某地下空間工程改造加固設(shè)計(jì)

李媛

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)建筑業(yè)正在由大規(guī)模新建逐步進(jìn)入新建與改造加固并重的建設(shè)階段。隨著建設(shè)單位對(duì)既有結(jié)構(gòu)使用功能的調(diào)整和設(shè)計(jì)規(guī)范的更新，有大量既有結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行改造加固。目前，對(duì)結(jié)構(gòu)改造加固的研究和設(shè)計(jì)多數(shù)基于地上結(jié)構(gòu)，涉及到地下結(jié)構(gòu)及相應(yīng)防水做法的內(nèi)容相對(duì)較少。本文通過(guò)對(duì)某地下空間工程的設(shè)計(jì)，給出了考慮防水做法的改造加固節(jié)點(diǎn)做法，為其他類似工程提供參考。

1 工程概況

某工程主體部分包括中部長(zhǎng)280 m的地下一層結(jié)構(gòu)及東側(cè)長(zhǎng)30 m的地下兩層結(jié)構(gòu)，該部分采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，底板采用平板式筏基，打設(shè)抗拔樁。同期開發(fā)的地鐵區(qū)間及端頭井部分則采用鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)已按2009年初出具施工圖完成主體結(jié)構(gòu)（包括出地面風(fēng)井及采光井結(jié)構(gòu)）的施工，結(jié)構(gòu)防水及部分覆土已完成。結(jié)構(gòu)底板部分區(qū)域?yàn)榈罔F已通車運(yùn)營(yíng)。

現(xiàn)階段根據(jù)建設(shè)方提出的相關(guān)要求，對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部功能進(jìn)行修改和改造，主要內(nèi)容為：新增若干風(fēng)井、封堵原有若干采光井、一部樓扶梯移位。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)原則

采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件（10版V3.1.2）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模。考慮由于洞口的封堵、開鑿等引起荷載變化。基于計(jì)算分析的結(jié)果，對(duì)封鑿洞口所處框架網(wǎng)格內(nèi)不能滿足改造加固后承載力要求的既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固。

地下一層設(shè)計(jì)使用年限經(jīng)與建設(shè)單位協(xié)商，確定為50 a，但需按文獻(xiàn)[1]要求:所采用的膠和聚合物應(yīng)通過(guò)耐長(zhǎng)期應(yīng)力作用能力檢測(cè)；抗震設(shè)防烈度為7度，抗震設(shè)防類別為丙類，抗震等級(jí)為3級(jí)[1-3]。

2.1.3 荷載取值

永久荷載（恒荷載）：結(jié)構(gòu)自重荷載——由于洞口封閉、開鑿引起的結(jié)構(gòu)自重變化等。

可變荷載（活荷載）：樓梯、屋面活荷載取值不低于文獻(xiàn)[4]規(guī)定：消防疏散樓梯為3.50 kN/m2；路面超載為20.00 kN/m2；屋頂荷載（除路面超載外）為3.00 kN/m2；地震作用：考慮側(cè)墻水、土動(dòng)壓力，采用文獻(xiàn)[3]所附的地震影響系數(shù)曲線計(jì)算。按地震反應(yīng)譜理論，通過(guò)整體動(dòng)力分析確定。

2.1.4 結(jié)構(gòu)改造加固材料

（1）局部改造、加固結(jié)構(gòu)新增植筋梁：混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，抗?jié)B等級(jí)P8;樓梯：混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35;鋼筋采用HRB400。

短期政策創(chuàng)新建議：在繼續(xù)維持現(xiàn)有住房調(diào)控政策不變基礎(chǔ)上，確保房?jī)r(jià)穩(wěn)定和住房金融穩(wěn)定、安全，滿足生存型、剛需型、改善型住房消費(fèi)對(duì)金融支持的需求，抑制奢侈型、投機(jī)型住房投資對(duì)金融秩序的擾亂，為構(gòu)建新時(shí)代上海市住房金融中長(zhǎng)期長(zhǎng)效機(jī)制贏得時(shí)間、創(chuàng)造條件，有效減緩新時(shí)代上海市住房風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)上行幅度。

（2）碳纖維為300 g高強(qiáng)度I級(jí)碳纖維布，碳纖維板的厚度為1.2 mm。單向織物（布）抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為：1 600 MPa。

（3）增大截面加固法所用材料及強(qiáng)度等級(jí)規(guī)定：梁采用強(qiáng)度等級(jí)為C40的微膨脹細(xì)石混凝土或H40高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料；柱采用H45高強(qiáng)無(wú)收縮型灌漿料。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

按照原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料及改造加固圖紙，采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析和計(jì)算。結(jié)果表明，改建后該結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)指標(biāo)可滿足要求，涉及改造加固部分框架網(wǎng)格范圍內(nèi)基礎(chǔ)和樓板的設(shè)計(jì)可滿足計(jì)算要求，但存在部分梁構(gòu)件和2根柱構(gòu)件的承載力不能滿足計(jì)算要求，需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

3 結(jié)構(gòu)改造加固方案

由于地下空間工程地下一層頂板結(jié)構(gòu)的改造加固涉及原防水層的破除，而地下結(jié)構(gòu)防水工程屬于隱蔽工程，一旦滲水漏水后期解決難度很大。因此確保改造加固后結(jié)構(gòu)防水的可靠、有效也是該項(xiàng)目所需考慮的重要因素之一。按照文獻(xiàn)[5]要求并結(jié)合工程特點(diǎn)，下文在討論各改造加固的節(jié)點(diǎn)做法時(shí)會(huì)將防水做法一并考慮。

3.1 結(jié)構(gòu)改造方案

3.1.1 新增風(fēng)井改造方案

新增風(fēng)井需對(duì)原結(jié)構(gòu)板進(jìn)行鑿除，當(dāng)新增風(fēng)井側(cè)壁下存在既有結(jié)構(gòu)梁時(shí)，將風(fēng)井側(cè)壁鋼筋植入既有梁；當(dāng)新增風(fēng)井側(cè)壁下無(wú)結(jié)構(gòu)梁時(shí)，應(yīng)先植筋澆筑梁，后做風(fēng)井側(cè)壁。注意應(yīng)在新老混凝土接觸面上部做高200 mm C35細(xì)石混凝土，而后在其上鋪貼防水層。具體做法節(jié)點(diǎn)見圖1。

圖1 新增風(fēng)井節(jié)點(diǎn)做法（單位：mm）

3.1.2 封堵原有采光井改造方案

采光井封閉需對(duì)原結(jié)構(gòu)井側(cè)壁進(jìn)行鑿除，保留部分鋼筋與新澆筑封堵頂板鋼筋進(jìn)行搭接，保證新澆筑封堵頂板結(jié)構(gòu)上表面距離覆土完成面高350 mm。改造及防水做法節(jié)點(diǎn)見圖2。

圖2 封堵原有采光井節(jié)點(diǎn)做法（單位：mm）

3.1.3 樓梯移位改造方案

鑿除既有樓梯，對(duì)原樓梯洞口植筋做板進(jìn)行封堵；新增樓梯處應(yīng)鑿除既有頂板，樓梯出地面擋墻植入既有結(jié)構(gòu)，樓梯梯柱植入結(jié)構(gòu)底板，樓梯其他構(gòu)件新澆混凝土進(jìn)行施工。樓梯側(cè)墻防水做法同新增風(fēng)井節(jié)點(diǎn)。

3.2 結(jié)構(gòu)加固方案

3.2.1 梁構(gòu)件加固方案

對(duì)改造加固區(qū)域承載能力不能滿足設(shè)計(jì)要求的梁構(gòu)件，根據(jù)不同情況采用相應(yīng)的加固方案。

（1）粘貼碳纖維加固法：是指用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠黏劑把碳纖維布或板貼在梁上下受力表面，以彌補(bǔ)原梁縱筋的不足。該法適用于當(dāng)梁構(gòu)件正截面受彎承載力提高幅度、計(jì)算所需碳纖維粘貼層數(shù)均小于規(guī)范[1]規(guī)定且截面尺寸滿足斜截面受剪承載力的情況。根據(jù)規(guī)范[1]要求，當(dāng)梁斜截面承載力需進(jìn)行加固時(shí)選用如圖3（a）所示節(jié)點(diǎn)，當(dāng)梁斜截面承載力僅按構(gòu)造需要設(shè)箍時(shí)選用如圖3（b）所示節(jié)點(diǎn)。防水做法應(yīng)注意在梁頂粘貼碳纖維后澆筑厚50 mm的細(xì)石混凝土，而后鋪貼2道防水卷材并做好新老防水材料搭接。

（2）增大截面加固法：是指采用增大梁寬或增加梁高的方式來(lái)增大既有梁截面面積，同時(shí)加配一定數(shù)量鋼筋以提高梁正截面或斜截面承載能力。當(dāng)計(jì)算結(jié)果所需加固內(nèi)容超出上述粘貼鋼板的適用范圍時(shí)，可采用增大截面加固法。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置情況可選用單側(cè)加固或雙側(cè)加固節(jié)點(diǎn)。梁底新增縱筋植入兩側(cè)既有梁柱構(gòu)件，梁底新增箍筋植入既有加固梁；梁側(cè)新增箍筋水平段鋼筋采用先鑿除既有梁梁頂鋼筋后與原箍筋焊接的方法，豎直段采用穿板后與梁底新增箍筋焊接的方法。防水做法應(yīng)注意在開鑿既有板上部澆筑厚50 mm的細(xì)石混凝土，而后鋪貼2道防水卷材并做好新老防水材料搭接。具體做法節(jié)點(diǎn)詳見圖4（圖中d表示連接鋼筋的較小直徑）。

圖3 梁粘貼碳纖維加固法節(jié)點(diǎn)做法（單位：mm）

圖4 梁增大截面加固法節(jié)點(diǎn)做法（單位：mm）

3.2.2 柱構(gòu)件加固方案

在樓梯移位改造區(qū)域存在2根承載能力不能滿足設(shè)計(jì)要求的框架柱，加固方案采用增大截面加固法。該方法是指通過(guò)增大框架柱的截面（該項(xiàng)目采用四面增大做法），根據(jù)計(jì)算結(jié)果配置一定數(shù)量鋼筋來(lái)解決框架柱的截面承載力不足或軸壓比超限等問(wèn)題。新增受力鋼筋在加固樓層范圍內(nèi)應(yīng)通長(zhǎng)設(shè)置，如圖5所示。

圖5 柱增大截面加固法節(jié)點(diǎn)做法

3.3 施工注意事項(xiàng)

3.3.1 防水工程注意事項(xiàng)

（1）注意新老混凝土接觸面鑿毛、刷界面劑。

（2）新老防水材料應(yīng)做好搭接，原防水卷材若有破損，應(yīng)割去破損卷材，用新卷材搭接，且保證搭接長(zhǎng)度不小于500 mm。

（3）螺栓孔應(yīng)灌膠粘劑封閉。

（4）防水施工時(shí)，應(yīng)確保足夠操作面，避免卷材在陰角、陽(yáng)角等區(qū)域搭接。

3.3.2 其他注意事項(xiàng)

（1）施工前至覆土回填完畢階段應(yīng)注意對(duì)挖除頂板覆土改造加固區(qū)域進(jìn)行底板負(fù)重。卸載與底板負(fù)重區(qū)域的荷載數(shù)值應(yīng)保持一致。

（2）施工時(shí)應(yīng)注意對(duì)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件、防水層等的保護(hù)，如已有結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、變形、滲漏水等情況，應(yīng)立即停止施工，并采取應(yīng)急措施，保護(hù)已有結(jié)構(gòu)。

（3）部分混凝土拆除具有一定的危險(xiǎn)性，在開始拆卸工作前，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)，應(yīng)有有效的安全措施，安全的支撐系統(tǒng)，保證保留結(jié)構(gòu)的安全。原結(jié)構(gòu)的拆除必須采用切割拆除或先切割使待拆除部分混凝土脫離原結(jié)構(gòu)后再采用破碎方式拆除，避免過(guò)大振動(dòng)對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。

4 結(jié)語(yǔ)

基于地下空間工程改造加固的特點(diǎn)，在具體工程的設(shè)計(jì)中需同時(shí)考慮防水做法。總結(jié)出了針對(duì)不同情況所采用的改造加固方法并給出了具體節(jié)點(diǎn)做法；對(duì)改造加固工程施工中所需注意事項(xiàng)給出了建議，為其他類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。