對建筑改建加固工程結構設計與施工技術的探討
摘要：本文根據建筑改建加固工程的實際情況及工程的特點，對工程加固改違結構設計和結構改建加固施工技術進行了全面的闡述。
關鍵詞：改建加固工程;地下室;結構設計;施工技術
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 ，由大慶市城建開發設計院設計，已建主體工程由大慶龍田建設開發有限公司施工。本工程于2002年1 1月主體結構施工完工后，因進入冬季而停止井點降水，主體結構抗浮措施不足，在2003年3—4月之間發現建筑物出現不均勻上浮，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。地下室經過上浮及下沉兩過程引起地下室結構及基礎較為復雜的破壞，現建筑物由于內部滲漏水嚴重，墻、板、柱等均存在裂縫損傷現象。
2、工程加固改造結構設計
2.1抗浮驗算《哈爾濱中建建筑設計有限公司2005—81巖土工程勘察報告》中指出，1998年最高地下水位為148.25m，已超過了該工程的頂標高147.10m，因此地下最高水位按地下商業廣場頂標高計算。
按抗浮單元分別驗算：
(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，基礎底板(梁)、兩層樓板(梁)、框架柱、面層重。抗浮差為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，基礎底板(梁)、兩層樓板(梁)、外墻(考慮地下二層新增加150ram厚結構層)、框架柱、面層重。抗浮滿足要求。
(3)商業大廳部分(12xl2rn)1.2*F浮力=13478KN G自重=8752KN自重包括：頂板覆土重，基礎底板(梁)、頂板(梁)、框架柱、面層重。抗浮差為4726KN。
(4)下沉廣場部分(12x12m)1.2*F浮力=13478KN G自重=6392KN自重包括：基礎底板(梁)、頂板(梁)、框架柱、面層重。抗浮差為7086KN。
根據抗浮驗算結果，建筑物整體和局部抗浮安全系數均不滿足要求，必須進行抗浮加固處理，考慮到建筑凈空要求，無法使用配重方案，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，單樁抗拔承載力設計值為384KN。商鋪部分(6x6m)采用一柱四樁，商業大廳部分 (12x12m)采用一柱十三樁，下沉廣場部分(12x12m)采用一柱十八樁。總樁數估算為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，抗拔承載力設計值為540KN。商鋪部分每單元需三根錨桿，商業大廳部分每單元需九根錨桿，下沉廣場部分每單元需十四根錨桿。
2.2結構構件驗算
(1)基礎筏板、基礎梁基礎筏板恒載55.5kN/m ，考慮水壓力扣除筏板自重，活載根據商場考慮取5kN/m2o筏板、基礎梁均不能滿足強度計算要求，同時裂縫寬度超限，地下室滲水嚴重，不利于鋼筋耐久性。鑿除原有壓重毛石混凝土，商場大廳部分新增350mm厚現澆鋼筋混凝土基礎板，周邊商鋪部分新增200mm厚現澆鋼筋混凝土基礎板，基礎梁截面相應增加。
(2)框架柱《哈爾濱中建建筑設計有限公司2005—81巖土工程勘察報告》中指出：該地區抗震設防烈度為6。，設計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算要求，僅對出現裂縫或垂直度偏差較大的柱，采取加固處理。中央大廳區域框架柱軸壓比、承載力、沖切驗算嚴重超限;部分框架柱垂直度偏差大，部分達到130mm。現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的樓板及頂板均采用無梁空心樓蓋，當時設計尚無標準可循，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超過了原設計重量，根據現行規范《現澆混凝土空心樓蓋結構技術規程》(CECS175：2004)對各層空心樓板進行驗算。樓板強度基本滿足規范要求，暗梁配筋不足，需進行加固補強。結合工程實際，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，地下一層外墻計算滿足要求，地下二層外墻截面配筋均不能滿足規范要求，外墻板出現貫通裂縫，滲水情況嚴重。現考慮新增150mm厚鋼筋混凝土內襯墻，同時在兩層結構墻中增設BAC濕鋪法雙面自粘防水卷材和SPU防水涂料，使地下商場達到長期良好使用的狀態。
3、結構改建加固施工
3. 1毛石混凝土鑿除為保證建筑物內部的凈空，方便后續基礎加固的實施，必須將原有內部配重——后加毛石混凝土層全部鑿除，鑿除可采用大型空壓機或小型挖土機等機械配合人工清理的的方式進行，并運輸到地面區域。
3.2井點降水為降低地下室底部水位，減輕地下室的上浮力，減小底板與基礎持力層的空隙，應在底板抗浮加固前進行井點降水。采用輕型井點，在地下室外圍埋設井點管深入含水層內，井點管的上端通過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，啟動抽水設備，地下水便在真空泵吸力的作用下，經濾水管進入井點管和集水總管，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底板底以下。
3.3基礎底板抗浮錨固
(1)錨桿靜壓樁錨桿靜壓樁可應用于新建或已建多層建筑物，適用于已建建筑物基礎的不均勻沉降引起的上部結構的開裂或基礎傾斜的托換，在本工程情況下，樁承受上拔力，連接接頭應采用型鋼焊接接頭。采用錨桿靜壓樁受力較大且可靠，施工便捷，但開鑿樁會對原結構產生一定影響。
(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到設計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生的拉力，其錨固機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，基礎底板上的受力均勻，且施工便捷。以是鋼筋、鋼絲束或鋼線，注漿材料可采用水泥砂漿或水泥漿。在注漿材料達 度的，可進行錨桿張拉施加預應力，有效施加抗浮力。
3. 4基礎底壓密注漿根據檢測結果，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。對于卸載后剩余的地下室底板與地基之間的孔洞可通過壓密注漿進行填密施工予以解決，同時壓密注漿也有利于基礎筏板、基礎梁下部裂縫修補，底鋼筋的防銹。壓密注漿應使縫隙填滿、密實，且壓力應適當，在與抗浮樁共同作用下保持原頂面標高基本保持不變。注漿加固正式施工前須進行試驗以正確選擇孔距、壓力、漿液濃度等。根據現有資料，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鉆進的孔中，注漿目的是為了對基礎底面下的土體進行壓密加固，以滿足淺基礎的天然地基承載力和反應模量的要求。
3. 5底板整澆層為增強地下室底板整體性及承載力、修補底板上浮產生的結構損傷及底板滲漏、并作為抗浮加固的錨固及保護層，可通過新增鋼筋混凝土整澆加強層對底板進行輔助加固及防水處理。現考慮中部商業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;底板基礎梁也通過新加鋼筋混凝土層相應加大截面。施工前應對底板破損及開裂處進行修補，裂縫部位進行壓力灌漿，滲漏部位進行防水處理，原底板表面混凝土應鑿毛并沖洗干凈，表面涂界面劑，保證新老混凝土層結合。
3.6混凝土柱加固及修復本工程大商場區域框架柱長細比較大，且施工偏差較大造成垂直度超標，計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行加固處理。
(1)大截面法加大截面法是通過新配鋼筋配合澆注混凝土、細石混凝土或灌漿料，通過增大構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，恢復柱的垂直度，缺點是施工周期較長，對建筑內空間有一定的減小。柱加固縱筋應鉆孔植筋入原鋼筋混凝土基礎，采用專用錨固劑錨固。
(2)9包角鋼法外包鋼加固技術是將角鋼、鋼板箍通過膠栓與混凝土柱外表面固定后用專用結構膠封閉形成“空腔”，而后灌注高強建筑結構灌注專用膠使用鋼板或型鋼和原混凝土構件可靠地連結成一個整體，該方法可以大幅度提高建筑物構件的承載力，施工便捷，不占用空間，缺點是施工費用稍高，無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碳纖維具有優異的物理力學性能，常用碳纖維的抗拉強度大于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。碳纖維復合材料具有自重輕、施工快捷、日常維護費用低等特點，再加上其優異的物理力學性能，是一種很好的結構加固補強材料。
3. 8鋼筋混凝土墻、柱、板裂縫及損傷修復根據相關檢測報告。首先對已產生的裂縫按照裂縫的寬度進行分類，對于不同分類的裂縫采用各種針對性的技術進行修補。對于寬度大于O.1mm小于0.2mm的裂縫，采用涂抹澆灌法施工;對于寬度大于O.2mm的裂縫擬采用低壓環氧灌漿法進行施工;對于混凝土表面的損傷、剝落進行除銹及修補。另外對裂縫數量較多、區域比較集中的構件，對裂縫進行封閉或灌漿處理后，再在混凝土表面粘貼纖維布以增強封護作用。
4、結束語
地下室的設計應遵循安全、適用和合理的原則，合理的設計是前提，規范安全的施工是準繩，只有在參建各方的通力合作下，不斷地進行探索和創新，才能更加合理、有效地開發和利用地下空間。
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