古建筑群落加固改造技术

2020-03-01顾天熊

建筑施工 2020年9期

顾天熊顾亮尹伟

苏州中固建筑科技股份有限公司江苏苏州 215152

1 工程概况

滁州遵阳街位于滁州老城东部，原津浦铁路西侧，旧时曾是滁州繁华的经济文化中心和工业发源地。遵阳街洋桥洞片区老旧建筑总面积50 000 m2，其中需要修缮部分8 000 m2，涉及22个区，60余栋旧建筑。大部分房屋建于1949年前，原基础为浅埋条形砖基础，部分建筑为乱砖基础（图1）或土基础（图2），采用厚370 mm烧结普通砖墙（部分墙体为空斗墙）加木柱承重。砌筑砂浆采用混合砂浆，部分为沙土砌筑。墙体结合层已开始风化，墙体破旧（图3），部分墙体已出现裂缝和倾斜（图4）。上部结构为三角形木屋架加瓦屋面的形式。部分建筑木梁规格偏小（图5），无法满足支撑屋面质量的要求。沿街商铺处檐口木梁已出现严重的挠曲情况（图6）。根据检测报告，墙体砖抗压强度推定等级为MU7.5，砌筑砂浆抗压强度为1.0～1.4 MPa。部分建筑的结构和构件局部不能满足承载能力要求，房屋整体差，影响使用性，需加固补强；部分建筑的安全性严重不符合要求，继续使用将危及生命安全，必须立即采取加固措施。

图1 乱砖基础

图2 土基础

图3 破旧墙体

图4 墙体倾斜、开裂

2 基础加固

图5 小规格木梁

图6 檐口挠曲梁

本工程房屋为浅埋条形砖基础，采用如下基础加固方案：在原墙基两侧增加钢筋混凝土地梁，每间隔800 mm设置1道扁担梁连接地梁（图7），扁担梁内增加14a#工字钢支托作为销件（图8），将墙体所承受的荷载传递到新增的地梁上。施工混凝土地梁的同时现浇混凝土扁担梁，现浇扁担梁与保护墙体能完美地搭接，并与墙体连成整体，不留空隙，从而有利于均匀受力，提高传力效果。与传统的用钢筋做销件相比，型钢强度更大，更能将原墙体的质量传递到地梁上。施工过程中安排专人进行现场巡视，如发生异常，应立即停止施工。破损、倾斜严重的墙体，应在开挖前先进行墙体修复或纠倾。

图7 基础加固示意

3 墙体加固及纠倾

古建筑群落非同一般建筑，要遵循古建筑修缮的基本原则——修旧如旧[1-3]。因此，该项目外墙采用增加墙墩的方式进行加固。对于内墙部分：现场墙体结合层情况较好的，采用混凝土结构加固找平胶及粘贴碳纤维布加固；墙体结合层较差的，采用钢筋网片进行墙体加固。对于墙体发生倾斜的，则进行纠倾处理。

3.1 外墙增加墙墩

在房屋外墙增加墙墩（图9），用来承受上部梁及屋架的荷载，加强墙身的强度和稳定度。墙墩所用砂浆的标号比墙所用砂浆的标号高一个等级。

3.2 钢筋网砂浆面层墙体加固

3.2.1 总体加固思路

图8 基础加固现场

图9 外墙墙墩

通过建模计算可知（图10）：钢筋网砂浆面层墙体加固法实施后，空斗墙抗剪承载能力可以提高2倍左右；抗震性能、结构刚度、整体性、延性都能有较大幅度提高，墙段综合抗震能力指数大概能提高60%。本工程山墙及前后包檐等外墙内侧采用厚40 mm单面钢筋网水泥砂浆面层加固，内部隔墙采用厚40 mm双面钢筋网水泥砂浆面层加固，砂浆强度等级为M10，砖墙钢筋网直径为4、6、8、12 mm四种。

图10 结构三维模型

3.2.2 主要工艺流程

1）铲除墙体原粉刷层，以保证加固层与原墙体的可靠黏结。原墙有损坏或酥碱较严重的部位需先进行局部拆砌、修补。

2）在钢筋布网施工中：当采用双面加固时，用S形φ6 mm钢筋机械钻孔穿墙对拉；当采用单面加固时，用L形φ6 mm钢筋植筋锚固。灌M30水泥砂浆进行锚固，间距500 mm左右，并呈梅花形布置（图11）。现场如果是空斗墙，则锚固筋需设置在眠砖与斗砖的交接灰缝中。当无法设在眠砖与斗砖交界的灰缝中时，应先对空斗墙进行灌浆填实，以保障锚固筋与墙体连接的可靠性。

3）施工钢筋网片的砂浆面层，分3次进行。第1次将钢筋网片与墙面的间隔空隙填满，第2次将钢筋网全部覆盖住，第3次抹至设计厚度（图12）。

为了保留建筑的原有风貌，墙面加固时需要保留原木柱、木梁形态，加固面层与木构件交界处做成斜八字形（图13）。

图11 钢筋网片及拉结筋

图12 钢筋网砂浆面层

图13 柱子边斜八字形

3.3 混凝土结构找平胶及粘贴碳纤维布加固墙体

3.3.1 总体加固思路

混凝土结构加固找平胶具有施工性好、易于涂刮、初黏力高、不流淌、本身强度及与砖块黏结强度高等优点，利用其抗老化性及耐介质侵蚀性好、利于砖块与砖块形成一个整体的特点，可大大提高整块墙体的稳定性。碳纤维布质量轻且厚度薄，碳素纤维的质量仅有钢材料的1/4，而拉伸强度却是钢材料的10倍。通过碳纤维布本身具有的超高抗拉性能，可以对墙体起到二次补强作用。聚合物砂浆黏结强度高，能与碳纤维布形成一体。

3.3.2 主要施工流程

1）铲除墙体原粉刷层，清理砖缝，并将原砂浆抠缝20 mm。

2）用找平胶填满缝隙，再用刮刀压平抹光，然后均匀涂抹在需加固的墙体上，待涂抹固化后打磨找平（找平打磨各2遍）。

3）对找平后的墙面环氧固砂，再进行弹线、碳纤维布粘贴（图14），然后做环氧固砂来保护碳纤维布。

4）粉刷聚合物砂浆面层（图15）。为了保留原风貌，墙面加固时需要保留原木柱、木梁形态，加固面层与木构件交界处做成斜八字形。

图14 碳纤维布粘贴

图15 聚合物砂浆面层粉刷

该施工工艺便捷迅速，可缩短施工工期约40%。同时相较于钢筋网砂浆面层加固工艺，加固材料质量对原墙体带来的额外负荷要少很多，大大提高了施工中的安全性。

3.4 墙体纠倾

根据现场墙体的倾斜情况，本工程提出2种适合的纠倾工艺，分别是取砖回拉纠偏和掏土纠倾。取砖回拉纠偏工艺适用于基础未发生沉降、墙体发生倾斜的情况；掏土纠倾工艺适用于墙体保存较好、基础不均匀沉降引起的墙体倾斜。

3.4.1 取砖回拉纠偏

施工流程：选定取眠砖点及滑轮设定点→用圆木固定墙体→巧工细作，先取眠砖→拉动滑轮，细致观察→墙体归位，垫基加固→确保无误，拆除器材（图16）。

图16 取砖回拉示意

该工艺施工过程中的重、难点如下：当墙体损坏严重时，应先进行修复，再进行纠倾施工；拉动滑轮时，要安排专人全程进行监控，做到边拉边观察，每次纠倾幅度不能太大，要给墙体留有自然修整稳固的时间；墙体归位后，让墙体休整十几小时后，才能进行下道加固工序。

3.4.2 掏土纠倾

施工流程：用圆木固定墙体→开挖至基础底面→对基础底面掏土、冲水→做好沉降观测监控→纠偏完成后，进行土体压密注浆，充填地基土（图17）。

该工艺施工过程中的重、难点如下：事先控制墙体的回倾速率；墙体损坏严重时，应先进行修复，再进行纠倾施工。根据不同土层的分布情况以及沉降观测结果，控制掏土和冲水的时间间隔，通常为3～6 mm/次。纠偏时做好沉降观测监控。

4 木梁加固

本工程房屋上部结构为三角形木屋架加瓦屋面，其中木梁规格偏小，无法满足支撑屋面质量的要求。在考虑不揭顶更换木梁的情况下，采用木梁底增加木柱支撑、木梁贴碳纤维布及檐口挠曲梁加固的方法进行加固改造。

图17 掏土纠顷示意

4.1 木梁底增加木柱支撑

在部分对空间利用要求不高的建筑内，可在木梁中心位置增加木柱支撑来承受屋面的荷载。增加木柱前，需先做基础。该加固方法简单，造价低。

4.2 木梁碳纤维布加固

施工流程：表面处理→基层清洗→铺贴基准放线→涂刷浸润树脂→粘贴碳纤维布→养护→表面涂装。

对于规格偏小、没有缺损和裂缝的木梁，碳纤维布宽度采用100 mm，相邻碳纤维布中心距离为200 mm。

对较大面积木材的缺损和宽度大于20 mm的裂缝（图18），采用同等材质的木条进行修补，并用环氧树脂对裂缝进行压力灌浆封闭处理；对于宽度小于20 mm的裂缝，直接用环氧树脂胶进行表面涂抹封闭。缺损与裂缝修补处，全部粘贴碳纤维布（图19）。

图18 木梁裂缝

图19 木梁裂缝处粘贴碳纤维布

4.3 檐口挠曲梁加固

沿街商铺挠曲梁加固前，需要先拆除檐口1.2 m范围的屋面，待挠曲梁加固完成后再恢复。对于挠曲情况严重的部位，采用在挠曲梁底增加钢梁将挠曲梁顶回原位的工艺；对于挠曲情况不严重的木梁，采用在木梁内侧增加槽钢的工艺。所有钢材先刷防锈漆，后再刷与木材颜色相近的油漆。

4.3.1 挠曲梁底增加钢梁的工艺

主要施工流程：浇筑1 000 mm×1 000 mm×400 mm混凝土基础→砌筑2 4 0 m m×2 4 0 m m 砖柱→新增HN125 mm×60 mm×6 mm×8 mm钢梁，与挠曲梁做好临时固定→观测原木梁挠度，计算需顶行程，用千斤顶将木梁顶回原位，施工时做好观测→在木柱边增加基础及钢柱，与新增钢梁顶紧（图20）。

施工前，在2个柱子间梁的两端及中心布点，设置3个监测点并测量原始值，根据梁两端原始值确定应顶回的挠度上升值。施工过程中，须全程进行观测直至顶回原位，防止顶升不到位达不到效果或过度顶升，损坏屋面。

4.3.2 木梁内侧增加槽钢的工艺

对于挠曲情况不明显的檐口木梁，采用在木梁内侧增加槽钢的工艺（图21），每隔20 cm用螺栓固定在木梁上，以增加木梁的刚度。与木屋架的交界处用螺栓固定在木屋架大梁上。该工艺既保证了木梁的刚度，又不占用使用空间，且比较隐蔽，对古建筑原有形态的影响较小。