對(duì)建筑改建加固工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的探討
摘要：本文根據(jù)建筑改建加固工程的實(shí)際情況及工程的特點(diǎn)，對(duì)工程加固改違結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改建加固施工技術(shù)進(jìn)行了全面的闡述。
關(guān)鍵詞：改建加固工程;地下室;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);施工技術(shù)
1、工程概況
本工程為全地下建筑，總建筑面積40400mz，建筑物底面積為26366.14m ，由大慶市城建開發(fā)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，已建主體工程由大慶龍?zhí)锝ㄔO(shè)開發(fā)有限公司施工。本工程于2002年1 1月主體結(jié)構(gòu)施工完工后，因進(jìn)入冬季而停止井點(diǎn)降水，主體結(jié)構(gòu)抗浮措施不足，在2003年3—4月之間發(fā)現(xiàn)建筑物出現(xiàn)不均勻上浮，建筑物中部上拱比四周大，高差約800ram.后采取了一些措施，包括進(jìn)行了澆筑毛石混凝土、加高頂部填土層和砌筑370磚墻等配重施工。地下室經(jīng)過(guò)上浮及下沉兩過(guò)程引起地下室結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)較為復(fù)雜的破壞，現(xiàn)建筑物由于內(nèi)部滲漏水嚴(yán)重，墻、板、柱等均存在裂縫損傷現(xiàn)象。
2、工程加固改造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1抗浮驗(yàn)算《哈爾濱中建建筑設(shè)計(jì)有限公司2005—81巖土工程勘察報(bào)告》中指出，1998年最高地下水位為148.25m，已超過(guò)了該工程的頂標(biāo)高147.10m，因此地下最高水位按地下商業(yè)廣場(chǎng)頂標(biāo)高計(jì)算。
按抗浮單元分別驗(yàn)算：
(1)商鋪部分(6x6m)1.2*F浮力=3326KN G自重=1886KN自重包括：頂板覆土重，基礎(chǔ)底板(梁)、兩層樓板(梁)、框架柱、面層重�？垢〔顬�1441KN。
(2)商鋪邊跨部分(6x3m)1.2*F浮力：1663KN G自重：1682KN自重包括：頂板覆土重，基礎(chǔ)底板(梁)、兩層樓板(梁)、外墻(考慮地下二層新增加150ram厚結(jié)構(gòu)層)、框架柱、面層重�？垢M足要求。
(3)商業(yè)大廳部分(12xl2rn)1.2*F浮力=13478KN G自重=8752KN自重包括：頂板覆土重，基礎(chǔ)底板(梁)、頂板(梁)、框架柱、面層重�？垢〔顬�4726KN。
(4)下沉廣場(chǎng)部分(12x12m)1.2*F浮力=13478KN G自重=6392KN自重包括：基礎(chǔ)底板(梁)、頂板(梁)、框架柱、面層重�？垢〔顬�7086KN。
根據(jù)抗浮驗(yàn)算結(jié)果，建筑物整體和局部抗浮安全系數(shù)均不滿足要求，必須進(jìn)行抗浮加固處理，考慮到建筑凈空要求，無(wú)法使用配重方案，故考慮采用錨桿靜壓樁做為抗拔樁或采用抗浮土層錨桿的方案。
錨桿靜壓樁截面250mmx250mmx16000nma，單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值為384KN。商鋪部分(6x6m)采用一柱四樁，商業(yè)大廳部分 (12x12m)采用一柱十三樁，下沉廣場(chǎng)部分(12x12m)采用一柱十八樁�？倶稊�(shù)估算為2380根，約2380立方米混凝土。
抗浮土層錨桿截面中350mmx20000mm，錨桿為2中36螺紋鋼，抗拔承載力設(shè)計(jì)值為540KN。商鋪部分每單元需三根錨桿，商業(yè)大廳部分每單元需九根錨桿，下沉廣場(chǎng)部分每單元需十四根錨桿。
2.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算
(1)基礎(chǔ)筏板、基礎(chǔ)梁基礎(chǔ)筏板恒載55.5kN/m ，考慮水壓力扣除筏板自重，活載根據(jù)商場(chǎng)考慮取5kN/m2o筏板、基礎(chǔ)梁均不能滿足強(qiáng)度計(jì)算要求，同時(shí)裂縫寬度超限，地下室滲水嚴(yán)重，不利于鋼筋耐久性。鑿除原有壓重毛石混凝土，商場(chǎng)大廳部分新增350mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)板，周邊商鋪部分新增200mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)板，基礎(chǔ)梁截面相應(yīng)增加。
(2)框架柱《哈爾濱中建建筑設(shè)計(jì)有限公司2005—81巖土工程勘察報(bào)告》中指出：該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6。，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。周邊商鋪部分框架柱基本滿足計(jì)算要求，僅對(duì)出現(xiàn)裂縫或垂直度偏差較大的柱，采取加固處理。中央大廳區(qū)域框架柱軸壓比、承載力、沖切驗(yàn)算嚴(yán)重超限;部分框架柱垂直度偏差大，部分達(dá)到130mm�，F(xiàn)將框架柱截面增加到900mmx900mm，植筋12中25縱筋。
(3)各層樓板、暗梁本工程地下商場(chǎng)的樓板及頂板均采用無(wú)梁空心樓蓋，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可循，且后期配重又大幅增加了頂板荷載，覆土層厚度由 600mm增加到900ram超過(guò)了原設(shè)計(jì)重量，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS175：2004)對(duì)各層空心樓板進(jìn)行驗(yàn)算。樓板強(qiáng)度基本滿足規(guī)范要求，暗梁配筋不足，需進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。結(jié)合工程實(shí)際，采用粘貼碳纖維方式為理想方案。周邊商鋪部分1200x250mm、 1200x300mm暗梁跨中須補(bǔ)鋼筋面積約12era ，按粘貼一層碳纖維考慮;中央大廳部分1900x700mm暗梁跨中須補(bǔ)鋼筋面積約30cmz，按粘貼二層碳纖維考慮。
(4)地下室剪力墻地下室外墻荷載考慮水土壓力，地下一層外墻計(jì)算滿足要求，地下二層外墻截面配筋均不能滿足規(guī)范要求，外墻板出現(xiàn)貫通裂縫，滲水情況嚴(yán)重。現(xiàn)考慮新增150mm厚鋼筋混凝土內(nèi)襯墻，同時(shí)在兩層結(jié)構(gòu)墻中增設(shè)BAC濕鋪法雙面自粘防水卷材和SPU防水涂料，使地下商場(chǎng)達(dá)到長(zhǎng)期良好使用的狀態(tài)。
3、結(jié)構(gòu)改建加固施工
3. 1毛石混凝土鑿除為保證建筑物內(nèi)部的凈空，方便后續(xù)基礎(chǔ)加固的實(shí)施，必須將原有內(nèi)部配重——后加毛石混凝土層全部鑿除，鑿除可采用大型空壓機(jī)或小型挖土機(jī)等機(jī)械配合人工清理的的方式進(jìn)行，并運(yùn)輸?shù)降孛鎱^(qū)域。
3.2井點(diǎn)降水為降低地下室底部水位，減輕地下室的上浮力，減小底板與基礎(chǔ)持力層的空隙，應(yīng)在底板抗浮加固前進(jìn)行井點(diǎn)降水。采用輕型井點(diǎn)，在地下室外圍埋設(shè)井點(diǎn)管深入含水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過(guò)連接彎管與集水總管連接，集水總管再與真空泵和離心水泵相連，啟動(dòng)抽水設(shè)備，地下水便在真空泵吸力的作用下，經(jīng)濾水管進(jìn)入井點(diǎn)管和集水總管，排出空氣后，由離心水泵的排水管排出，使地下水位降低到基礎(chǔ)底板底以下。
3.3基礎(chǔ)底板抗浮錨固
(1)錨桿靜壓樁錨桿靜壓樁可應(yīng)用于新建或已建多層建筑物，適用于已建建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降引起的上部結(jié)構(gòu)的開裂或基礎(chǔ)傾斜的托換，在本工程情況下，樁承受上拔力，連接接頭應(yīng)采用型鋼焊接接頭。采用錨桿靜壓樁受力較大且可靠，施工便捷，但開鑿樁會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。
(2)壓樁施工順序如下：清除毛石混凝土一開鑿壓樁孔與錨桿螺栓孔一埋設(shè)錨桿一安裝反力架一吊裝入位一壓樁施工一記錄壓樁力與深度一接樁一壓樁施工一達(dá)到設(shè)計(jì)要求拆除反力架一截樁頭、焊接交叉鋼筋、清理壓樁孔、清洗孔壁一澆C30微膨脹早強(qiáng)混凝土。
(3)抗浮土層錨桿土層抗浮錨桿由錨桿和注漿材料組成，承受由地下水浮力產(chǎn)生的拉力，其錨固機(jī)理與普通近水平的錨桿有所不同，抗浮錨桿的間距小，單根錨桿承受的抗拔力小，基礎(chǔ)底板上的受力均勻，且施工便捷。以是鋼筋、鋼絲束或鋼鉸線，注漿材料可采用水泥砂漿或水泥漿。在注漿材料達(dá) 糨度的，可進(jìn)行錨桿張拉施加預(yù)應(yīng)力，有效施加抗浮力。
3. 4基礎(chǔ)底壓密注漿根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，本工程自2003年上浮后，并未回落到原持力層土層上.地下室底板與地基之間發(fā)生脫離，形成局部空洞并充滿著水或泥漿，因此目前地基土持力層是不可靠的，存在安全隱患。對(duì)于卸載后剩余的地下室底板與地基之間的孔洞可通過(guò)壓密注漿進(jìn)行填密施工予以解決，同時(shí)壓密注漿也有利于基礎(chǔ)筏板、基礎(chǔ)梁下部裂縫修補(bǔ)，底鋼筋的防銹。壓密注漿應(yīng)使縫隙填滿、密實(shí)，且壓力應(yīng)適當(dāng)，在與抗浮樁共同作用下保持原頂面標(biāo)高基本保持不變。注漿加固正式施工前須進(jìn)行試驗(yàn)以正確選擇孔距、壓力、漿液濃度等。根據(jù)現(xiàn)有資料，本工程注漿考慮深度：大廳部分1.1m，商鋪部分0.7米。
壓密注漿是指用較為稠密的水泥漿液灌人事先在地基土內(nèi)鉆進(jìn)的孔中，注漿目的是為了對(duì)基礎(chǔ)底面下的土體進(jìn)行壓密加固，以滿足淺基礎(chǔ)的天然地基承載力和反應(yīng)模量的要求。
3. 5底板整澆層為增強(qiáng)地下室底板整體性及承載力、修補(bǔ)底板上浮產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷及底板滲漏、并作為抗浮加固的錨固及保護(hù)層，可通過(guò)新增鋼筋混凝土整澆加強(qiáng)層對(duì)底板進(jìn)行輔助加固及防水處理。現(xiàn)考慮中部商業(yè)大廳新加鋼筋混凝土底板，厚度350mm;周圈商鋪新加鋼筋混凝土底板，厚度200mm;底板基礎(chǔ)梁也通過(guò)新加鋼筋混凝土層相應(yīng)加大截面。施工前應(yīng)對(duì)底板破損及開裂處進(jìn)行修補(bǔ)，裂縫部位進(jìn)行壓力灌漿，滲漏部位進(jìn)行防水處理，原底板表面混凝土應(yīng)鑿毛并沖洗干凈，表面涂界面劑，保證新老混凝土層結(jié)合。
3.6混凝土柱加固及修復(fù)本工程大商場(chǎng)區(qū)域框架柱長(zhǎng)細(xì)比較大，且施工偏差較大造成垂直度超標(biāo)，計(jì)算表明部分柱承載力不能滿足要求，可采用加大截面或外包角鋼方式進(jìn)行加固處理。
(1)大截面法加大截面法是通過(guò)新配鋼筋配合澆注混凝土、細(xì)石混凝土或灌漿料，通過(guò)增大構(gòu)件的截面加固混凝土柱，可有效提高柱的承載力，加大柱的剛度，恢復(fù)柱的垂直度，缺點(diǎn)是施工周期較長(zhǎng)，對(duì)建筑內(nèi)空間有一定的減小。柱加固縱筋應(yīng)鉆孔植筋入原鋼筋混凝土基礎(chǔ)，采用專用錨固劑錨固。
(2)9包角鋼法外包鋼加固技術(shù)是將角鋼、鋼板箍通過(guò)膠栓與混凝土柱外表面固定后用專用結(jié)構(gòu)膠封閉形成“空腔”，而后灌注高強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)灌注專用膠使用鋼板或型鋼和原混凝土構(gòu)件可靠地連結(jié)成一個(gè)整體，該方法可以大幅度提高建筑物構(gòu)件的承載力，施工便捷，不占用空間，缺點(diǎn)是施工費(fèi)用稍高，無(wú)法改變柱本身的垂直偏差，適用于垂直度較好的柱。
3.7混凝土板加固及修復(fù)碳纖維具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，常用碳纖維的抗拉強(qiáng)度大于3000Mpa，為建筑用鋼的十幾倍，彈性模量和建筑用鋼處于同一水平上。碳纖維復(fù)合材料具有自重輕、施工快捷、日常維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，再加上其優(yōu)異的物理力學(xué)性能，是一種很好的結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)材料。
3. 8鋼筋混凝土墻、柱、板裂縫及損傷修復(fù)根據(jù)相關(guān)檢測(cè)報(bào)告。首先對(duì)已產(chǎn)生的裂縫按照裂縫的寬度進(jìn)行分類，對(duì)于不同分類的裂縫采用各種針對(duì)性的技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于寬度大于O.1mm小于0.2mm的裂縫，采用涂抹澆灌法施工;對(duì)于寬度大于O.2mm的裂縫擬采用低壓環(huán)氧灌漿法進(jìn)行施工;對(duì)于混凝土表面的損傷、剝落進(jìn)行除銹及修補(bǔ)。另外對(duì)裂縫數(shù)量較多、區(qū)域比較集中的構(gòu)件，對(duì)裂縫進(jìn)行封閉或灌漿處理后，再在混凝土表面粘貼纖維布以增強(qiáng)封護(hù)作用。
4、結(jié)束語(yǔ)
地下室的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全、適用和合理的原則，合理的設(shè)計(jì)是前提，規(guī)范安全的施工是準(zhǔn)繩，只有在參建各方的通力合作下，不斷地進(jìn)行探索和創(chuàng)新，才能更加合理、有效地開發(fā)和利用地下空間。
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