软土地区幼儿园加固改造的技术研究

殷 伟 周丹丹 陈 赟

苏州中固建筑科技股份有限公司 江苏 苏州 215152

既有幼儿园常采用砖混结构，随着技术规范要求的提高，需对现存幼儿园进行改造加固。现有加固方式常采用构件加固法，从整体及抗震角度考虑，仍存在不足。常规地基基础加固方式在软土地区应用时仍受到一定的限制，砖混结构的整体性以及抗震性加固方式仍值得进一步研究[1-3]。

1 工程概况

工程位于苏州市吴江区流虹路，建造于20世纪80年代，拟改造建筑为3层砖混结构，建筑总高度为11.40 m，木屋架。主要加固改造施工内容为：基础加固，加固原结构承载力不足部分；结构改为框架结构；空斗墙延性混凝土加固；预制板底碳纤维布加固；钢木组合屋架。

2 改造体系的设计思路

对于既有砖混结构的改造，首先应当确定结构体系的改造方案，然后再对承重构件以及连接节点进行加强，根据现场条件，给出合理的加固措施。改造之后的结构，满足现行结构设计规范，同时兼顾施工的经济性和合理性。

该建筑的砂浆强度测定值偏低，只有2.3～4.4 MPa，且抗震性能不符合强制标准要求，提出部分不拆除既有结构，对地基置换加固、基础新增筏板和连系梁；建筑内部新塑框架柱梁，最外跨预制楼板置换为钢筋桁架现浇楼板；屋面采用粘钢梁组合原木架屋面的整体改造思路。利用新增混凝土框架来支撑既有预制板，承受竖向荷载，新增内框架平面布置图，如图1所示。新增框架结构模型，如图2所示。将砖混结构改造为框架结构，极大地提高了结构延性，原砌体墙只承受自重荷载当围护结构考虑。

图1 预制板最外跨桁架板置换平面示意

图2 新增框架结构模型

3 地基基础加固

3.1 地基加固

软土地区利用天然地基的多层砖混结构，基础沉降量较大且不均匀，为有效控制建筑物沉降，通常需对地基进行加固处理。该建筑物基础形式为砖砌扩展基础，为确保新增框架的变形对既有砌体围护墙工作无影响，需增设整体性较强的基础。对基础采取的加固措施直接影响到建筑物后续的使用，需验算满足承载力、不均匀沉降裂缝等。场地内地勘情况见表1，地基加固方式综合比较见表2。

表1 地基承载力特征值fak、压缩模量Es,0.1～0.2

表2 地基加固方式综合比较

本项目地基考虑以第②层粉质黏土层作为基础持力层，因第②层粉质黏土软塑局部呈流塑状态，下卧层第③层淤泥质粉质黏土呈流塑状态，均为软弱土层。考虑在基底回填一定厚度的砂石垫层以增加承载能力及调整不均匀沉降。置换后采用现场静态堆载模拟试验确定置换效果。模拟试验如图3～图4所示。

图3 现场堆载模拟试验

图4 试验读数

3.2 基础加固

本项目基础加固采用新增筏板基础和墙下独立基础加连系梁的这2种方式，基础加固平面布置如图5所示。

图5 基础加固平面布置示意

基于上部结构荷载传递和既有外墙条形基础抗剪需求，保证基础整体受力和变形协同性，提出如下施工方法：原墙体每隔600 mm分段切割200 mm的方洞，内置10#型钢销键，型钢销键水平穿过条形砖基与竖向地梁钢筋笼焊接。新增筏板基础原抗剪短筋采用型钢替换，相较于传统钢筋销键做法，本方法承担上部墙体强度更高，传力效果更好，且保证了施工过程中墙体的稳定性和安全性。基础加固节点如图6所示，型钢销键加固如图7所示。

图6 基础加固节点

图7 型钢销键加固

通过扩大基底面积减少地基沉降值，同时增加独立地基高度，用以保证基础的抗弯、抗剪和抗冲切承载力满足受力要求，实施做法如图8所示。在基础加固施工的过程中，应当注意：新增独立地基底部应当夯实并且铺设垫层，保证基底受力均匀；浇筑混凝土采用P6等级防水混凝土。

图8 墙下独立地基加固

4 新增内框架与既有结构的连接

对于砖混结构房屋，通过新增框架竖向结构，将原来框架、砌体共同承重的结构体系改变为混凝土框架承重体系。这样，原有的砌体墙变更为建筑围护墙体，自承重受力，如图9所示。

图9 新增内框架施工

为确保砌体围护墙的稳定，需要采取措施减小墙体高厚比，针对连接节点荷载传递有效性，在新增楼层梁处设置拉结封闭箍筋与原砌体墙连接，减小砌体墙的计算高度，如图10所示。

图10 墙端封闭箍筋加固

既有楼板为预制楼板，为增加预制楼板抵抗变形的能力，在支撑预制楼板的梁上新增角钢支托，如图11所示。

图11 预制楼板角托加固

5 既有空斗墙的延性加固

改变原有结构体系后，原有砌体墙置换为填充墙，不参与竖向荷载的传递，但是砌体空斗墙属于松散结构，具有耗能能力弱和延展性差等缺陷，在遭遇塑性变形作用时极易发生脆性破坏，造成人员和财产损失，据此提出采用高延性混凝土对既有墙体进行加固处理。

与普通混凝土相比，高延性混凝土拉伸性能可达普通混凝土的200倍，同时高延性混凝土面层能够对砌体墙产生较强的约束力，提高砌体墙的抗侧刚度及承载能力，抑制墙面出现裂缝。

高延性混凝土搅拌应采用拌筒固定式机械，搅拌速率应根据搅拌量现场试验确认，现场由计量员按配合比称量原料后投入搅拌机械内。投料顺序：搅拌用水→细骨料、水泥及拌和料等→纤维材料，拌和过程中应充分搅拌，确保物料均匀成糊状且无凝团小块等，当纤维体积率超过1.5%时，可提高搅拌转速或延长搅拌时间。

针对空斗墙砌体，需要剔除原砖墙灰缝10～15 mm。再采用高延性混凝土涂抹嵌缝（图12），必要时可增设抗剪键进行双面加固，提高加固层与原墙体之间的协同工作机制。

图12 高延性混凝土人工涂抹

高延性混凝土面可采用人工压抹或机械喷涂作业，首先对构件表面进行铲刷，裂缝补强和灰缝嵌补等；浸润后人工分层压抹或机械喷涂至设计厚度，分层厚度不应大于15 mm；面层半硬后收光作业；待高延性加固面层终凝后即进行7 d养护作业，同时需建立养护台账和留置试块进行检测。高延性混凝土性能指标见表3。

表3 高延性混凝土性能指标（60 d）

6 结语

1）对砖混结构进行合理改造，可以实现其功能性、安全性的提升，创造出巨大的社会及经济效益。

2）既有建筑物抗震加固对地基承载力提出了新的要求，通过软弱地基置换和新增筏板基础中抗剪键的升级，可以完美解决荷载增加后对既有建筑物的不利影响。

3）既有砖混结构抗震性能差，传力途径不够直接。所以，建议采用新增内框架的改造方式进行加固处理。原有结构的砌体墙作为自承重围护墙体，不参与竖向荷载的传递，有利于建筑功能的重新布局设计。

4）内框架结合外围护墙的结构形式，应当采取措施提高既有围护墙体的延性，比如采用高延性混凝土对既有空斗墙进行加固处理。