结构加固技术在文保建筑中的应用分析

商熀强（上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

0 引 言

历史建筑在某种程度上反映了城市的发展和演变，但随着社会的发展与历史的变迁，城市中一些年代久远的文保建筑已逐渐变成“危楼”，建筑损坏的情况时有发生。部分文保建筑由于年代久远出现自然损坏，但同时也存在被人为破坏的现象。这些建筑已经无法满足其使用功能，如不及时进行加固修缮，将阻碍城市的一体化发展。同时，由于城市的快速发展，文保建筑周边环境的现代化也造成了文保建筑整体风貌的缺失。由此可见，对于文保建筑的修缮与加固工作迫在眉睫。文保建筑作为中国历史文化遗产的重要组成部分，在修缮中，一方面需要考虑保留其原结构的特色[1-2]；另一方面，也要确保结构安全，满足使用功能[3-4]。

本文从上海某保护性综合改造项目（以下简称“本项目”）中的A楼结构加固工艺入手，分析文保项目的现状及其构件加固质量控制要点，探讨历史建筑与一般建筑加固的区别及加固工艺的选择问题，对同类项目的开展具有借鉴意义。

1 工程概况

本项目位于黄浦区中心地带，周边环境复杂，涉及多处文物建筑或优秀历史保护建筑，改造时应严格遵循历史规划退界、退台要求。本项目A楼为四层砖混结构（内侧局部为五层），始建于19世纪一二十年代，前后历经多个部门使用。由于年代久远，部分结构已出现不同程度的损坏，其加固、修缮工作迫在眉睫。

2 结构加固技术的选取与应用

2.1 基本思路

由于文保建筑的特殊性，在加固之前应着重考虑原有重要结构的保护，因此加固方法常常受到限制，需要采取更多的措施和耗费更多的人力来满足结构加固的要求。另外，文保建筑的建造年代久远，往往无原始图纸及设计资料，结构材料老化严重，有的文保项目前后经历了多次的改造，加固改造前必须对历史建筑进行检测，确定原结构的尺寸、材料强度、结构形式及破损情况后方可制定加固方案。古建筑的结果设计与现代结构设计理念及参考规范不一致，原结构不能满足现行规范及结构验收要求（特别是在抗震设计方面）。因此，如何判断古建筑的现状，采用何种工艺进行加固改造，都是正式加固工作开展前需要思考的问题。鉴于此，施工方需要在加固前对结构进行鉴定以保证加固时的结构安全，同时增加抗震性能的评估，确定体系与构件加固的范围。

此外，施工前需要对涉及的历史保护部位（走道地面马赛克、原有门套及壁炉、墙面水磨石、水刷石墙裙和办公室、会议室等）使用模板进行防护，确保施工过程中重点部位不受损坏。

2.2 梁、板粘贴碳纤维施工工艺

选取加固工艺时，应综合考虑房屋检测报告、材料性能、工期及成本因素。由于板的荷载是传递给梁的，板相对于梁来说加固要求低、加固面积大，同时板底以受拉受力形式为主，碳纤维只能受拉且效果好，费用及工期与外包型钢相比更有优势，因此对于板的加固和破损较小的梁，应选取碳纤维加固工艺。下面，笔者将简要介绍该工艺的施工流程及要求。

2.2.1 施工流程

表面处理→修补找平→底胶涂刷→配制胶料→粘贴碳纤维→表面防护→检验判别。

2.2.2 施工要求

（1）表面处理。混凝土表面应露出结构本体洁净表面，构件转角为圆弧形。

（2）底胶涂刷。底胶均匀涂刷，外表指触干燥后方可进入下一工序。

（3）修补找平。保证粘贴面平整度达到规范要求，在转角部位、凹凸部位应找平并抹成平滑曲面。

（4）胶料控制配合比，配置过程中应防止灰尘混入。

（5）粘贴碳纤维。裁剪碳纤维时不得损坏横向织物面；均匀涂抹后黏结，碳纤维应平整无气泡；多层粘贴时应在上层干燥后立即进行下一层粘贴。

（6）表面防护。在最后一层碳纤维上应涂抹一道黏结胶，进行防护。

（7）检验。粘贴碳纤维完工并固化后，应进行检验，使用小锤敲击表面，通过声音来判别密实度。

2.3 梁外包型钢施工工艺

只考虑加固梁的强度时，外包型钢加固优于碳纤维加固，因此，破损较严重的梁应采取外包型钢施工工艺。下面，笔者将简要介绍该工艺的施工流程及要求。

2.3.1 施工流程

表面处理→拼装构件→紧固螺栓→安埋灌浆嘴排气口→封缝→密封检查→胶料配制→压力灌注→封口→检验。

2.3.2 施工要求

（1）表面处理。混凝土表面清理后应露出结构本体，加固型钢进行除锈处理。

（2）拼装构件。应按设计图纸要求制作、拼装，焊接。

（3）螺栓紧固顺序。先中间、后两边紧固，螺杆露丝1～3丝。

（4）安埋灌浆嘴排气口。控制灌浆嘴排气口间距。灌浆嘴应安制在较低处，且排气口应有密封措施。

（5）封缝。封缝前应对构件周围的混凝土表面进行处理，刷浆后用封堵材料进行封堵。

（6）密封检查。封缝后用压缩空气检漏，发现渗漏后应修补，直至密封完好。

（7）胶料配制。胶料应按比例称量，并进行充分搅拌。

（8）压力灌注。灌浆时逐渐加压，达到规定压力后，保持压力，进行灌浆，并观察排气口。出胶后立即封堵。

（9）封口。灌浆完成后应立即拆除灌胶管道并进行封口。

（10）检验。通过小锤敲击钢构件表面发出的声音来判断密实度。

2.4 柱混凝土置换施工工艺

考虑到本项目局部区域涉及少量的砖混结构柱，该柱破坏较严重且无有效加固工艺，因而在设计时考虑到了整体替换，下面，笔者将对此进行简要介绍

2.4.1 施工流程

定位放线→搭设临时支撑、原煤屑砖柱体凿除、清理→植筋、钢筋绑扎→模板支设→混凝土浇筑→拆模→养护。

2.4.2 施工要求

（1）临时支撑。在加固设计图纸中，柱子改造施工时，首先需拆除与原柱体结构连接的墙体并保护性拆除墙体上的门窗，为确保结构荷载的可靠传递，须对所有断开的梁端均采取临时支撑措施，每根临时支撑采用160×160×10方管（如图1所示）。

图1 柱混凝土置换设计

（2）原煤屑砖柱体凿除。原柱体结构凿除应采用电镐，严禁采用风镐、重锤敲击等破坏性拆除工艺。应分层自上而下拆除，并保证拆除时不对周围结构产生二次破坏。原柱体凿除后，按图纸在柱子原位进行钢筋种植，绑扎后进行验收，验收合格后进行合模。

（3）模板支设。应做好结构转角处的拼装，并且控制模板抱箍间距。

（4）混凝土浇筑。混凝土浇筑一次到位，保证密实度；留下的同条件试块应比规范要求的数量再多两组，以便实时掌握灌浆料强度。

（5）柱养护。模板拆除后应选派有责任心的专人对混凝土进行养护，养护时间不少于7 d，因灌浆料混合料水化热较大，为确保施工质量，现场采用薄膜对柱进行环向包裹，确保柱恒温恒湿，采用水养护3 d后，采用喷洒养护液覆盖薄膜进行养护。

3 加固施工控制要点

3.1 梁、板粘贴碳纤维施工监理控制要点

（1）结构表面处理要求较高。应清除混凝土表面的浮浆、杂质、油污，使结构露出本体后，吹净，如表面出现不平整部分，应用修补胶进行修补、嵌平；有段差、内转角的部位应打磨成平滑曲面；严格控制粘贴部位的混凝土含水率，处理完成后，质检人员应尽到责任，每处必验。

（2）结构胶料的选择制作较为困难。市面上一般胶料使用年限为30年，低于结构设计使用年限，故过程中应定期进行检测。此外，结构胶料复试周期长，需要通过耐湿热老化能力（耐长期应力作业能力）检验。因此需提前考虑选择何种结构胶，同时应严格控制过程中胶料的配合比，配置的胶料应在规定的环境温度及时间内使用完毕。涂抹胶料时，应注意涂抹均匀。监理人员应旁站监督其配制并检查初黏度检测报告，若怀疑其中掺有溶剂或稀释剂，应取样送检。

（3）织物施工要求高。应按设计尺寸裁剪纤维织物，严禁折叠；若纤维织物原件已有折痕，应裁去有折痕的一段织物，同时施工时应沿纤维方向使用特制滚筒滚压；粘贴多层织物时应在上层胶液达到指干状态时立即粘贴下层。

（4）登高作业多。加固施工安全管控的重点是高处作业，能否保证高处作业人员有可靠的立足点也关系到加固质量的高低，因此应做好脚手架的搭设、验收及拆除工作。

3.2 梁外包型钢施工监理控制要点

（1）表面处理要求高。混凝土表面应清理清洁，打磨平整，以能安装型钢为标准；钢材表面的锈皮、氧化膜对涂装有影响，也应予以除净。

（2）作业人员素质要求高。焊接试验和工艺评定是保证构件焊缝质量的前提，焊工的焊接质量将直接影响焊接工艺及外包型钢的加固效果，因而焊工资质等级应与焊缝质量等级相对应，不允许低资质焊工施焊高等级的焊缝。

（3）灌浆质量检查难。在结构和钢板之间空隙处的灌浆无法进行直观检查，需要通过压缩空气的方法将胶料从钢构件的灌浆嘴压入，待排气孔溢胶后逐一予以封堵，直至钢构件内充满胶料。由于需要的胶料较多，在过程中应警惕偷工减料、简化流程事宜。

3.3 柱混凝土置换施工监理控制要点

（1）置换工艺或多或少会给原保留结构造成损伤，处理过程中应做好原有结构的保护。

（2）柱混凝土置换使用的临时支撑的稳定性、承载力也是管控的重点，因此设计计算时应考虑机械的意外触碰对支架的影响，方钢之间的系杆必要时应加密设置，同时事前做好材料进场的检查验收，施工过程中安排专人旁站。

（3）新旧混凝土的连接部位应做好隐蔽验收，支架拆除应审查拆模强度报告。

4 结 语

本文就文保建筑的加固工艺进行了介绍，讨论了不同构件如何选取加工工艺及对应工艺的控制要点。研究得出结论如下。

（1）根据结构检测报告，明确现有结构受损程度，综合考虑工期、成本及加固效果以确定加固工艺，通常板的加固以碳纤维为主，梁、柱的加固形式多样。

（2）结构加固的质量不仅和原材料、作业人员素质、施工工艺及安全管控有关，更与日常工作过程中的旁站、巡视检查及验收工作有关。工作中，应通过专业单位的方案交底、内部学习交流，提炼出管控重点，做好事前、事中控制，避免不必要的返工。

（3）加固文保建筑时多采取修缮原结构的方式，仅对局部承重结构进行加固，加固前及过程中对现有结构的保护尤为重要。