歷史保護(hù)建筑的改造與加固技術(shù)

羅志琪

摘 要：本文通過(guò)某典型歷史保護(hù)建筑的改擴(kuò)建施工的具體情況，介紹了此類項(xiàng)目所采用的改造方法、加固手段及施工工序控制措施，通過(guò)整個(gè)施工過(guò)程和后期監(jiān)測(cè)也表明了這些方法和手段是可行和有效的。本項(xiàng)目采取的相關(guān)設(shè)計(jì)方案和技術(shù)手段對(duì)城市改造過(guò)程中的類似項(xiàng)目也有較大的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：歷史保護(hù)建筑；改造方案；加固技術(shù)；施工工序

中圖分類號(hào)：TU746.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2013）08-0127-02

1 前言

歷史保護(hù)建筑體現(xiàn)了一個(gè)城市的文化底蘊(yùn)，具有重要的歷史文化價(jià)值。然而，大多數(shù)的歷史建筑隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)間的流逝，發(fā)生了嚴(yán)重老化或損壞而造成其使用功能下降。隨著城市的不斷開(kāi)發(fā)與飛速發(fā)展，如何更好地承載歷史建筑的原貌舊史、拓展其現(xiàn)代功能已是城市發(fā)展的一個(gè)重要課題。

本文案例即為上海某重要?dú)v史保護(hù)建筑的改擴(kuò)建實(shí)例，具體介紹如何拓展其使用功能并維持原貌，及其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)措施，對(duì)同類工程有較大的借鑒和參考意義。

2 工程概況

該歷史建筑建于1923年，平面上為矩形（長(zhǎng)約156m，寬約19m），建筑面積10095m2，五層，為采用磚墻、鋼柱、鋼梁、木樓蓋、木梁和木屋架共同承重的混合結(jié)構(gòu)，根據(jù)其豎向荷載傳遞途徑，該房屋屬縱橫墻承重體系。改造前為居民住宅、辦公、商鋪，根據(jù)該區(qū)域綜合改造要求，本建筑將改造為高檔大型百貨商場(chǎng)，同時(shí)在該老建筑南側(cè)擴(kuò)建同樣高度的5層新樓，并下設(shè)2層地下室。老樓與新樓間地上部分設(shè)縫連接，地下部分老樓基礎(chǔ)與新樓基坑最近距離約2.5m。

3 原歷史建筑的房屋質(zhì)量檢測(cè)

根據(jù)相關(guān)單位對(duì)該房屋質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果[1]，該房屋承重構(gòu)件出現(xiàn)了外墻滲水風(fēng)化、砂漿粉化、局部磚墻開(kāi)裂、磚砌過(guò)梁開(kāi)裂、木梁大范圍腐朽等多種損傷。同時(shí)，由于本房屋設(shè)計(jì)時(shí)未考慮抗震設(shè)防，房屋結(jié)構(gòu)整體性不佳，不利于抗震。

同時(shí)，根據(jù)該房屋不均勻沉降趨勢(shì)檢測(cè)結(jié)果，該大樓整體沉降中間小、東西兩端沉降大，房屋傾斜嚴(yán)重，主要為向西南向傾斜，向南傾斜度已超出上海市相關(guān)規(guī)范傾斜度4‰的限值[2]。

4 房屋改造方案及相關(guān)技術(shù)措施

4.1房屋改造方案

在房屋改造的結(jié)體受力體系選擇上，一般有三種[3]：a） 完全利用原有結(jié)構(gòu)，并對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固；b） 由原結(jié)構(gòu)加固和增加新的結(jié)構(gòu)，使新老結(jié)構(gòu)共同起作用；c）完全脫離原結(jié)構(gòu)，采用新結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本項(xiàng)目原房屋的檢測(cè)結(jié)果，在維持結(jié)構(gòu)體系現(xiàn)狀、按照改造后設(shè)置高檔百貨商場(chǎng)的使用荷載計(jì)算，房屋不能滿足上海地區(qū)抗震設(shè)防的要求，也無(wú)法滿足豎向承載的要求，必須進(jìn)行全面加固處理。

綜合各方面因素考慮，并最大限度保持原建筑的外觀風(fēng)貌，最終業(yè)主選擇采用只保留沿街外墻拆除其內(nèi)部結(jié)構(gòu)重建的改造方案。根據(jù)房屋檢測(cè)結(jié)果計(jì)算，在原外墻與新建樓蓋具有可靠連接的前提下，各保留墻段的豎向承載力能滿足使用期間自承重的要求，采取可靠連接后也能與新建大樓的主體結(jié)構(gòu)部分成為一體共同抵抗地震作用，因此該方案是可行的。

4.2 房屋改造中的關(guān)鍵技術(shù)及加固措施

為滿足本建筑改造后的使用功能，原老樓內(nèi)部新建部分的主體結(jié)構(gòu)形式采用框架結(jié)構(gòu)形式，為避免房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)置換施工對(duì)外墻的損傷，和內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除過(guò)程中外墻穩(wěn)定性的考慮，本房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用整體逆向施工方案，即先對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，再向上施工新的結(jié)構(gòu)體系至頂層樓面，待新結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，再自上而下逐層拆除其原有承重磚墻及結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

整個(gè)改造過(guò)程中，由于整個(gè)老建筑的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀較差，如何盡可能減小改造施工對(duì)老建筑的不良影響及提高老建筑抵抗變形能力，解決此問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就在于基礎(chǔ)加固和托換。對(duì)此，設(shè)計(jì)采用了如下處理。

4.2.1扁擔(dān)梁托換

原房屋基礎(chǔ)為磚砌放大腳下設(shè)300厚剛性基礎(chǔ)，不能滿足改造后和施工過(guò)程中的荷載要求，為滿足本建筑改造后的使用功能，改建后的基礎(chǔ)采用梁板式筏型基礎(chǔ)加樁基的形式。為確保老建筑的上部荷載從原來(lái)的基礎(chǔ)可靠的轉(zhuǎn)換到新托換結(jié)構(gòu)體系上，并有效控制被托換結(jié)構(gòu)在施工中的有害變形，本項(xiàng)目采用了穿墻基礎(chǔ)扁擔(dān)梁托換手段，通托扁擔(dān)梁托換老建筑的承重墻體，將上部荷載傳遞到兩側(cè)基礎(chǔ)梁，再傳遞給樁基礎(chǔ)（如圖1）。

為確保原建筑承重磚墻的穩(wěn)定，扁擔(dān)梁采取逐個(gè)施工、即時(shí)封堵的施工措施，當(dāng)原磚墻切割出一個(gè)墻洞后，立即按綁扎穿墻基礎(chǔ)扁擔(dān)梁的鋼筋，然后采用 C30混凝土（摻12%UEA）將該墻洞澆灌好，鋼筋露出在墻洞外，再采用切割法切割出另一個(gè)墻洞。采用此托換技術(shù)后，整個(gè)施工過(guò)程得以順利實(shí)施。

4.2.2組合式靜壓錨桿樁基礎(chǔ)加固

加固樁樁長(zhǎng)為34m，采用第⑤3層粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土層為樁端持力層。由于樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，錨桿樁若全采用鋼筋混凝土方樁，擠土效應(yīng)較大，沉樁困難較大，因此此處錨桿樁采用組合式錨桿樁，即樁基下半部分采用Φ273X10鋼管樁、上半部分采用300x300的鋼筋混凝土方樁，根據(jù)房屋底層凈空，單節(jié)樁樁長(zhǎng)取2.5m。鋼筋混凝土方樁與鋼管樁通過(guò)鋼板套箍連接，具體如圖2。

4.3 改擴(kuò)建施工工序控制

由于豎鄰老建筑需接建新建筑，并開(kāi)挖兩層地下室，如何充分減小新建建筑施工對(duì)老建筑的影響，施工工序的安排尤為關(guān)鍵。

根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，在軟弱場(chǎng)地上開(kāi)挖2層地下室對(duì)周圍2.5倍基坑開(kāi)挖深度范圍的建筑物沉降影響較大，因此除老建筑自身的加固外，對(duì)新建筑施工方法和施工工序安排也是降小影響的另一個(gè)有效控制手段。

通過(guò)深入討論研究，最終確定本項(xiàng)目施工工序?yàn)椋?/p>

首先，進(jìn)行老建筑的加固：先進(jìn)行扁擔(dān)梁托換施工并預(yù)留錨固鋼筋、再進(jìn)行老建筑筏板、基礎(chǔ)梁施工，待強(qiáng)度達(dá)要求后再進(jìn)行組合式靜壓錨樁加固施工；

然后，進(jìn)行老建筑內(nèi)部的拆除和改建，同時(shí)進(jìn)行接建建筑的地下室基坑圍護(hù)墻、加固樁、立柱樁等的施工；

最后，進(jìn)行接建建筑地下室基坑開(kāi)挖逆作法施工，完成地下室主體結(jié)構(gòu)并向上施工至結(jié)構(gòu)封頂。

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，前期基礎(chǔ)托換加固是有效的，整個(gè)施工工序安排也是非常合量的。在老建筑基礎(chǔ)加固后，老建筑上部結(jié)構(gòu)持續(xù)向上施工、同時(shí)接建建筑地下室逆作開(kāi)挖期間，老建筑沉降增加平緩，最終平均沉降量增值在5mm左右，該過(guò)程具體如圖3。

5 工程監(jiān)測(cè)結(jié)果

該項(xiàng)目基礎(chǔ)加固施工始于2008年12月，至2009年4月錨桿靜壓樁施工基本完成；接建建筑地下室基坑圍護(hù)墻施工始于2009年4月，于2009年7完成；老建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除及新建施工時(shí)間為2009年4月～10月。老建筑周圍設(shè)了20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在施工階段進(jìn)行了全過(guò)程監(jiān)測(cè)，沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4。

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，老樓在錨桿靜壓樁施工完成時(shí)，累計(jì)沉降在10mm左右，之后沉降趨于穩(wěn)定，在進(jìn)行老建筑上部結(jié)構(gòu)改建、以及接建建筑地下室基坑圍護(hù)墻施工時(shí)，沉降又開(kāi)始變大，待圍護(hù)墻施工完成后（而老建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)新建仍在持續(xù)時(shí)）又逐漸變緩并趨于穩(wěn)定。從上圖也可看出，地下室圍護(hù)墻施工擾動(dòng)對(duì)老建筑的沉降影響比較大，在圍護(hù)墻施工期間老建筑平均沉降量在12mm左右。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目為原址原地改擴(kuò)建歷史保護(hù)建筑的一個(gè)較成功案例，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益，對(duì)目前的城市改造具有一定的借鑒與參考意義：

6.1對(duì)歷史保護(hù)建筑的基礎(chǔ)托換加固有效地提高了老建筑抵抗變形的能力，對(duì)老建筑有較好的保護(hù)作用；

6.2整個(gè)施工工序安排對(duì)老建筑沉降影響和穩(wěn)定性控制較為關(guān)鍵；

6.3老建筑附近的新建工程，尤其是新建工程的基坑施工，對(duì)老建筑沉降影響較大，實(shí)際工程中應(yīng)重點(diǎn)控制該項(xiàng)施工對(duì)既有建筑的影響，并有針對(duì)性地加強(qiáng)保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 上海市優(yōu)秀歷史建筑北京東路 31～91號(hào)房屋質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定報(bào)告 [R]. 上海：同濟(jì)大學(xué)房屋質(zhì)量檢測(cè)站，2007.

[2] 上海市工程建設(shè)規(guī)范. 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DGJ08-11-2010）[S]. 上海：2010.

[3] 侯建設(shè)，上海近代歷史建筑保護(hù)修復(fù)技術(shù) [J].時(shí)代建筑，2006年02期.