上海软土地区结构加固大修施工研究

瞿晓军

（上海建工四建集团有限公司，上海市 201100）

0 引言

我国自建国以来经历了多次大的基建潮，越来越多建筑的使用年限已接近设计年限[1]。尤其是政府部门办公建筑，其使用安全不仅关系到工作人员的安危，更关系到普通民众的办事需求。因此，为了确保老建筑的安全，不可避免地需要采取一些大修措施[2-4]。上海处于典型的海相软土区域，老旧建筑自身不均匀沉降时有发生，而且周边环境也很复杂，进行大修改造施工时如何确保结构等安全则是一个难以回避的难题[5-6]。

本文基于以上背景，依托上海某政府部门办公用房大修项目，探讨研究上海软土地区周边复杂条件下的大修施工，尤其是结构加固措施，为类似工程提供参考。

1 工程概况

某政府部门办公用房大修项目（6#楼）位于上海市徐家汇区域，东侧及北侧为居民区，南侧及西侧为本工程基地。共分为5个单体，由西向东依次为 1#楼、2#、3#楼、4#楼、5#楼及 6#楼。施工阶段厂区布置如图1所示。本项目主要针对6#楼的加固改建进行研究。

6#楼地面三层，建筑面积为1 074 m2，每层建筑面积为358 m2。建筑高度为13.680 m，室内外高差0.58 m，室外标高为+3.30 m（绝对标高），室内±0.000=+3.880 m（绝对标高）。

图1 施工阶段厂区布置图（单位:mm）

6#楼北面外墙即居民区围墙，东侧外墙离围墙距离4 m，南侧及西侧为本工程基地内侧。

6#楼原结构体系为砌体与木结构相结合的混合结构体系。基础、外墙及部分的内隔墙为砖墙，B、C轴上存在8根混凝土柱，柱与墙之间有混凝土梁，楼板采用152 mm×305 mm@400 mm木格栅或混凝土楼板。屋面为金属屋面。

原有结构的现状：（1）混凝土结构构件密实度较差，碳化严重，引起部分构件出现铁胀裂缝现象；（2）原墙体砌筑砂浆强度较低，且由于房屋有一定不均匀沉降，导致砌体产生较多的裂缝；（3）部分木格栅有腐朽、蚁蛀状况。

2 工程重点与难点分析

本大修工程的重点、难点主要包括：

（1）6#楼北侧为居民区，外墙离居民外墙仅4.9 m，且外墙就是围墙，外墙施工需要占用4.9 m宽的弄堂。在外脚手架及居民间设置一道九夹板围墙，围墙高度为2.2 m。

（2）北立面外存在一些临时建筑需要和居民协调，达成一致意见后拆除。在建筑西北角的一层砖砌结构与6#楼相连，在施工时要加强保护工作。

（3）由于本工程为老式混合结构，结构体系比较复杂，特别是砌体及木结构，结构体系自身不是很牢固，在施工时要加强保护工作。楼层位置部分采用木格栅结构，为铰接节点，建筑整体刚度比较差，外墙在加固完成前基本不能受力。

针对以上重点、难点，采取针对性施工部署，分类采用合适的结构加固技术，确保建筑安全。

3 施工部署

3.1 总体部署

结合工程的重点与难点，总体施工部署如下：

（1）6#楼施工前，应协调好与居民之间的关系。先拆除北侧临时建筑，并搭设好外脚手架及与居民间的隔墙，尽量减少结构施工对居民的影响。

（2）外脚手架搭设前，先完成外墙内外侧基础加固工作。

（3）屋面结构拆除后，由于三层结构加固、屋面钢架施工及相关屋面工程施工周期较长，为了保证基础不浸泡在水里，需在三层楼面上覆盖塑料薄膜做好防雨工作。

（4）由于本工程部分为木结构，且已年久失修，根据现场实际情况发现存在一定的白蚁虫蛀现象，因此在结构置换过程中需做好防白蚁工作。

（5）利用6#楼南侧场地作为6#楼施工时的材料堆场及加工场。

（6）由于本工程单体很多，且处在不同的施工阶段，车辆进出场频率较大，为了保证材料能准时进场，需安排好材料进场时间。

施工总体流程为：一、二层基础开挖及原楼梯拆除→基础加固及局部增加新基础→外脚手架搭设→一、二层内外墙粉刷层剥除→自上而下依次墙体开洞和新增墙体砌筑→墙体及柱加固→梁板混凝土结构加固→木结构修复→屋面结构拆除及三层内外墙粉刷层剥除→屋面圈梁施工→三层外墙加固→屋面钢结构施工→外围护结构施工

施工进度计划：2011年春节过后开始施工，施工总工期为290 d，结构加固工期为96 d。

3.2 施工现场平面布置

（1）大门设置

6#楼施工主要利用1#门，包括人员进出和材料车辆的进出。

（2）道路、硬地坪设置

在外墙基础加固施工完成后，要对地面进行硬化处理，供后期的脚手架搭设。硬化处理方式为100 mm厚道渣+100 mm厚C20混凝土，宽度为外墙外2 m。

6#楼西侧老建筑拆除后，要对地面进行场地平整。平整后的场地应能满足材料堆放的要求（1 t/m2），采用100 mm厚道渣+150 mm厚C20混凝土。

原新建大楼的东侧地下室顶板上需进行回填处理，回填采用土方，上部采用100 mm厚道渣+150 mm厚C20混凝土（内设Φ12 mm@200 mm双向钢筋网片）。

在基地内总体工程开工后，应对混凝土道路进行全部拆除并外运，拆除采用镐头机破碎并装车外运。拆除工作要保证所有的施工道路拆除干净，留下好土供现场管道布设及绿化种植等。

由于车辆通过1#门到6#楼南侧时，需要经过原新建建筑的地下室顶板。由于地下室顶板比室外地坪要低，故在地下室顶板上设置钢坡道。

（3）临时设施布置

现场办公场所主要以4#楼为主，作为现场施工承包单位、监理单位及各分包单位的办公场所。5#楼为业主办公楼。

食堂在5#楼的东侧，通过现场实际勘查后重新布置好食堂设备。

养护室设置在5#楼的南侧，还设有操作室及制度上墙等。

在2#门入口处设置四排一图、企业旗帜、宣传栏、绿化等。

生活区设置在新大楼南侧的地下室顶板上，共两幢，均为二层彩钢板建筑。

基地南侧及西侧设置有现场厕所及材料仓库。

6#楼施工用的材料主要堆放在6#楼南侧的场地上。

仓库、茶水间、门卫室、茶水间、吸烟间等采用公司定型化产品。

3.3 用电布置

6#楼改建用电专门布置一路电缆YHC3×95+2×50至6#楼西侧控制箱内。

3.4 用水布置

本工程工地水源位于建国西路75号大门进口处，从现场两路水管中的东侧水管中接一路2寸支管供6#楼施工使用。

3.5 消防设施布置

结构施工阶段，在外脚手架转角处以及结构楼层楼梯口和电梯层门附近布置一定数量的灭火器，并做好标识。

每个楼层均需备好消防用软管，并放在醒目部位。每个楼层的消防水管专用接头应独立设置，不得与施工用水管接头混用。

3.6 排水布置

6#楼排水利用西侧的已有排水明沟进行现场排水。

4 结构加固关键技术

4.1 加大截面法加固施工

6#楼存在8根混凝土柱，采用加大截面法进行加固处理。柱两侧为板条墙或混凝土外墙。

基础采用扩大加固处理，加固宽度为大放脚外400 mm，新增承重构件下增设混凝土基础，如图2所示。

图2 基础扩大加固处理示意图（单位:mm）

混凝土柱采用加大截面法。如图3所示，四周各加大90 mm～120 mm，同时布设钢筋。

图3 混凝土柱加大截面法处理示意图（单位:mm）

柱加固时，遇到板条墙需拆除板条墙后再加大截面加固，具体不同部位的加固方式见图4。

图4 不同部位混凝土柱加固方式示意图

（1）施工程序

粉刷层去除、凿毛→压力水冲洗干净、去除积水→新增受力钢筋及箍筋与原有结构采用化学植筋连接→浇筑C30混凝土并定时浇水养护。

（2）施工要点

a.表面处理：为使新旧混凝土结合牢靠，施工前应做好混凝土表面处理工作。对存在表面缺陷的构件应凿除至密实部位，并将表面凿毛。如果混凝土出现露筋现象，则先对锈蚀的钢筋进行除锈、阻锈处理。

b.新加纵向钢筋的锚固：柱内新加纵向钢筋应通长布置，中间不得断开。其下端应伸入基础并满足锚固长度要求；上端应穿过楼板与上层柱脚连接。

c.框架柱新加纵向钢筋与原基础连接：用植筋法将框架柱新加纵向钢筋锚入原基础。原基础顶面在加大柱截面部位凿毛，按新加纵向钢筋位置定位后用电锤钻钻孔，清孔吹灰后注入植筋胶，插入钢筋，其直径与新加纵向钢筋相同，锚入基础深度一般不小于15倍钢筋直径，伸出基础的长度根据与新加纵向钢筋的连接形式而定，可以采用焊接、机械连接或绑扎连接。

d.框架柱新加纵向钢筋穿过楼层的构造：新加纵向钢筋必须穿过中间各楼层。非抗震时搭接位置可从各楼层板面开始，抗震时宜避开柱端箍筋加密区。新加纵向受力钢筋穿过楼层时，如其中间的钢筋与楼层梁相碰，一般绕梁而过；当楼层梁宽至新加纵向受力钢筋穿过楼层时难以绕过时，可在梁端做钢套，难以穿过的新加纵向受力钢筋与钢套的角钢焊接，钢套侧面钢板截面强度应不小于未穿过的钢筋强度；对于新加纵向构造钢筋遇到楼层梁而未能穿过时，可把梁底的混凝土保护层凿掉，把纵向构造钢筋与梁底的钢筋相焊接。

e.框架柱新加纵向钢筋在顶层板或屋面板封顶锚固：被加固柱在顶层板或屋面板部位的板面应凿掉混凝土保护层，新加纵向钢筋穿过顶层板或屋面板后将新加纵向钢筋弯折相互搭接并焊牢。

4.2 碳纤维加固施工

本工程内原有的钢筋混凝土梁及钢筋混凝土楼板均采用0.167 mm厚碳纤维进行加固处理。底部采用三层碳纤维布，碳纤维布U型箍间距@300 mm。所有梁均采用水泥砂浆粉刷，内设钢丝网片。混凝土板底采用双向0.167 mm厚碳纤维布进行加固。碳纤维布加强前需采用环氧树脂对已有的裂缝进行灌浆封闭密实处理。

（1）材料及技术参数

加固所用碳纤维布及各项指标见表1。

表1 加固所用碳纤维布的各项指标

碳纤维布配套用胶按施工工艺及功能分为底胶、整平材料及粘贴树脂三种，各类胶的物理力学指标见表2。

表2 各类胶的物理力学指标

（2）施工程序

整个施工按以下步骤进行：施工准备→混凝土表面处理→涂刷底层树脂→找平处理→主涂→贴碳纤维贴片→主涂→表面处理。

（3）施工要点

a.混凝土表面处理：以砂轮机或磨光机将混凝土表面劣化层（风化、游离石灰、脱模剂 、剥离之砂浆、粉刷层、污物等）清除，露出混凝土结构新面。转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径应不小于20 mm。磨平后以毛刷或吹风机将粉尘及松动物质去除，表面要平整干净并保持干燥。

b.涂刷底层树脂，确认施工环境：混凝土表面曾结露或接触到水处不得施工，湿气太高将导致树脂与水气产生作用而干扰胶化过程。

4.3 化学植筋（螺栓）

原砌体结构的外粉刷层需铲除干净，旧灰缝剔除30 mm，粉刷层内设置Φ4 mm@300 mm双向钢筋网片并设置Φ6 mm拉结钢筋（600 mm×600 mm），外侧采用双面钢丝网砂浆粉刷，承重墙裂缝宽度大于0.2 mm处需设置Φ6嵌缝钢筋，每隔四皮砖嵌一根钢筋，如图5所示。

图5 承重墙裂缝设置嵌缝钢筋处理示意图

由于部分区域的功能调整，特别是厨房间、卫生间和电梯间，增加了一部分混凝土梁和板，这些梁板与四周结构连接时采用化学植筋。8根混凝土梁与基础及楼层位置梁的连接也采用化学植筋方式。

（1）施工程序

凿出混凝土结构面：要求在进行植筋（种植螺栓）之前，将外围非结构层除去，或了解非结构层深度。

定孔位：按设计图钢筋图示位置尺寸采用钢卷尺、钢板尺在需要植筋的旧混凝土面上定出钻孔位置，并加以记号标注。

钻孔：按照植筋、化学螺栓锚固图的规定。

清孔：对孔的清理，应先用刷子刷孔，再用吹气筒吹去孔内粉尘，清孔工作应至少进行两次。

配置黏结剂及锚固钢筋除锈：严格按照配比配置黏结剂，必须搅拌均匀。如果植钢筋生锈或有油污，应用除锈剂清洗污垢。

注黏结剂植筋：开始向孔内注植筋胶，大致注满1/3孔体积，为预防孔内有空气，要求胶水一定要注入孔底。对加工好的钢筋（螺栓）（要求植入长度范围刷胶充分）植入注满胶的孔中，慢慢旋转插入钢筋（螺栓），植入深度不小于设计值。

固化前保护：在植筋胶完全固化前，不得触动所植钢筋（螺栓），植筋胶固化时间于混凝土表面温度的关系参照相关产品说明。

施工质量标准及验收方式：按照相关设计要求及产品说明规定的相应设计荷载，请国家专业质量检测单位到现场对其进行拉拔测试。

（2）施工要点

孔洞干净与否对植筋质量有很大影响，因此施工时先用刷子刷孔三遍，然后用吹风机吹灰。

钢筋表面干净与否对黏结力有较大影响，植筋所有钢筋如有生锈，需先进行除锈处理。

预注胶水时，胶水需注入到孔底，将空气排除，避免气泡产生。

需做好固化前保护，如植筋胶初凝这段时间内触动所植钢筋，钢筋的黏结强度会下降很快，因此钢筋植入后在一段时间内不得触动。

施工时先将所有需要植筋的部位进行钻孔、清孔工作，然后由施工现场管理人员检查孔洞，合格后再进行植入钢筋工作。做到施工有序，管理合理。

4.4 楼板木格栅置换

二层及三层楼板大部分为152×305@400的木格栅，由于6#楼年久失修，部分木格栅已经出现腐蚀等情况。为了保证6#楼整修完成后正常使用，需对已经发生腐蚀的木格栅进行置换处理。

（1）置换要求

木格栅置换前需拆除格栅上方的木地板，使其完全暴露在外，用仪器和目测的方式判断是否需要置换。

根据木格栅的损坏情况对每根木格栅采取不同的加固方式：整根调换、局部更换或局部修复。

（2）注意事项

更换的木格栅应与原木格栅的材料一致，采用落叶松。所有木结构置换前后需要做好防白蚁的工作。

5 实施效果

在6#楼自身及周边构筑物上布设了测点，测量仪器配置了经纬仪和水准仪。观测结果表明6#楼自身及周边构筑物的沉降与倾斜均在规范规定范围内，工程完工五年多来，建筑使用安全，证明本次结构加固大修施工方案是可行的。

6 结语

本文依托上海软土地区某办公建筑大修项目，针对其特点采取了加大截面法、碳纤维加固、化学植筋等结构加固措施。实施结果表明本次施工较好地解决了软土地区复杂条件下老旧办公建筑大修的相关问题，工程实践为类似工程大修改造实施提供了较好的借鉴。

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