某砌体结构加固改造设计及施工

李 荻 潘从建

(建研(北京)结构工程有限公司，北京 100000)

1 工程概况

1．1 结构概况

项目结构为3层砖混结构，纵横墙承重，无地下室，为灰土基础。房屋于1980年竣工，原设计使用功能为普通机房。根据业主要求，结构各层楼面活荷载增大显著。经建筑主体结构检测鉴定，该结构应进行加固改造。

1．2 检测鉴定结论

1．2．1 材料强度

根据现场检测，该结构1层～3层砖强度、砌筑用砂浆强度均不满足原设计要求。

首层、2层部分T形梁混凝土强度不满足原设计要求。

1．2．2 现场情况

该结构经历多次装修改造，主体结构现状与原设计图纸出入较大。主要问题见表1。

表1 结构现场损伤情况

综合以上现场情况可知，首层、2层结构墙体破坏严重，承载能力及抗震性能差，但由于房屋原实际使用功能为办公及会议，实际活荷载小，且原结构设计相对保守，墙体交接处均设置构造柱，每层均有圈梁，因此该房屋使用期间并未出现明显问题。

图1 地下墙体洞口

图2 墙体被剔凿的管线槽

2 结构加固改造设计

本结构加固改造共分两部分——基础结构和上部结构加固改造。

2．1 基础加固验算及设计方案

项目所在位置土质不佳，地表层为以建筑垃圾为主的杂填土。地勘报告数据显示，杂填土厚度为1．5 m～4．2 m。杂填土下

方为素填土、细砂、粉砂等均匀土层，是良好的持力土层。

图3 窗洞口一端未搭接墙体的过梁

图4 圈梁与承重墙下方洞口

图5 结构平面图及室内被拆除横墙位置

原结构基础为三七灰土刚性基础，埋深3．8 m，基本位于素填土层。

2．1．1 基础承载力验算

原结构基础为三七灰土垫层基础，宽度分别为700 mm，900 mm，1 500 mm，1 900 mm。以1 900 mm宽基础为例验算，荷载效应标准组合时基础底面平均压力为241．3 kPa，超过200 kPa，不满足规范要求［1］。建筑使用功能调整后荷载效应标准组合在基础底面处的平均压力值超过最大限值要求，基础应进行加固。

2．1．2 基础加固方案

项目位于人口密集地区，基础加固施工存在以下问题:1)人口密集，材料运输困难;2)房屋西、南、北面均紧邻其他建筑物;3)现场堆积建筑材料场地狭小，不具备大规模开挖条件。

根据现场情况，综合造价、施工难易程度及现场条件等因素，基础加固方案如下:

1)新增筏板基础方案。拆除原结构首层地面。在距地面－0．5 m高度墙体上开凿250 mm×500 mm洞口，洞口水平净间距2 000 mm。在与洞口等高处做500 mm厚筏板，筏板钢筋穿过洞口。洞口灌注混凝土后成为连接墙体与筏板的销键。销键顶标高、筏板顶标高与室内结构地面顶标高一致。

筏板与墙体连接处沿内墙两侧布置暗梁。销键与暗梁、筏板整浇成一体(见图6)。

该方案优点为无室外作业，筏板为首层地面，但由于筏板埋深浅，地表土不能作为持力层，筏板以下地基应进行加固处理，部分杂填土需置换，土方开挖量大，运输困难。

图6 新增筏板基础做法剖面图

2)新增条形基础方案。销键做法与新增筏板基础方案相同。距地面－1 m埋深墙体两侧做条形基础。在与销键等高位置沿内墙两侧做混凝土圈梁，外墙圈梁仅在室内一侧布置。销键与圈梁、条形基础整浇成一体(见图7)。

图7 条形基础做法剖面图

该处理方法应对条形基础下部地基进行加固处理。

3)桩式托换基础方案。桩式托换［2］是用桩将基础荷载传到较深处的好土上去，使地基承载力满足要求的方法。

此为新增条形基础方案的改进方案，将新增条形基础作为托梁，在托梁下方避开原基础位置打钢管桩(见图8)。介于在结构外侧无法进行施工的客观原因，考虑结构平面为规则对称形状，且各层荷载分布均匀，因此新增条形基础及钢管桩仅在外墙内侧布置。该方案最大特点为土方开挖量小且地基承载力能得到保证。

2．2 上部结构加固

由于结构上部损坏程度严重，加固以恢复原结构设计为先。上部结构加固方案见表2。

表2 上部结构加固方案

上部结构加固前应进行有效支顶，保证结构整体安全性。

图8 桩式托换基础做法剖面图

3 施工概况

本项目工期紧，施工工作面小，施工项目多且在施工过程中需保证结构3层机房正常运转，因此在施工前应对工序进行合理计划。

3．1 结构加固施工原则

结构加固施工原则应遵循如下五大步骤:1)结构施工前应进行有效卸载;2)在结构损伤较严重位置下部应优先进行全跨度有效支顶;3)基础加固时应注意机器振动等对结构整体安全性影响;4)恢复结构原有设计形式;5)原结构恢复工作完成后方可对上部结构进行加固处理。

3．2 基础加固

基础加固采用桩式托换方案，该方案理论可行，但施工中由于打压钢管桩设备需进入首层室内，因此在施工设备入场前需新增大门洞保证设备可进入首层室内。由于原结构窗洞多且面积大，为控制墙体开洞率，新增洞口在首层原结构窗洞位置进行改扩。经沟通，该门洞在本次改造施工完成后将作为一定时期内机房设备运输通道，因此对该洞口进行了较保守的构造设计。

由于新增临时性门洞所在墙体开洞率过大，该门洞使用功能完成后，将进行永久封堵。为保证后期洞口封堵后墙体整体性，在加固板墙时在洞口周边预留钢筋。

4 结语

该结构由于施工工期紧，因此在结构修复等步骤中选择24 h强度达50 MPa的高强灌浆料。如在工期不紧张的情况下，使用普通混凝土材料可有效降低工程造价。

该项目虽然整体面积不大，但由于其地理位置、工期、原结构损伤程度、现场使用要求等诸多因素使项目设计方案、施工步骤复杂。为使项目施工进展顺利，在前期设计方案阶段建筑、结构、设备及施工人员应首先进行商议协调，明确各自工作重点。

本项目结构方案仅涉及室内改造，避免了外作业面紧张问题。由于结构施工前卸载不完全，3层机房照常工作，因此在前期施工准备中重点进行了支顶方案计划。

从项目初期到最终施工完成，砌体结构构件未如预想中由于原结构破坏比较严重出现使用问题。地面以下墙体开洞仅使1层～2层砖块压碎，上方墙体保持了良好的整体性，未出现明显裂缝或变形。一方面原结构在使用中首层及2层活荷载较小;另一方面原结构墙体施工质量好，现场灰缝饱满，墙体整体性较好。这说明砌体结构在变形中具有一定的安全储备。

尽管如此，改造施工中对砌体结构仍应特别注意避免墙体变形的发生，不同施工质量的墙体变形可能导致整体结构产生严重破坏。因此在砌体结构加固改造前应特别注意对原结构的检测鉴定，对存在安全隐患的砌体结构应进行有效支顶等防护措施。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］．

［2］ 刘惠珊，徐攸在．地基基础工程［M］．北京:中国计划出版社，2002:414．