古建筑群落加固改造技術

顧天熊 顧 亮 尹 偉

蘇州中固建筑科技股份有限公司 江蘇 蘇州 215152

1 工程概況

滁州遵陽街位于滁州老城東部，原津浦鐵路西側，舊時曾是滁州繁華的經濟文化中心和工業發源地。遵陽街洋橋洞片區老舊建筑總面積50 000 m2，其中需要修繕部分8 000 m2，涉及22個區，60余棟舊建筑。大部分房屋建于1949年前，原基礎為淺埋條形磚基礎，部分建筑為亂磚基礎（圖1）或土基礎（圖2），采用厚370 mm燒結普通磚墻（部分墻體為空斗墻）加木柱承重。砌筑砂漿采用混合砂漿，部分為沙土砌筑。墻體結合層已開始風化，墻體破舊（圖3），部分墻體已出現裂縫和傾斜（圖4）。上部結構為三角形木屋架加瓦屋面的形式。部分建筑木梁規格偏小（圖5），無法滿足支撐屋面質量的要求。沿街商鋪處檐口木梁已出現嚴重的撓曲情況（圖6）。根據檢測報告，墻體磚抗壓強度推定等級為MU7.5，砌筑砂漿抗壓強度為1.0～1.4 MPa。部分建筑的結構和構件局部不能滿足承載能力要求，房屋整體差，影響使用性，需加固補強；部分建筑的安全性嚴重不符合要求，繼續使用將危及生命安全，必須立即采取加固措施。

圖1 亂磚基礎

圖2 土基礎

圖3 破舊墻體

圖4 墻體傾斜、開裂

2 基礎加固

圖5 小規格木梁

圖6 檐口撓曲梁

本工程房屋為淺埋條形磚基礎，采用如下基礎加固方案：在原墻基兩側增加鋼筋混凝土地梁，每間隔800 mm設置1道扁擔梁連接地梁（圖7），扁擔梁內增加14a#工字鋼支托作為銷件（圖8），將墻體所承受的荷載傳遞到新增的地梁上。施工混凝土地梁的同時現澆混凝土扁擔梁，現澆扁擔梁與保護墻體能完美地搭接，并與墻體連成整體，不留空隙，從而有利于均勻受力，提高傳力效果。與傳統的用鋼筋做銷件相比，型鋼強度更大，更能將原墻體的質量傳遞到地梁上。施工過程中安排專人進行現場巡視，如發生異常，應立即停止施工。破損、傾斜嚴重的墻體，應在開挖前先進行墻體修復或糾傾。

圖7 基礎加固示意

3 墻體加固及糾傾

古建筑群落非同一般建筑，要遵循古建筑修繕的基本原則——修舊如舊[1-3]。因此，該項目外墻采用增加墻墩的方式進行加固。對于內墻部分：現場墻體結合層情況較好的，采用混凝土結構加固找平膠及粘貼碳纖維布加固；墻體結合層較差的，采用鋼筋網片進行墻體加固。對于墻體發生傾斜的，則進行糾傾處理。

3.1 外墻增加墻墩

在房屋外墻增加墻墩（圖9），用來承受上部梁及屋架的荷載，加強墻身的強度和穩定度。墻墩所用砂漿的標號比墻所用砂漿的標號高一個等級。

3.2 鋼筋網砂漿面層墻體加固

3.2.1 總體加固思路

圖8 基礎加固現場

圖9 外墻墻墩

通過建模計算可知（圖10）：鋼筋網砂漿面層墻體加固法實施后，空斗墻抗剪承載能力可以提高2倍左右；抗震性能、結構剛度、整體性、延性都能有較大幅度提高，墻段綜合抗震能力指數大概能提高60%。本工程山墻及前后包檐等外墻內側采用厚40 mm單面鋼筋網水泥砂漿面層加固，內部隔墻采用厚40 mm雙面鋼筋網水泥砂漿面層加固，砂漿強度等級為M10，磚墻鋼筋網直徑為4、6、8、12 mm四種。

圖10 結構三維模型

3.2.2 主要工藝流程

1）鏟除墻體原粉刷層，以保證加固層與原墻體的可靠黏結。原墻有損壞或酥堿較嚴重的部位需先進行局部拆砌、修補。

2）在鋼筋布網施工中：當采用雙面加固時，用S形φ6 mm鋼筋機械鉆孔穿墻對拉；當采用單面加固時，用L形φ6 mm鋼筋植筋錨固。灌M30水泥砂漿進行錨固，間距500 mm左右，并呈梅花形布置（圖11）。現場如果是空斗墻，則錨固筋需設置在眠磚與斗磚的交接灰縫中。當無法設在眠磚與斗磚交界的灰縫中時，應先對空斗墻進行灌漿填實，以保障錨固筋與墻體連接的可靠性。

3）施工鋼筋網片的砂漿面層，分3次進行。第1次將鋼筋網片與墻面的間隔空隙填滿，第2次將鋼筋網全部覆蓋住，第3次抹至設計厚度（圖12）。

為了保留建筑的原有風貌，墻面加固時需要保留原木柱、木梁形態，加固面層與木構件交界處做成斜八字形（圖13）。

圖11 鋼筋網片 及拉結筋

圖12 鋼筋網砂 漿面層

圖13 柱子邊斜八字形

3.3 混凝土結構找平膠及粘貼碳纖維布加固墻體

3.3.1 總體加固思路

混凝土結構加固找平膠具有施工性好、易于涂刮、初黏力高、不流淌、本身強度及與磚塊黏結強度高等優點，利用其抗老化性及耐介質侵蝕性好、利于磚塊與磚塊形成一個整體的特點，可大大提高整塊墻體的穩定性。碳纖維布質量輕且厚度薄，碳素纖維的質量僅有鋼材料的1/4，而拉伸強度卻是鋼材料的10倍。通過碳纖維布本身具有的超高抗拉性能，可以對墻體起到二次補強作用。聚合物砂漿黏結強度高，能與碳纖維布形成一體。

3.3.2 主要施工流程

1）鏟除墻體原粉刷層，清理磚縫，并將原砂漿摳縫20 mm。

2）用找平膠填滿縫隙，再用刮刀壓平抹光，然后均勻涂抹在需加固的墻體上，待涂抹固化后打磨找平（找平打磨各2遍）。

3）對找平后的墻面環氧固砂，再進行彈線、碳纖維布粘貼（圖14），然后做環氧固砂來保護碳纖維布。

4）粉刷聚合物砂漿面層（圖15）。為了保留原風貌，墻面加固時需要保留原木柱、木梁形態，加固面層與木構件交界處做成斜八字形。

圖14 碳纖維布粘貼

圖15 聚合物砂漿面層粉刷

該施工工藝便捷迅速，可縮短施工工期約40%。同時相較于鋼筋網砂漿面層加固工藝，加固材料質量對原墻體帶來的額外負荷要少很多，大大提高了施工中的安全性。

3.4 墻體糾傾

根據現場墻體的傾斜情況，本工程提出2種適合的糾傾工藝，分別是取磚回拉糾偏和掏土糾傾。取磚回拉糾偏工藝適用于基礎未發生沉降、墻體發生傾斜的情況；掏土糾傾工藝適用于墻體保存較好、基礎不均勻沉降引起的墻體傾斜。

3.4.1 取磚回拉糾偏

施工流程：選定取眠磚點及滑輪設定點→用圓木固定墻體→巧工細作，先取眠磚→拉動滑輪，細致觀察→墻體歸位，墊基加固→確保無誤，拆除器材（圖16）。

圖16 取磚回拉示意

該工藝施工過程中的重、難點如下：當墻體損壞嚴重時，應先進行修復，再進行糾傾施工；拉動滑輪時，要安排專人全程進行監控，做到邊拉邊觀察，每次糾傾幅度不能太大，要給墻體留有自然修整穩固的時間；墻體歸位后，讓墻體休整十幾小時后，才能進行下道加固工序。

3.4.2 掏土糾傾

施工流程：用圓木固定墻體→開挖至基礎底面→對基礎底面掏土、沖水→做好沉降觀測監控→糾偏完成后，進行土體壓密注漿，充填地基土（圖17）。

該工藝施工過程中的重、難點如下：事先控制墻體的回傾速率；墻體損壞嚴重時，應先進行修復，再進行糾傾施工。根據不同土層的分布情況以及沉降觀測結果，控制掏土和沖水的時間間隔，通常為3～6 mm/次。糾偏時做好沉降觀測監控。

4 木梁加固

本工程房屋上部結構為三角形木屋架加瓦屋面，其中木梁規格偏小，無法滿足支撐屋面質量的要求。在考慮不揭頂更換木梁的情況下，采用木梁底增加木柱支撐、木梁貼碳纖維布及檐口撓曲梁加固的方法進行加固改造。

圖17 掏土糾頃示意

4.1 木梁底增加木柱支撐

在部分對空間利用要求不高的建筑內，可在木梁中心位置增加木柱支撐來承受屋面的荷載。增加木柱前，需先做基礎。該加固方法簡單，造價低。

4.2 木梁碳纖維布加固

施工流程：表面處理→基層清洗→鋪貼基準放線→涂刷浸潤樹脂→粘貼碳纖維布→養護→表面涂裝。

對于規格偏小、沒有缺損和裂縫的木梁，碳纖維布寬度采用100 mm，相鄰碳纖維布中心距離為200 mm。

對較大面積木材的缺損和寬度大于20 mm的裂縫（圖18），采用同等材質的木條進行修補，并用環氧樹脂對裂縫進行壓力灌漿封閉處理；對于寬度小于20 mm的裂縫，直接用環氧樹脂膠進行表面涂抹封閉。缺損與裂縫修補處，全部粘貼碳纖維布（圖19）。

圖18 木梁裂縫

圖19 木梁裂縫處粘貼碳纖維布

4.3 檐口撓曲梁加固

沿街商鋪撓曲梁加固前，需要先拆除檐口1.2 m范圍的屋面，待撓曲梁加固完成后再恢復。對于撓曲情況嚴重的部位，采用在撓曲梁底增加鋼梁將撓曲梁頂回原位的工藝；對于撓曲情況不嚴重的木梁，采用在木梁內側增加槽鋼的工藝。所有鋼材先刷防銹漆，后再刷與木材顏色相近的油漆。

4.3.1 撓曲梁底增加鋼梁的工藝

主要施工流程：澆筑1 000 mm×1 000 mm×400 mm混凝土基礎→砌筑2 4 0 m m×2 4 0 m m 磚柱→新增HN125 mm×60 mm×6 mm×8 mm鋼梁，與撓曲梁做好臨時固定→觀測原木梁撓度，計算需頂行程，用千斤頂將木梁頂回原位，施工時做好觀測→在木柱邊增加基礎及鋼柱，與新增鋼梁頂緊（圖20）。

施工前，在2個柱子間梁的兩端及中心布點，設置3個監測點并測量原始值，根據梁兩端原始值確定應頂回的撓度上升值。施工過程中，須全程進行觀測直至頂回原位，防止頂升不到位達不到效果或過度頂升，損壞屋面。

4.3.2 木梁內側增加槽鋼的工藝

對于撓曲情況不明顯的檐口木梁，采用在木梁內側增加槽鋼的工藝（圖21），每隔20 cm用螺栓固定在木梁上，以增加木梁的剛度。與木屋架的交界處用螺栓固定在木屋架大梁上。該工藝既保證了木梁的剛度，又不占用使用空間，且比較隱蔽，對古建筑原有形態的影響較小。

圖20 梁底增加鋼梁

圖21 梁內側增加槽鋼

5 結語

1）對于磚基礎兩側增加地梁并用扁擔梁連接的基礎加固技術，可以通過在扁擔梁內增加14a#工字鋼支托作為銷件，更好地將墻體荷載傳遞給地梁。該方法對淺埋條形磚基礎類型的基礎加固都具有很好的推廣應用價值。

2）對于需要保留原墻體外貌的古建筑（特別是文保建筑），可通過對外墻增加墻墩，內墻采用鋼筋網片、混凝土結構加固找平膠及碳纖維布的加固工藝，對傾斜墻體采用取磚回拉糾偏或掏土糾傾等技術進行糾偏，既對墻體進行了加固，確保了墻體的安全性，又保留了墻體原有的外貌，保證了古建筑的文物價值。

3）針對木梁規格偏小、無法滿足支撐屋面質量要求的項目，在不揭頂更換木梁的情況下，可采取增加木柱支撐、木梁粘貼碳纖維布以及撓曲梁底增加鋼梁或木梁內側增加槽鋼的撓曲梁加固技術。該技術可以很好地解決木梁荷載承載力不夠的問題，既降低了改造的造價，又縮短了工期，為以后類似項目提供了一種可行的方法。

[1] 尹偉,鄭偉,徐曉明,等.既有空斗墻砌體結構的整體加固與改造[J]. 建筑施工,2018,40(8):1331-1334.

[2] 周忠宏.碳纖維布加固木結構構件的性能研究[D].南京:南京工業 大學,2005.

[3] 葉露君.淺析古建筑的加固補強[J].規劃與設計,2018(8):104-105.