蘇州大學音樂廳恩玲樓改造工程中加固施工技術的研究與應用

蘇州中固建筑科技有限公司 蘇州 215152

1 工程概況

本工程為蘇州大學獨墅湖校區(qū)恩玲學生活動中心改造加固項目，加固工程建筑面積約20 000 m2（含地下室、多功能大廳、會議室等）。該建筑原設計使用功能為學生活動中心，結(jié)構(gòu)主體施工完成后一直閑置，現(xiàn)擬將其改造為音樂演播廳使用。本工程由蘇州設計研究院和江蘇東南建筑工程結(jié)構(gòu)設計事務所共同聯(lián)手設計，在建筑結(jié)構(gòu)和加固設計上形成互補，目標使本項目成為具有江蘇代表性的音樂劇院建筑（圖1）。

圖1 工程效果圖

本工程結(jié)構(gòu)本身造型層次變化較多，承載構(gòu)件組成形式為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、勁性混凝土鋼結(jié)構(gòu)、圓鋼柱素混凝土結(jié)構(gòu)等，結(jié)構(gòu)形式較為復雜；因功能變更，需要對原承臺、柱、梁、板等進行加固，因結(jié)構(gòu)造型大多為異形，結(jié)構(gòu)層次較多，承載構(gòu)件存在多種組合形式，所以加固改造時難度較大，常用的加固改造施工技術無法達到設計要求；舞臺上部空間不能滿足現(xiàn)在的設計要求，為縮短工期、減少投資成本，擬對原屋面結(jié)構(gòu)進行整體提升。

2 技術創(chuàng)新之處

1）本工程為音樂演播廳，建筑造型獨特，外部多為圓弧形，內(nèi)部空間布局緊湊，結(jié)構(gòu)層次變化較多，施工放線比較困難，腳手架支模較為復雜；通過PKPM建模清晰地了解建筑結(jié)構(gòu)和布局，便于有序地安排施工步驟；同時，也更直觀地了解施工部位，便于施工前期發(fā)現(xiàn)問題，盡早解決難題，避免重復施工或待工，降低施工成本，縮短施工工期。

2）本建筑主要承載構(gòu)件組成形式較多；勁性混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部有型鋼，當此柱上梁需加大截面加固時，增加配筋無法采用常用植筋技術施工，此工程采用柱外加鋼套箍新增配筋焊接連接施工技術進行處理，避免對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，也無需對原柱進行加大截面施工，有效解決了施工難題，降低施工成本，縮短工期。

3）原鋼筋混凝土柱上新增梁，柱截面尺寸小于植筋深度設計值，此時采用常用植筋工藝無法滿足設計要求，此工程采用錨板植筋加固施工技術進行處理，避免原柱拆除重做或是增加截面施工，此技術有效地提高了結(jié)構(gòu)荷載，并延長結(jié)構(gòu)使用壽命。

4）建筑功能變更后原承臺荷載不能滿足現(xiàn)在的設計要求，因此要對原結(jié)構(gòu)承臺和地梁進行加固，以提升承載力；承臺和地梁處于樓層結(jié)構(gòu)下，無法采用灌注樁和靜壓樁，經(jīng)過與設計院溝通，此處采用增大原承臺及在原結(jié)構(gòu)地梁處增加承臺，采用先做承臺預留錨桿和樁基孔洞，承臺完成后進行錨桿靜壓樁施工，最終承臺荷載得到有效提升，承載力滿足設計要求。

3 PKPM建模深化

1）加固過程中有碳纖維加固、包鋼加固、粘鋼加固、加大截面加固、預應力加固等，同時有改建拆除、新增等施工交叉作業(yè)，在復雜的結(jié)構(gòu)空間里，合理布置施工先后順序較為重要；施工單位在設計院的PKPM模型基礎上結(jié)合現(xiàn)場情況進一步深化模型，經(jīng)過深度了解施工現(xiàn)場結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，用PKPM軟件不斷更新模型，通過模型更直觀地理順現(xiàn)場結(jié)構(gòu)和布局，能更方便、有效地安排施工順序，完善改造、加固的先后施工過程，提高工作效率，減少腳手架、竹排片等重復使用，最大限度地提高周轉(zhuǎn)材料的利用率，同時減少不必要的窩工，降低施工成本，縮短工期。

2）通過PKPM建模更容易發(fā)覺施工問題、更直觀地了解施工難點，針對施工現(xiàn)場產(chǎn)生的新問題、新難點通過荷載計算結(jié)合PKPM建模進行深化，更進一步了解問題的關鍵點，此時比較容易找出問題解決方案，彌補設計院因?qū)κ┕がF(xiàn)場不熟悉造成的疏忽和不足。通過此方法減少了問題解決時間，加快了施工進度，同時更有效地解決了施工技術難題，保證了施工質(zhì)量。

4 錨板植筋加固

本工程在原結(jié)構(gòu)上新增梁時，原結(jié)構(gòu)截面尺寸小于設計要求的植筋深度，此時植筋深度不足導致新增梁荷載無法滿足設計要求，通過和設計院的溝通、研究，最后新增梁與原結(jié)構(gòu)的連接采用錨板植筋加固施工技術，經(jīng)過計算，此時新增梁滿足荷載要求，并且此項技術獲得了科技發(fā)明專利并形成施工工法[1-4]。

1）當原結(jié)構(gòu)截面尺寸小于植筋深度設計值，主筋抗拉拔承載能力達不到要求時，將原結(jié)構(gòu)鉆孔打穿，新增梁主筋穿過原結(jié)構(gòu)并露出約3 cm，將錨板與穿過原結(jié)構(gòu)的主筋塞焊，焊接后對錨板進行封邊，新增梁鋼筋與孔洞間隙部位注射植筋膠，錨板與原結(jié)構(gòu)連接面灌注膠水，將荷載有效傳遞至鋼筋錨板連接體上（圖2）。

2）鋼筋與錨板焊接前對放置錨板部位的原結(jié)構(gòu)接觸面進行界面處理，鋼筋與錨板焊接完成后對錨板四周進行封邊，并用灌注膠灌注，使錨板與原結(jié)構(gòu)有效連接，并形成一個有效的受力整體（圖3）。

3）完成錨板封邊灌注之后，對穿洞塞焊的鋼筋洞內(nèi)打入植筋膠（由洞內(nèi)向外逐步注滿），進一步增大鋼筋與原結(jié)構(gòu)的連接，加大承載力。此處新增梁時對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的剪切力和負彎矩滿足荷載設計要求。

圖2 錨板塞焊立面示意

圖3 錨板塞焊節(jié)點示意

4）在植筋前進行施工放線，畫出原結(jié)構(gòu)植筋部位，植筋深度不足時將原結(jié)構(gòu)孔洞打穿，按要求材質(zhì)及尺寸準備好鋼板，對應打好的孔洞在鋼板上開洞（孔洞間距≥鋼筋2d，板邊距離孔洞間距≥鋼筋2d）。將打穿后的孔洞清理干凈，并將準備好的鋼筋穿入孔洞，把開好洞的鋼板與鋼筋進行塞焊（圖4）。

5）錨板塞焊完成并冷卻后在孔洞內(nèi)注射植筋膠，同時對錨板四周進行封口膠封口，用灌注膠灌注，使錨板與原結(jié)構(gòu)連成整體，使受力體系更加的穩(wěn)固，進一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及牢固性，最后在錨板面上涂上防銹漆，確保質(zhì)量和使用壽命（圖5）。

圖4 錨板塞焊

圖5 錨板植筋加固完成

5 鋼套箍焊接加固

本工程原梁進行增大截面加固時需要增加配筋，根據(jù)設計要求新增鋼筋柱內(nèi)植筋，因梁端柱是勁性混凝土結(jié)構(gòu)，柱內(nèi)有型鋼，若采用常規(guī)的植筋施工技術增加梁配筋時，植筋深度將遠遠低于設計要求[5-8]。經(jīng)過與設計院的多次探討研究，最終確定采用柱上加焊鋼套箍局部加固施工技術，經(jīng)過計算此時新梁滿足荷載要求，并且此項技術獲得了科技發(fā)明獎。

1）當原結(jié)構(gòu)梁需要增大截面加固時，梁端柱內(nèi)有型鋼，導致無法通過常規(guī)植筋施工增加配筋，若鑿除梁柱相交部位插入鋼筋則會破壞原結(jié)構(gòu)，造成一系列的質(zhì)量問題和安全隱患；為了避免對原結(jié)構(gòu)的破壞，同時滿足設計的荷載要求，此處采用在柱上焊接2個鋼套箍，鋼套箍位置分別與加大截面梁新增配筋的上部主筋和底部主筋處于同一水平面，然后將新增配筋焊接在鋼套箍上，通過此方法使新增鋼筋與柱連接（圖6）。

圖6 型鋼柱與加大截面梁節(jié)點立面示意

2）在原結(jié)構(gòu)勁性混凝土柱上進行放線，標出加大截面梁上下部新增主筋位置，在放線位置處加設2塊U形鋼板（鋼板厚度、尺寸和材質(zhì)根據(jù)設計要求確定），為了使焊縫避開受力點，要求鋼板焊縫與加固梁同一方向，鋼板與鋼板之間進行坡口焊接，使鋼板縫隙滿焊，以保證鋼板連接質(zhì)量（圖7）。

圖7 鋼套箍與新增鋼筋焊接

3）當梁上部新增配筋與原梁主筋處于同一水平面時，將靠近柱邊的原梁上部混凝土鑿除至主筋下方，使梁的上排主筋下方可穿過鋼套箍，將鋼套箍穿過主筋下方后抱柱焊接，套箍焊接完成后，將新增鋼筋焊接于鋼套箍上。若柱邊有墻時，將墻掏洞，使鋼套箍穿洞焊接，最后與梁一同澆筑（圖8）。

4）加大截面梁新增配筋綁扎完成后，將新增主筋焊接于鋼套箍上，焊縫尺寸及質(zhì)量滿足要求（此處滿足5d雙面焊）；同時將上下鋼套箍用拉鉤焊接，使上下鋼套箍形成一個整體（圖9）。

圖8 墻開洞穿鋼套箍施工

圖9 剖面1-1示意

5）鋼套箍上下連接拉鉤焊接完成后在拉鉤外側(cè)套上箍筋，當有梁阻礙箍筋連接時在梁上鉆孔，將箍筋穿洞閉合綁扎或焊接，使加固梁與柱更有效地連接，形成完整的受力體系（圖10）。

圖10 剖面3-3示意

6）在鋼筋綁扎、焊接完成后進行支模，然后澆筑灌漿料，將梁增大截面部位、柱鋼套部位、開洞開槽部位一同灌漿澆筑（圖11）。

6 承臺、地梁加固——錨桿靜壓樁

圖11 梁加大截面加固完成

本工程原有結(jié)構(gòu)已建成，因功能的變更，上部結(jié)構(gòu)荷載要求增加，原承臺及地梁無法滿足變更后的建筑荷載要求。部分要加固的承臺和地梁位于室內(nèi)和室外坡道下方，高度無法滿足樁基機器的操作高度，且無法進行灌注樁施工。在不破壞已有建筑的前提下，為滿足新的結(jié)構(gòu)荷載要求，并對原樁基承臺、地梁進行荷載提升，需要對承臺進行加固，給設計和施工提出了更高的要求，經(jīng)綜合考慮，最后決定采用預制承臺后進行錨桿靜壓樁施工。

1）在地板處施工放線，找出原結(jié)構(gòu)承臺和地梁，清除周邊土方，沿著承臺、地梁四周對底板進行無損切割（避免破壞原承臺、地梁），切割后將四周一定范圍內(nèi)板面鑿除（鑿除部分為預留錨桿靜壓樁及新增承臺），鑿除后挖出承臺基坑。

2）原承臺、地梁四周預制承臺開挖完成后砌磚臺模，澆筑好墊層，在原承臺和地梁上植抗剪筋，新增承臺位于原地梁底部，在承臺中新增地梁，將原有地梁連接起來，擴大原承臺和地梁的受力面積，新增承臺鋼筋綁扎時制模預留靜壓樁孔，并焊接好預留錨桿（圖12）。

圖12 原承臺、地梁植抗剪筋

3）新增承臺鋼筋綁扎完成后進行制模、混凝土澆筑，澆筑完成并待混凝土達到一定強度后進行錨桿靜壓樁施工。

7 施工要點

1）加固改造工程中新增梁、板及加大截面增加配筋時都要進行鋼筋綁扎，此類工程鋼筋施工常常會受到周邊原有結(jié)構(gòu)阻礙，造成一定的施工難度；鋼筋要根據(jù)現(xiàn)場實際尺寸進行下料，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境選擇鋼筋的搭接方式（冷綁、機械連接、焊接）便于施工，同時確保鋼筋綁扎質(zhì)量。

2）鋼筋、鋼板及預埋件焊接時確保焊接質(zhì)量，嚴禁虛焊、漏焊、少焊，當焊接件與膠水（植筋膠、灌注膠）有連接時，應先焊后注膠，避免膠水碳化。

3）膠水植入時確?？锥椿蚩p隙內(nèi)注射飽滿，并對完成后的構(gòu)件進行保護至膠水達到一定強度，杜絕膠水達到強度前遭到晃動、擠壓或撞擊等破壞；注射膠水時對周邊其他構(gòu)件進行保護，防止膠水滲漏污染周邊構(gòu)件。

4）新增結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)搭接處要進行鑿毛處理，使新老面有效結(jié)合，加大截面施工的原結(jié)構(gòu)面也要進行鑿毛處理，并植入拉鉤，增大灌漿料與原結(jié)構(gòu)的整體受力。

5）在進行構(gòu)件制模時要對腳手架的搭設質(zhì)量進行檢查，嚴禁腳手架胡亂支撐在周邊構(gòu)件上；因灌漿料較為稀薄，對模板縫隙要求較高，制模時使模板與原結(jié)構(gòu)貼緊，模板間無較大縫隙，澆筑時要時刻觀察模板縫隙，如有漏漿及時進行封堵。

6）焊接件、植筋等要做相應檢測，確保施工質(zhì)量，對隱蔽工程施工做好隱蔽驗收。

8 結(jié)語

本工程雖然是學校的音樂演播廳，但其結(jié)構(gòu)布局較為繁瑣，聲學要求極高。建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)上多為非常規(guī)結(jié)構(gòu)造型、層次感突出，多處梁、板為異形結(jié)構(gòu)，且承載構(gòu)件為多種材質(zhì)組合而成，因此在加固設計及施工中困難重重。

本工程在加固改造行業(yè)中具有很大代表性和參考價值，常規(guī)的碳纖維加固、粘鋼加固、包鋼加固、增大截面加固等全部包含，其中還有因現(xiàn)場結(jié)構(gòu)造成常規(guī)加固技術無法應用，利用PKPM建模深化，并經(jīng)過研究和實踐創(chuàng)造出錨板植筋加固、鋼套箍加固、預制承臺后壓樁加固等很多非常規(guī)加固施工技術，此技術獲得多項專利和工法。