多種加固技術(shù)在某文物保護(hù)圍墻工程中的應(yīng)用

周 瑾 袁滿意 劉承斌

(1.浙江勤信資產(chǎn)評(píng)估公司，浙江 杭州 310013;2.浙江大學(xué)土木系，浙江 杭州 310058)

0 引言

20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，房屋質(zhì)量的檢測(cè)和鑒定變得越來(lái)越重要，特別對(duì)一些重要的歷史性建筑、有紀(jì)念意義的建筑需要進(jìn)行保護(hù)和修繕時(shí)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定和加固。現(xiàn)在一般的加固方法不管是理論還是施工工藝都已經(jīng)比較成熟，但都局限于加固范圍為結(jié)構(gòu)局部或單一工藝的加固，而對(duì)各種加固技術(shù)的綜合應(yīng)用則不多見。

本文結(jié)合杭州某文物圍墻加固工程介紹了各種加固技術(shù)的綜合應(yīng)用。

1 工程概況

該古建筑建于民國(guó)初年，具體時(shí)間不詳，按照杭州市新一輪規(guī)劃建設(shè)，需要拆除重建，同時(shí)為了街道景觀規(guī)劃需要，保留該古建筑所屬北側(cè)及西側(cè)墻體，北側(cè)墻長(zhǎng)37 m，平均高度為11.4 m，西側(cè)墻長(zhǎng)44 m，平均高度為12.8 m。在對(duì)兩道墻進(jìn)行保護(hù)的同時(shí)，在東南側(cè)新建商品房住宅，最近處不足1 m，其基坑施工擾動(dòng)對(duì)墻體的不利影響可想而知，加上墻體原有屋架及橫梁支撐拆除，剩下結(jié)構(gòu)作為獨(dú)立墻體，墻體的受力增加了許多不利因素，另外考慮到所用建筑材料經(jīng)過(guò)多年的風(fēng)雨侵蝕，其力學(xué)性能不容樂(lè)觀。該街道屬于鬧市區(qū)，人流量較大，既要考慮到施工的安全，又要考慮到不妨礙人流的通行，施工難度很大。針對(duì)兩道墻在原建筑拆除和新建筑建造過(guò)程的結(jié)構(gòu)安全性，進(jìn)行詳細(xì)復(fù)核，并提出了臨時(shí)加固和永久加固的具體措施。

2 受力分析

從測(cè)繪的有限圖紙資料及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果來(lái)看，兩堵獨(dú)立墻體的高厚比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了砌體規(guī)范的限定值，而且建造的年代久遠(yuǎn)，有100年的歷史，超出了設(shè)計(jì)壽命，建筑材料力學(xué)性能指標(biāo)低，從外觀上看，北側(cè)墻體有明顯傾斜，基礎(chǔ)資料不詳。圍墻外側(cè)為馬路，內(nèi)側(cè)最近處距離1 m則是開挖深基坑，建造住宅，所以難度可想而知。

從作用的荷載來(lái)看，墻體承受的荷載主要為水平作用的風(fēng)荷載，杭州地區(qū)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.4 kN/m2，考慮到墻體迎風(fēng)面較大，兩道墻體的水平荷載值將會(huì)非常大，加上如果基坑施工造成地基沉降，將會(huì)給墻體和人員安全造成嚴(yán)重的后果。

3 加固設(shè)計(jì)

鑒于整個(gè)施工工程的復(fù)雜性，筆者提出了臨時(shí)性加固措施和永久性加固措施，具體如下:

臨時(shí)性加固措施，采用混凝土框架結(jié)構(gòu)形式對(duì)保留墻體進(jìn)行支撐保護(hù)，要求在整個(gè)拆、改建施工過(guò)程中起到對(duì)保留墻體的保護(hù)作用，防止墻體遭受損壞。

永久性加固措施，根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查的情況，選擇合適的手段對(duì)保留墻體進(jìn)行加固，提高其整體性、承載能力以及耐久性，由于墻外側(cè)面需要保留，加固措施擬在內(nèi)側(cè)面上實(shí)施，同時(shí)在保留墻體與新結(jié)構(gòu)間設(shè)置足夠的拉結(jié)措施，以加強(qiáng)保留墻體與新結(jié)構(gòu)間的連接，確保保留墻體的整體穩(wěn)定性。

3.1 基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)

考慮到基礎(chǔ)不詳，我們對(duì)其進(jìn)行局部開挖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)為簡(jiǎn)單的條形基礎(chǔ)，寬度為400 mm左右，混凝土強(qiáng)度未知，內(nèi)部未設(shè)置鋼筋，為了安全起見，我們沿著墻體整體澆筑寬度為2 m的混凝土基礎(chǔ)，同時(shí)將混凝土基礎(chǔ)用深錨桿固定在地面上，保證混凝土框架具有足夠的穩(wěn)定性。

在不破壞原基礎(chǔ)的情況下，北側(cè)墻外側(cè)地面開挖，沿長(zhǎng)度方向布置300 mm厚的混凝土基礎(chǔ)，橫向配筋16@85，縱向8@200。基礎(chǔ)地面以下在混凝土反力架立柱位置設(shè)置9.7 m深的土層錨桿，錨桿采用φ32，水泥砂漿強(qiáng)度采用M25(見圖1)。由于土層強(qiáng)度不夠，需要高壓噴射注漿法進(jìn)行灌漿加固，施工順序?yàn)闄C(jī)具就位、灌入噴射管、噴射注漿、拔管和沖洗等，使其摩擦力達(dá)到20 kPa。

圖1 錨桿及地梁示意圖

3.2 混凝土支架加固設(shè)計(jì)

沿兩堵立面墻適當(dāng)位置各布置10個(gè)混凝土支架，按高度分3段，內(nèi)部設(shè)置實(shí)心磚，保證其水平剛度。混凝土立柱截面選用300×300，橫梁截面選用300×300，相鄰鋼架間通過(guò)角鋼相連，設(shè)置到橫梁的支撐，加強(qiáng)剛度，拉接桿穿過(guò)墻體窗戶兩端用螺栓固定(見圖2)。

圖2 框架截面及拉桿示意圖

3.3 墻體加固設(shè)計(jì)

墻體采用在內(nèi)側(cè)單面布置鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固，水泥砂漿層厚度為30 mm，砂漿強(qiáng)度采用M20，鋼筋網(wǎng)采用φ6@300。鋼筋網(wǎng)可用φ4 mm，U形鋼筋按600 mm×600 mm間距布置釘入墻內(nèi)與墻體固定，縱向鋼筋應(yīng)伸入地面以下，并插入混凝土基礎(chǔ)(見圖3)。為保證水泥砂漿能與原砌體可靠的粘結(jié)，施工時(shí)應(yīng)將原墻面的粉刷層鏟去，鑿縫剔深10 mm，用鋼刷將墻面刷凈，并灑水濕潤(rùn)。

圖3 鋼絲網(wǎng)加固墻體示意圖

為提高底層大開間部分墻體的豎向承載力與抗側(cè)力能力，擬采用外包角鋼加固保留墻體的磚柱(墻段)。一般做法:先將磚柱四角粉刷層鏟除，洗刷干凈，在磚柱角表面抹一層10 mm厚水泥砂漿找平，將角鋼粘貼于受荷磚柱的四周，并用卡具卡緊，隨即用綴板將角鋼連成整體，最后去掉卡具，粉刷水泥砂漿以保護(hù)角鋼。角鋼應(yīng)很好地錨入基礎(chǔ)，在頂部也應(yīng)有可靠的錨固，以保證其有效地參與工作。角鋼采用∠50×5(見圖4)。

圖4 墻體立柱加固示意圖

由于街面房營(yíng)業(yè)需要，圍墻下部開洞位置及尺寸大小進(jìn)行了調(diào)整，采用了碳纖維加固開洞墻梁的措施，以提高其抗彎承載能力(見圖5)。

圖5 過(guò)梁粘貼纖維布示意圖

在條件許可的情況下，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支架在墻的內(nèi)外側(cè)各設(shè)置斜拉桿，進(jìn)一步增加其抗傾覆能力。

3.4 與新結(jié)構(gòu)的連接

為了在鋼結(jié)構(gòu)支架拆除后，使保留墻體具有足夠的抗側(cè)力能力，提高其側(cè)向穩(wěn)定性，須在新結(jié)構(gòu)與保留墻體間設(shè)置可靠的連接措施，設(shè)置的連接部件，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，需要考慮新老結(jié)構(gòu)的沉降差以及新結(jié)構(gòu)的溫度、收縮變形等的影響，應(yīng)允許其在豎向能有足夠的滑動(dòng)空間，在拉結(jié)方向也應(yīng)采用軟連接(見圖6)。

圖6 新舊結(jié)構(gòu)連接示意圖

4 施工順序

加固順序應(yīng)該在安全不影響施工進(jìn)度的前提下進(jìn)行。在原房屋拆除前，首先需要對(duì)圍墻設(shè)置混凝土框架加固，而施工則應(yīng)該從基礎(chǔ)做起，等混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后，等連桿施工完畢，可對(duì)原結(jié)構(gòu)拆除。加固施工順序見圖7。

圖7 施工順序圖

在施工過(guò)程中，應(yīng)該注意以下事項(xiàng):在整個(gè)拆、改建與加固施工過(guò)程中，禁止對(duì)保留墻體產(chǎn)生直接的沖擊，嚴(yán)防保留墻體受到損壞;對(duì)與保留墻體直接相連的部分，須先采取割斷措施后，才能實(shí)行拆除。在條件許可的情況下，可在墻的內(nèi)外側(cè)各設(shè)置拉桿，增加其整體穩(wěn)定性。基坑支護(hù)方案應(yīng)嚴(yán)密論證，盡量減小基坑開挖對(duì)保留墻體的影響，并安排必要的監(jiān)測(cè)手段，確保在開挖期間保留墻體的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

該結(jié)構(gòu)加固涉及多個(gè)方面，部位從下到上，方法從混凝土、碳纖維到鋼結(jié)構(gòu)，時(shí)間跨度大，從拆除到完全建成，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程項(xiàng)目，尤其是在基礎(chǔ)施工時(shí)發(fā)現(xiàn)下有一條高壓電纜，采用了管道填充混凝土的技術(shù)。

杭州該文物圍墻加固改造技術(shù)的成功應(yīng)用，對(duì)于在鬧市區(qū)進(jìn)行類似工程的改造有較好的借鑒作用。

[1]GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[2]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[3]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[4]GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S］.

[5]JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S］.

[6]CECS 22:90，土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S］.

[7]呂西林.建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)[M］.北京:科學(xué)出版社，2001.

[8]張熙光，王駿孫，劉惠柵.建筑抗震鑒定加固手冊(cè)[M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[9]干兆和，龔斌文，龔健飛.多種加固技術(shù)手段在某托梁拔柱工程中的應(yīng)用[J］.施工技術(shù)，2006，35(3):36-37.