.1 梁構件加固方案

對改造加固區域承載能力不能滿足設計要求的梁構件，根據不同情況采用相應的加固方案。

（1）粘貼碳纖維加固法：是指用高強度結構膠黏劑把碳纖維布或板貼在梁上下受力表面，以彌補原梁縱筋的不足。該法適用于當梁構件正截面受彎承載力提高幅度、計算所需碳纖維粘貼層數均小于規范[1]規定且截面尺寸滿足斜截面受剪承載力的情況。根據規范[1]要求，當梁斜截面承載力需進行加固時選用如圖3（a）所示節點，當梁斜截面承載力僅按構造需要設箍時選用如圖3（b）所示節點。防水做法應注意在梁頂粘貼碳纖維后澆筑厚50 mm的細石混凝土，而后鋪貼2道防水卷材并做好新老防水材料搭接。

（2）增大截面加固法：是指采用增大梁寬或增加梁高的方式來增大既有梁截面面積，同時加配一定數量鋼筋以提高梁正截面或斜截面承載能力。當計算結果所需加固內容超出上述粘貼鋼板的適用范圍時，可采用增大截面加固法。根據結構布置情況可選用單側加固或雙側加固節點。梁底新增縱筋植入兩側既有梁柱構件，梁底新增箍筋植入既有加固梁；梁側新增箍筋水平段鋼筋采用先鑿除既有梁梁頂鋼筋后與原箍筋焊接的方法，豎直段采用穿板后與梁底新增箍筋焊接的方法。防水做法應注意在開鑿既有板上部澆筑厚50 mm的細石混凝土，而后鋪貼2道防水卷材并做好新老防水材料搭接。具體做法節點詳見圖4（圖中d表示連接鋼筋的較小直徑）。

圖3 梁粘貼碳纖維加固法節點做法（單位：mm）

圖4 梁增大截面加固法節點做法（單位：mm）

3.2.2 柱構件加固方案

在樓梯移位改造區域存在2根承載能力不能滿足設計要求的框架柱，加固方案采用增大截面加固法。該方法是指通過增大框架柱的截面（該項目采用四面增大做法），根據計算結果配置一定數量鋼筋來解決框架柱的截面承載力不足或軸壓比超限等問題。新增受力鋼筋在加固樓層范圍內應通長設置，如圖5所示。

圖5 柱增大截面加固法節點做法

3.3 施工注意事項

3.3.1 防水工程注意事項

（1）注意新老混凝土接觸面鑿毛、刷界面劑。

（2）新老防水材料應做好搭接，原防水卷材若有破損，應割去破損卷材，用新卷材搭接，且保證搭接長度不小于500 mm。

（3）螺栓孔應灌膠粘劑封閉。

（4）防水施工時，應確保足夠操作面，避免卷材在陰角、陽角等區域搭接。

3.3.2 其他注意事項

（1）施工前至覆土回填完畢階段應注意對挖除頂板覆土改造加固區域進行底板負重。卸載與底板負重區域的荷載數值應保持一致。

（2）施工時應注意對原結構構件、防水層等的保護，如已有結構出現裂縫、變形、滲漏水等情況，應立即停止施工，并采取應急措施，保護已有結構。

（3）部分混凝土拆除具有一定的危險性，在開始拆卸工作前，應進行嚴密的施工組織設計，應有有效的安全措施，安全的支撐系統，保證保留結構的安全。原結構的拆除必須采用切割拆除或先切割使待拆除部分混凝土脫離原結構后再采用破碎方式拆除，避免過大振動對原結構產生損傷。

4 結語

基于地下空間工程改造加固的特點，在具體工程的設計中需同時考慮防水做法。總結出了針對不同情況所采用的改造加固方法并給出了具體節點做法；對改造加固工程施工中所需注意事項給出了建議，為其他類似工程的設計提供參考。