城市基礎設施地基基礎和上部結構加固方案研究

徐晟奕

上海國際投資咨詢有限公司，上海 200003

目前，20 世紀末建設的城市基礎設施已經投入使用20余年，部分建筑出現墻體開裂、地磚起拱等損壞現象。同時，隨著城市基礎設施建設標準的重新修訂，建筑、結構、抗震、消防等設計規范的不斷更新，現有建筑在建設規模、功能布局、結構設計等方面已無法滿足當下的使用規范要求。為了充分利用現有基礎設施，避免重復建設造成的投資浪費現象，在進行改擴建工程時，可能會涉及對現有建筑的結構加固和補強工程。該研究通過對城市基礎設施加固必要性、加固范圍、加固方法、投資估算等方面進行分析，最終提出了合理的地基基礎和上部結構加固方案。

1 研究原則及方法

（1）研究原則。①執行當前最新的建筑、結構等設計規范和標準。②以同類建筑共性需求作為研究內容，不考慮單個項目特殊需求。③在滿足需求的情況下，堅持合理控制投資，提高投資效率。

（2）研究方法。①案例研究法：對具有代表性的實際案例進行深入剖析，分析共性和個性因素，作為分析研究的基礎。②文獻研究法：對相關文獻進行收集、整理、歸納與比較，不斷給研究工作提供有價值的信息。③專家調研法：走訪結構設計、結構加固、基坑圍護、概預算等方面專家，與其進行專題溝通。

2 研究內容

2.1 加固必要性

城市基礎設施加固研究的第一步是需要明確是否有必要進行加固以及是否屬于加固工程范疇。加固工程是指針對建筑物整體結構體系，按照現行的結構設計規范，經計算及論證，達不到設計要求或存在影響結構安全的問題而需要整改的工程。如果只是對建筑物中的裝飾裝修、電氣等進行完善或更新，則屬于修繕工程，不屬于加固工程范疇[1]。研究認為，年久失修的“老年”建筑未必一定要進行結構加固。通常在發生如下情況時，需要進行安全鑒定，考慮加固工程的必要性：

（1）現有用房建筑面積無法滿足實際使用需求，且對照新的建設標準存在建筑面積缺口，需要對現有用房進行加層擴建；（2）現有用房業務用途發生較大變化，已不符合新的建設標準功能布局要求，需要對現有用房進行布局調整，且涉及荷載明顯變動或改變主體承重結構；（3）受到周邊相鄰地塊深基坑開挖、地下工程施工影響，導致現有用房整體出現不均勻下沉或整體傾斜，房屋出現地坪開裂等現象[2]。

2.2 加固范圍

研究認為，加固工程的建設范圍具有局部性和針對性。涉及加層擴建時，一般會導致建筑上部梁、板等部分結構構件抗震能力不滿足要求，需要進行局部加固；涉及功能布局調整時，一般會引起局部荷載變動，需要對部分構件進行加固；涉及房屋整體傾斜時，一般需要對地基基礎進行加固；涉及裙房樓頂加層，且裙房基礎形式和主樓基礎形式不同，可將裙樓和主樓視作兩個單體建筑，加固范圍主要為裙房區域。

因此，研究建議加固工程建設范圍應根據《建筑結構荷載規范》（GB 50009—2012）、《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）、《現有建筑抗震鑒定與加固規程》（DGJ 08—81—2015）等現行標準，依據《房屋抗震鑒定報告》鑒定結果，經過工程計算軟件對結構構件強度和變形進行驗證計算，對局部結構有安全隱患的部位進行針對性加固。

2.3 加固方法

（1）地基基礎加固。地基基礎加固的方法包括加寬基礎、加深基礎、增設樁、地基處理等。當加層擴建地基承載力不足時，一般可采用加寬基礎，即通過增設承重梁、筏板基礎等方式加大建筑基底面積，進行基礎加固；當地基中存在軟弱膨脹土時，一般可挖去后重做混凝土墩，加深基礎，進行基礎加固；因加層擴建或受到周邊工程深基坑開挖影響等情況，導致地基基礎承載力嚴重不足時，一般可考慮增設樁（包括壓入樁、錨桿靜壓樁、灌注樁等）來托換原有基礎形式，進行基礎加固；若深度為3mm 以上的地基出現開裂，并且強度或剛度不足時，一般可考慮采用化學灌漿法等進行基礎加固。研究認為，針對房屋整體出現不均勻下沉或整體傾斜，在考慮控制房屋傾斜、不考慮對建筑糾偏的情況下，一般不會同時采用多種地基基礎加固方案。在地基承載力未呈現嚴重不足，而且建筑荷載增加不大的情況下，研究建議采用壓密注漿法；反之，若地基承載力呈現嚴重不足，在結合勘察報告確定樁基持力層和單樁承載力，以及同一建筑不存在不同持力層后，可考慮采用錨桿靜壓樁；在使用上述方法后，經計算論證仍存在基礎尺寸不足、抗沖切不足等情況時，可進一步采用基礎加固法。在進行具體地基基礎加固時，為了確保施工的經濟、安全和合理，若采用壓密注漿法，研究建議控制好注漿范圍、注漿速度和工藝手段；若采用錨桿靜壓樁，研究建議科學布置錨樁數量和位置，同時注意施工過程中產生的向上頂力，可能會造成局部混凝土構件產生裂縫等次生災害。

（2）上部結構加固。上部結構加固的方法包括增大截面加固法、黏鋼加固法、包鋼加固法、預應力加固法、增設支點加固法等。增大截面加固法一般是在構件受壓區增加混凝土現澆層、受拉區增加配筋量，通過增加結構構件的截面積和配筋量，提高構件的正截面抗彎、斜截面抗剪能力、截面剛度等承載力；黏鋼加固法一般是針對靜力作用下承載力不足的混凝土受彎、受拉構件，通過采用環氧樹脂配成的膠黏劑，將鋼板粘貼在構件外部進行加固，提高構件的承載力和正常使用時的性能；包鋼加固法一般是在被加固構件的四周采用環氧樹脂配成的膠黏劑，將型鋼包在外邊黏結形成一個整體進行加固，提高構件正截面承載力、延性和截面剛度。上述三種加固方法比較常用，屬于直接加固法。預應力加固法一般適用于受彎的混凝土構件，通過外加預應力鋼拉桿產生的負彎矩，可以抵消部分荷載彎矩，減小原構件擾度，縮小原構件的裂縫寬度；增設支點加固法屬于改變受力體系的加固方法，一般適用于大跨度結構，通過增設柱或托架，減少結構構件計算跨度，降低計算彎矩，提高結構構件的承載力。上述兩種加固方法屬于間接加固法。

其他加固方法還包括碳纖維加固法，一般適用于修復鋼筋混凝土大偏心受壓構件的加固，或因地震造成結構構件遭受損壞等情況；壓力灌漿法，一般適用于因地震、沉降等原因引起的墻體修補，結構構件存在裂縫[3]。研究認為，對于上部結構不同構件存在的不同問題，應該采用具有針對性的加固方案。研究建議，在充分利用使用空間的情況下，對于不滿足配筋要求的框架梁和屋面板底，考慮采用黏鋼加固法；對于不滿足配筋要求的方形柱，考慮采用包鋼加固法；對于不滿足配筋要求的圓形柱，考慮采用碳纖維加固法；對于結構混凝土梁柱開裂需要進行修復，考慮采用壓力灌漿法；對于截面尺寸不符合規范要求，考慮采用增大截面加固法；在荷載布置方案無法較好調整的情況下，框架柱剛度不滿足規范要求時，考慮采用增大截面加固法。在進行具體上部結構加固時，為了確保施工的經濟、安全和合理，應進一步復核加固構件尺寸，滿足規范要求，同時應注意了解構件周邊情況；加固用混凝土強度等級應高于原結構等級一級；框架梁加固時，既要滿足強度和變形要求，在梁、柱接合處又要注意采取措施，滿足抗剪要求；黏鋼加固法等方法對施工工藝要求較高，應注意環境溫度、相對濕度、無化學腐蝕及相關工藝手段；使用粘貼方式加固的結構構件，應注意后續定期檢查工作狀態。

2.4 投資估算

由于加固工程的建設范圍具有局部性和針對性，而且加固工程一般會涉及多種加固方法，因此整體投資通常難以用綜合造價指標來估算，但針對加固工程中某一確定范圍及確定加固方法的加固子工程，研究建議可通過造價指標對投資進行控制。從投資效益角度出發，研究建議加固工程整體造價指標不應高于新建工程造價指標。

3 研究成果

研究認為，對于年久失修的城市基礎設施，當建筑結構達不到現行設計規范要求或存在影響安全問題時，需要進行結構加固。加固工程建設范圍應依據《房屋抗震鑒定報告》和驗證計算，對局部結構有安全隱患的部位進行針對性加固。研究建議地基基礎加固一般采用壓密注漿法，當地基承載力呈現嚴重不足時，考慮采用錨桿靜壓樁；對于上部結構中不滿足配筋要求的框架梁和屋面板底，考慮采用黏鋼加固法；對于不滿足配筋要求的方形柱，考慮采用包鋼加固法；對于不滿足配筋要求的圓形柱，考慮采用碳纖維加固法；對于截面尺寸不符合規范要求的，考慮采用增大截面加固法。加固工程的整體投資通常難以用綜合造價指標來估算，但針對其中各個確定范圍及確定加固方法的加固子工程，研究建議可通過造價指標對投資進行控制。

4 結束語

該研究通過對城市基礎設施加固必要性、加固范圍、加固方法、投資估算等方面進行分析，最終提出合理的地基基礎和上部結構加固方案，有利于緩解城市基礎設施的安全隱患，有助于進一步加強和改善城市基礎設施的硬件水平，保障改擴建工程的順利實施，具有較好的社會效益和經濟效益。