某砌體結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計及施工

李 荻 潘從建

(建研(北京)結(jié)構(gòu)工程有限公司，北京 100000)

1 工程概況

1．1 結(jié)構(gòu)概況

項(xiàng)目結(jié)構(gòu)為3層磚混結(jié)構(gòu)，縱橫墻承重，無地下室，為灰土基礎(chǔ)。房屋于1980年竣工，原設(shè)計使用功能為普通機(jī)房。根據(jù)業(yè)主要求，結(jié)構(gòu)各層樓面活荷載增大顯著。經(jīng)建筑主體結(jié)構(gòu)檢測鑒定，該結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行加固改造。

1．2 檢測鑒定結(jié)論

1．2．1 材料強(qiáng)度

根據(jù)現(xiàn)場檢測，該結(jié)構(gòu)1層～3層磚強(qiáng)度、砌筑用砂漿強(qiáng)度均不滿足原設(shè)計要求。

首層、2層部分T形梁混凝土強(qiáng)度不滿足原設(shè)計要求。

1．2．2 現(xiàn)場情況

該結(jié)構(gòu)經(jīng)歷多次裝修改造，主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與原設(shè)計圖紙出入較大。主要問題見表1。

表1 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場損傷情況

綜合以上現(xiàn)場情況可知，首層、2層結(jié)構(gòu)墻體破壞嚴(yán)重，承載能力及抗震性能差，但由于房屋原實(shí)際使用功能為辦公及會議，實(shí)際活荷載小，且原結(jié)構(gòu)設(shè)計相對保守，墻體交接處均設(shè)置構(gòu)造柱，每層均有圈梁，因此該房屋使用期間并未出現(xiàn)明顯問題。

圖1 地下墻體洞口

圖2 墻體被剔鑿的管線槽

2 結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計

本結(jié)構(gòu)加固改造共分兩部分——基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)加固改造。

2．1 基礎(chǔ)加固驗(yàn)算及設(shè)計方案

項(xiàng)目所在位置土質(zhì)不佳，地表層為以建筑垃圾為主的雜填土。地勘報告數(shù)據(jù)顯示，雜填土厚度為1．5 m～4．2 m。雜填土下

方為素填土、細(xì)砂、粉砂等均勻土層，是良好的持力土層。

圖3 窗洞口一端未搭接墻體的過梁

圖4 圈梁與承重墻下方洞口

圖5 結(jié)構(gòu)平面圖及室內(nèi)被拆除橫墻位置

原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為三七灰土剛性基礎(chǔ)，埋深3．8 m，基本位于素填土層。

2．1．1 基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算

原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為三七灰土墊層基礎(chǔ)，寬度分別為700 mm，900 mm，1 500 mm，1 900 mm。以1 900 mm寬基礎(chǔ)為例驗(yàn)算，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時基礎(chǔ)底面平均壓力為241．3 kPa，超過200 kPa，不滿足規(guī)范要求［1］。建筑使用功能調(diào)整后荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合在基礎(chǔ)底面處的平均壓力值超過最大限值要求，基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行加固。

2．1．2 基礎(chǔ)加固方案

項(xiàng)目位于人口密集地區(qū)，基礎(chǔ)加固施工存在以下問題:1)人口密集，材料運(yùn)輸困難;2)房屋西、南、北面均緊鄰其他建筑物;3)現(xiàn)場堆積建筑材料場地狹小，不具備大規(guī)模開挖條件。

根據(jù)現(xiàn)場情況，綜合造價、施工難易程度及現(xiàn)場條件等因素，基礎(chǔ)加固方案如下:

1)新增筏板基礎(chǔ)方案。拆除原結(jié)構(gòu)首層地面。在距地面－0．5 m高度墻體上開鑿250 mm×500 mm洞口，洞口水平凈間距2 000 mm。在與洞口等高處做500 mm厚筏板，筏板鋼筋穿過洞口。洞口灌注混凝土后成為連接墻體與筏板的銷鍵。銷鍵頂標(biāo)高、筏板頂標(biāo)高與室內(nèi)結(jié)構(gòu)地面頂標(biāo)高一致。

筏板與墻體連接處沿內(nèi)墻兩側(cè)布置暗梁。銷鍵與暗梁、筏板整澆成一體(見圖6)。

該方案優(yōu)點(diǎn)為無室外作業(yè)，筏板為首層地面，但由于筏板埋深淺，地表土不能作為持力層，筏板以下地基應(yīng)進(jìn)行加固處理，部分雜填土需置換，土方開挖量大，運(yùn)輸困難。

圖6 新增筏板基礎(chǔ)做法剖面圖

2)新增條形基礎(chǔ)方案。銷鍵做法與新增筏板基礎(chǔ)方案相同。距地面－1 m埋深墻體兩側(cè)做條形基礎(chǔ)。在與銷鍵等高位置沿內(nèi)墻兩側(cè)做混凝土圈梁，外墻圈梁僅在室內(nèi)一側(cè)布置。銷鍵與圈梁、條形基礎(chǔ)整澆成一體(見圖7)。

圖7 條形基礎(chǔ)做法剖面圖

該處理方法應(yīng)對條形基礎(chǔ)下部地基進(jìn)行加固處理。

3)樁式托換基礎(chǔ)方案。樁式托換［2］是用樁將基礎(chǔ)荷載傳到較深處的好土上去，使地基承載力滿足要求的方法。

此為新增條形基礎(chǔ)方案的改進(jìn)方案，將新增條形基礎(chǔ)作為托梁，在托梁下方避開原基礎(chǔ)位置打鋼管樁(見圖8)。介于在結(jié)構(gòu)外側(cè)無法進(jìn)行施工的客觀原因，考慮結(jié)構(gòu)平面為規(guī)則對稱形狀，且各層荷載分布均勻，因此新增條形基礎(chǔ)及鋼管樁僅在外墻內(nèi)側(cè)布置。該方案最大特點(diǎn)為土方開挖量小且地基承載力能得到保證。

2．2 上部結(jié)構(gòu)加固

由于結(jié)構(gòu)上部損壞程度嚴(yán)重，加固以恢復(fù)原結(jié)構(gòu)設(shè)計為先。上部結(jié)構(gòu)加固方案見表2。

表2 上部結(jié)構(gòu)加固方案

上部結(jié)構(gòu)加固前應(yīng)進(jìn)行有效支頂，保證結(jié)構(gòu)整體安全性。

圖8 樁式托換基礎(chǔ)做法剖面圖

3 施工概況

本項(xiàng)目工期緊，施工工作面小，施工項(xiàng)目多且在施工過程中需保證結(jié)構(gòu)3層機(jī)房正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在施工前應(yīng)對工序進(jìn)行合理計劃。

3．1 結(jié)構(gòu)加固施工原則

結(jié)構(gòu)加固施工原則應(yīng)遵循如下五大步驟:1)結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行有效卸載;2)在結(jié)構(gòu)損傷較嚴(yán)重位置下部應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行全跨度有效支頂;3)基礎(chǔ)加固時應(yīng)注意機(jī)器振動等對結(jié)構(gòu)整體安全性影響;4)恢復(fù)結(jié)構(gòu)原有設(shè)計形式;5)原結(jié)構(gòu)恢復(fù)工作完成后方可對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

3．2 基礎(chǔ)加固

基礎(chǔ)加固采用樁式托換方案，該方案理論可行，但施工中由于打壓鋼管樁設(shè)備需進(jìn)入首層室內(nèi)，因此在施工設(shè)備入場前需新增大門洞保證設(shè)備可進(jìn)入首層室內(nèi)。由于原結(jié)構(gòu)窗洞多且面積大，為控制墻體開洞率，新增洞口在首層原結(jié)構(gòu)窗洞位置進(jìn)行改擴(kuò)。經(jīng)溝通，該門洞在本次改造施工完成后將作為一定時期內(nèi)機(jī)房設(shè)備運(yùn)輸通道，因此對該洞口進(jìn)行了較保守的構(gòu)造設(shè)計。

由于新增臨時性門洞所在墻體開洞率過大，該門洞使用功能完成后，將進(jìn)行永久封堵。為保證后期洞口封堵后墻體整體性，在加固板墻時在洞口周邊預(yù)留鋼筋。

4 結(jié)語

該結(jié)構(gòu)由于施工工期緊，因此在結(jié)構(gòu)修復(fù)等步驟中選擇24 h強(qiáng)度達(dá)50 MPa的高強(qiáng)灌漿料。如在工期不緊張的情況下，使用普通混凝土材料可有效降低工程造價。

該項(xiàng)目雖然整體面積不大，但由于其地理位置、工期、原結(jié)構(gòu)損傷程度、現(xiàn)場使用要求等諸多因素使項(xiàng)目設(shè)計方案、施工步驟復(fù)雜。為使項(xiàng)目施工進(jìn)展順利，在前期設(shè)計方案階段建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備及施工人員應(yīng)首先進(jìn)行商議協(xié)調(diào)，明確各自工作重點(diǎn)。

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)方案僅涉及室內(nèi)改造，避免了外作業(yè)面緊張問題。由于結(jié)構(gòu)施工前卸載不完全，3層機(jī)房照常工作，因此在前期施工準(zhǔn)備中重點(diǎn)進(jìn)行了支頂方案計劃。

從項(xiàng)目初期到最終施工完成，砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件未如預(yù)想中由于原結(jié)構(gòu)破壞比較嚴(yán)重出現(xiàn)使用問題。地面以下墻體開洞僅使1層～2層磚塊壓碎，上方墻體保持了良好的整體性，未出現(xiàn)明顯裂縫或變形。一方面原結(jié)構(gòu)在使用中首層及2層活荷載較小;另一方面原結(jié)構(gòu)墻體施工質(zhì)量好，現(xiàn)場灰縫飽滿，墻體整體性較好。這說明砌體結(jié)構(gòu)在變形中具有一定的安全儲備。

盡管如此，改造施工中對砌體結(jié)構(gòu)仍應(yīng)特別注意避免墻體變形的發(fā)生，不同施工質(zhì)量的墻體變形可能導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。因此在砌體結(jié)構(gòu)加固改造前應(yīng)特別注意對原結(jié)構(gòu)的檢測鑒定，對存在安全隱患的砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行有效支頂?shù)确雷o(hù)措施。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］ 劉惠珊，徐攸在．地基基礎(chǔ)工程［M］．北京:中國計劃出版社，2002:414．