城市基礎(chǔ)設(shè)施地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)加固方案研究

徐晟奕

上海國際投資咨詢有限公司，上海 200003

目前，20 世紀(jì)末建設(shè)的城市基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)投入使用20余年，部分建筑出現(xiàn)墻體開裂、地磚起拱等損壞現(xiàn)象。同時(shí)，隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的重新修訂，建筑、結(jié)構(gòu)、抗震、消防等設(shè)計(jì)規(guī)范的不斷更新，現(xiàn)有建筑在建設(shè)規(guī)模、功能布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面已無法滿足當(dāng)下的使用規(guī)范要求。為了充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，避免重復(fù)建設(shè)造成的投資浪費(fèi)現(xiàn)象，在進(jìn)行改擴(kuò)建工程時(shí)，可能會(huì)涉及對(duì)現(xiàn)有建筑的結(jié)構(gòu)加固和補(bǔ)強(qiáng)工程。該研究通過對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施加固必要性、加固范圍、加固方法、投資估算等方面進(jìn)行分析，最終提出了合理的地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)加固方案。

1 研究原則及方法

（1）研究原則。①執(zhí)行當(dāng)前最新的建筑、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。②以同類建筑共性需求作為研究內(nèi)容，不考慮單個(gè)項(xiàng)目特殊需求。③在滿足需求的情況下，堅(jiān)持合理控制投資，提高投資效率。

（2）研究方法。①案例研究法：對(duì)具有代表性的實(shí)際案例進(jìn)行深入剖析，分析共性和個(gè)性因素，作為分析研究的基礎(chǔ)。②文獻(xiàn)研究法：對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行收集、整理、歸納與比較，不斷給研究工作提供有價(jià)值的信息。③專家調(diào)研法：走訪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)加固、基坑圍護(hù)、概預(yù)算等方面專家，與其進(jìn)行專題溝通。

2 研究內(nèi)容

2.1 加固必要性

城市基礎(chǔ)設(shè)施加固研究的第一步是需要明確是否有必要進(jìn)行加固以及是否屬于加固工程范疇。加固工程是指針對(duì)建筑物整體結(jié)構(gòu)體系，按照現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，經(jīng)計(jì)算及論證，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或存在影響結(jié)構(gòu)安全的問題而需要整改的工程。如果只是對(duì)建筑物中的裝飾裝修、電氣等進(jìn)行完善或更新，則屬于修繕工程，不屬于加固工程范疇[1]。研究認(rèn)為，年久失修的“老年”建筑未必一定要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。通常在發(fā)生如下情況時(shí)，需要進(jìn)行安全鑒定，考慮加固工程的必要性：

（1）現(xiàn)有用房建筑面積無法滿足實(shí)際使用需求，且對(duì)照新的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)存在建筑面積缺口，需要對(duì)現(xiàn)有用房進(jìn)行加層擴(kuò)建；（2）現(xiàn)有用房業(yè)務(wù)用途發(fā)生較大變化，已不符合新的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)功能布局要求，需要對(duì)現(xiàn)有用房進(jìn)行布局調(diào)整，且涉及荷載明顯變動(dòng)或改變主體承重結(jié)構(gòu)；（3）受到周邊相鄰地塊深基坑開挖、地下工程施工影響，導(dǎo)致現(xiàn)有用房整體出現(xiàn)不均勻下沉或整體傾斜，房屋出現(xiàn)地坪開裂等現(xiàn)象[2]。

2.2 加固范圍

研究認(rèn)為，加固工程的建設(shè)范圍具有局部性和針對(duì)性。涉及加層擴(kuò)建時(shí)，一般會(huì)導(dǎo)致建筑上部梁、板等部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震能力不滿足要求，需要進(jìn)行局部加固；涉及功能布局調(diào)整時(shí)，一般會(huì)引起局部荷載變動(dòng)，需要對(duì)部分構(gòu)件進(jìn)行加固；涉及房屋整體傾斜時(shí)，一般需要對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固；涉及裙房樓頂加層，且裙房基礎(chǔ)形式和主樓基礎(chǔ)形式不同，可將裙樓和主樓視作兩個(gè)單體建筑，加固范圍主要為裙房區(qū)域。

因此，研究建議加固工程建設(shè)范圍應(yīng)根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）、《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》（DGJ 08—81—2015）等現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)《房屋抗震鑒定報(bào)告》鑒定結(jié)果，經(jīng)過工程計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度和變形進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，對(duì)局部結(jié)構(gòu)有安全隱患的部位進(jìn)行針對(duì)性加固。

2.3 加固方法

（1）地基基礎(chǔ)加固。地基基礎(chǔ)加固的方法包括加寬基礎(chǔ)、加深基礎(chǔ)、增設(shè)樁、地基處理等。當(dāng)加層擴(kuò)建地基承載力不足時(shí)，一般可采用加寬基礎(chǔ)，即通過增設(shè)承重梁、筏板基礎(chǔ)等方式加大建筑基底面積，進(jìn)行基礎(chǔ)加固；當(dāng)?shù)鼗写嬖谲浫跖蛎浲習(xí)r，一般可挖去后重做混凝土墩，加深基礎(chǔ)，進(jìn)行基礎(chǔ)加固；因加層擴(kuò)建或受到周邊工程深基坑開挖影響等情況，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)承載力嚴(yán)重不足時(shí)，一般可考慮增設(shè)樁（包括壓入樁、錨桿靜壓樁、灌注樁等）來托換原有基礎(chǔ)形式，進(jìn)行基礎(chǔ)加固；若深度為3mm 以上的地基出現(xiàn)開裂，并且強(qiáng)度或剛度不足時(shí)，一般可考慮采用化學(xué)灌漿法等進(jìn)行基礎(chǔ)加固。研究認(rèn)為，針對(duì)房屋整體出現(xiàn)不均勻下沉或整體傾斜，在考慮控制房屋傾斜、不考慮對(duì)建筑糾偏的情況下，一般不會(huì)同時(shí)采用多種地基基礎(chǔ)加固方案。在地基承載力未呈現(xiàn)嚴(yán)重不足，而且建筑荷載增加不大的情況下，研究建議采用壓密注漿法；反之，若地基承載力呈現(xiàn)嚴(yán)重不足，在結(jié)合勘察報(bào)告確定樁基持力層和單樁承載力，以及同一建筑不存在不同持力層后，可考慮采用錨桿靜壓樁；在使用上述方法后，經(jīng)計(jì)算論證仍存在基礎(chǔ)尺寸不足、抗沖切不足等情況時(shí)，可進(jìn)一步采用基礎(chǔ)加固法。在進(jìn)行具體地基基礎(chǔ)加固時(shí)，為了確保施工的經(jīng)濟(jì)、安全和合理，若采用壓密注漿法，研究建議控制好注漿范圍、注漿速度和工藝手段；若采用錨桿靜壓樁，研究建議科學(xué)布置錨樁數(shù)量和位置，同時(shí)注意施工過程中產(chǎn)生的向上頂力，可能會(huì)造成局部混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫等次生災(zāi)害。

（2）上部結(jié)構(gòu)加固。上部結(jié)構(gòu)加固的方法包括增大截面加固法、黏鋼加固法、包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法等。增大截面加固法一般是在構(gòu)件受壓區(qū)增加混凝土現(xiàn)澆層、受拉區(qū)增加配筋量，通過增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面積和配筋量，提高構(gòu)件的正截面抗彎、斜截面抗剪能力、截面剛度等承載力；黏鋼加固法一般是針對(duì)靜力作用下承載力不足的混凝土受彎、受拉構(gòu)件，通過采用環(huán)氧樹脂配成的膠黏劑，將鋼板粘貼在構(gòu)件外部進(jìn)行加固，提高構(gòu)件的承載力和正常使用時(shí)的性能；包鋼加固法一般是在被加固構(gòu)件的四周采用環(huán)氧樹脂配成的膠黏劑，將型鋼包在外邊黏結(jié)形成一個(gè)整體進(jìn)行加固，提高構(gòu)件正截面承載力、延性和截面剛度。上述三種加固方法比較常用，屬于直接加固法。預(yù)應(yīng)力加固法一般適用于受彎的混凝土構(gòu)件，通過外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿產(chǎn)生的負(fù)彎矩，可以抵消部分荷載彎矩，減小原構(gòu)件擾度，縮小原構(gòu)件的裂縫寬度；增設(shè)支點(diǎn)加固法屬于改變受力體系的加固方法，一般適用于大跨度結(jié)構(gòu)，通過增設(shè)柱或托架，減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算跨度，降低計(jì)算彎矩，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力。上述兩種加固方法屬于間接加固法。

其他加固方法還包括碳纖維加固法，一般適用于修復(fù)鋼筋混凝土大偏心受壓構(gòu)件的加固，或因地震造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭受損壞等情況；壓力灌漿法，一般適用于因地震、沉降等原因引起的墻體修補(bǔ)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在裂縫[3]。研究認(rèn)為，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件存在的不同問題，應(yīng)該采用具有針對(duì)性的加固方案。研究建議，在充分利用使用空間的情況下，對(duì)于不滿足配筋要求的框架梁和屋面板底，考慮采用黏鋼加固法；對(duì)于不滿足配筋要求的方形柱，考慮采用包鋼加固法；對(duì)于不滿足配筋要求的圓形柱，考慮采用碳纖維加固法；對(duì)于結(jié)構(gòu)混凝土梁柱開裂需要進(jìn)行修復(fù)，考慮采用壓力灌漿法；對(duì)于截面尺寸不符合規(guī)范要求，考慮采用增大截面加固法；在荷載布置方案無法較好調(diào)整的情況下，框架柱剛度不滿足規(guī)范要求時(shí)，考慮采用增大截面加固法。在進(jìn)行具體上部結(jié)構(gòu)加固時(shí)，為了確保施工的經(jīng)濟(jì)、安全和合理，應(yīng)進(jìn)一步復(fù)核加固構(gòu)件尺寸，滿足規(guī)范要求，同時(shí)應(yīng)注意了解構(gòu)件周邊情況；加固用混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)高于原結(jié)構(gòu)等級(jí)一級(jí)；框架梁加固時(shí)，既要滿足強(qiáng)度和變形要求，在梁、柱接合處又要注意采取措施，滿足抗剪要求；黏鋼加固法等方法對(duì)施工工藝要求較高，應(yīng)注意環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、無化學(xué)腐蝕及相關(guān)工藝手段；使用粘貼方式加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)注意后續(xù)定期檢查工作狀態(tài)。

2.4 投資估算

由于加固工程的建設(shè)范圍具有局部性和針對(duì)性，而且加固工程一般會(huì)涉及多種加固方法，因此整體投資通常難以用綜合造價(jià)指標(biāo)來估算，但針對(duì)加固工程中某一確定范圍及確定加固方法的加固子工程，研究建議可通過造價(jià)指標(biāo)對(duì)投資進(jìn)行控制。從投資效益角度出發(fā)，研究建議加固工程整體造價(jià)指標(biāo)不應(yīng)高于新建工程造價(jià)指標(biāo)。

3 研究成果

研究認(rèn)為，對(duì)于年久失修的城市基礎(chǔ)設(shè)施，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)達(dá)不到現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求或存在影響安全問題時(shí)，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。加固工程建設(shè)范圍應(yīng)依據(jù)《房屋抗震鑒定報(bào)告》和驗(yàn)證計(jì)算，對(duì)局部結(jié)構(gòu)有安全隱患的部位進(jìn)行針對(duì)性加固。研究建議地基基礎(chǔ)加固一般采用壓密注漿法，當(dāng)?shù)鼗休d力呈現(xiàn)嚴(yán)重不足時(shí)，考慮采用錨桿靜壓樁；對(duì)于上部結(jié)構(gòu)中不滿足配筋要求的框架梁和屋面板底，考慮采用黏鋼加固法；對(duì)于不滿足配筋要求的方形柱，考慮采用包鋼加固法；對(duì)于不滿足配筋要求的圓形柱，考慮采用碳纖維加固法；對(duì)于截面尺寸不符合規(guī)范要求的，考慮采用增大截面加固法。加固工程的整體投資通常難以用綜合造價(jià)指標(biāo)來估算，但針對(duì)其中各個(gè)確定范圍及確定加固方法的加固子工程，研究建議可通過造價(jià)指標(biāo)對(duì)投資進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語

該研究通過對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施加固必要性、加固范圍、加固方法、投資估算等方面進(jìn)行分析，最終提出合理的地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)加固方案，有利于緩解城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全隱患，有助于進(jìn)一步加強(qiáng)和改善城市基礎(chǔ)設(shè)施的硬件水平，保障改擴(kuò)建工程的順利實(shí)施，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。