混凝土框架舊廠房升級改造施工技術

楊曉鳳

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

我國普通房屋與建（構）筑物結構設計使用年限普遍在50 a左右，若將臨近或超過設計使用年限的建（構）筑物拆除重建，則對環境保護、建筑垃圾回收利用都有較高要求。改建比新建工程可節約投資40%，工期縮短約50%[1-3]。基于可持續發展的價值觀理念，近些年老建筑、廢棄廠房在原有基礎上進行改造升級成為熱議話題。

本文以上海市奉賢區青少年活動中心項目中的1棟改造單體為例，介紹了其拆除、加固改造的整體過程，包括重、難點的應對策略及在實際施工過程中提出的技術優化。

1 工程概況

奉賢區青少年活動中心項目位于上海市奉賢區奉賢新城19單元16-02地塊。該項目為綜合性大型公共文化建筑綜合體，包含工人文化宮、文化館、青少年活動中心、婦女兒童發展指導中心、殘疾人綜合服務中心五大文化功能。

項目地上4層，地下1層，建筑高度24 m，共包含8棟單體。其中，7棟新建單體為鋼框架結構，1棟改建單體為混凝土框架結構。

2 改造單體概況

改造單體文化館和婦女兒童發展指導中心位于整個項目的東南角，改建前身為1989年上海市奉賢區最早建造的一座大型鋼筋混凝土廠房（圖1）。考慮到整個項目共享與共用的理念，通過對經濟價值、情感價值、環境價值等進行多角度評估，保留部分原有結構并在此基礎上進行改造，使其承載全新的使用功能。

圖1 舊廠房拆除前原貌

舊廠房結構形式為鋼筋混凝土框架結構，共分為2塊，即辦公樓和生產車間。南側辦公樓原地上建筑物為4層，建筑物總高度為18.5 m，單層層高為4.6 m；北側車間區域原地上建筑為2層（中間區域與辦公區域一條連廊為4層），層高為9.2 m。

改造分為拆除和加固2塊，拆除工程的主要內容為：老建筑物的東、南、西3面外墻，屋面梁、板、柱，南側辦公樓角部扇形樓梯，北側車間2個夾層，場地內所有內隔墻、內裝飾、屋頂玻璃棚、屋頂防水層和找平層以及所有預留的機電管線設備、支架等。

加固采用新建和傳統加固相結合的方式，重新在2層高的北區＋4.60 m和＋13.80 m這2個標高處插入2個樓面，使改造后的文化館變為4層。基礎主要采用擴大截面及錨桿靜壓樁的加固方式，地上受力構件加固主要為增大截面法、粘貼碳纖維布法、外包型鋼法以及布置消能減震的雙階屈服屈曲支撐。

3 改造施工的特點、難點分析

1）改造工期緊張，整個拆除及加固計劃工期僅為150 d，且大量施工作業存在先后關系。如何合理、有序地規劃以及在不違背垂直交叉作業的同時組織穿插施工，是此改造項目能否按時完成的重點。

2）拆除工程量巨大，包含3面外墻和大半個屋面結構層的柱、梁、板。需對拆除機械設備的配備、行進路線進行重點規劃，對原有結構進行整體荷載計算。此外，由于本項目為局部拆除，需精細保護要保留的混凝土構件，避免產生擾動。

3）雖然加固方法的工藝相對成熟，但形式種類較多，且由于建筑功能性的改變，荷載增加，需嚴格保證加固構件部分與原結構的連接錨固。北區地上結構由原先的2層增加為4層，新增結構與原結構加固工序如何銜接也直接影響整個加固施工的工期。

4 改造關鍵施工技術路線

4.1 施工總體部署及施工區域劃分

改造整體的施工思路是先進行施工卸荷，再進行加固作業。由于在軸軸線位置存在建筑分隔縫，分隔縫以北為車間區域，層高較高，主體為2層，含＋15.47 m/＋5.97 m夾層；分隔縫以南為辦公室區域，層高較低，因此將現場分成2個施工區域，分隔縫以北為北區，分隔縫以南為南區。

4.2 拆除工程

4.2.1 拆除施工總體原則

自上而下，由外到內，先拆除非承重構件，再拆除橫向承重構件，最后拆除豎向承重構件。拆除整體施工流程：圍擋搭設→裝飾層、機電管線拆除→外立面、二結構拆除→屋面層拆除→＋15.47 m/＋5.97 m夾層拆除→樓梯間拆除。

4.2.2 拆除方式及機械選用

外立面采用1臺320型號的長臂挖機配備液壓破碎鉗進行拆除。屋面板采用1臺60型號的小挖機吊運至屋面進行破除，屋面梁采用靜力切割吊運至地面。夾層梁板采用人工風鎬結合空壓機的鑿除方式，其中部分大梁拆除采用靜力切割。內隔墻采用小挖機進行拆除，裝飾及管線采用人工風鎬拆除。

4.2.3 挖機破除屋面板最不利工況分析

為了確保拆除過程中建筑物的整體安全性，針對屋面采用挖機破除進行了相應的建模計算。通過模型驗算舊廠房可以接受的施工荷載情況、拆除過程中殘余構件的穩定性以及結構鋼筋布置是否能滿足要求。

以南區屋面拆除驗算為例（圖2），南區屋面除E—F軸交—軸所圍區域外全部需要拆除。由于拆除的區域基本呈現對稱格局，所以分別選取了E—F，D—E軸作為代表性區域進行計算分析。中央跨位置為鋼結構玻璃棚，結構上方為空洞，所以未進行計算。

圖2 屋面拆除范圍及支撐卸載區域

建立相關模型后，在板面增加了60型號挖機的行進荷載以及施工時的炮錘沖擊荷載。經驗算，由于B—C軸和D—E軸的跨度過大，原結構配筋面積無法滿足拆除時承載力的要求。為了確保拆除時的整體安全性，采用鋼管支撐卸載后再進行挖機破除屋面的施工方法。

4.3 加固工程

4.3.1 加固施工總體原則

大面積的拆除工作完成后，下一步的加固工程施工作業分3條施工線路展開。

第1條施工路線：主要包括地下承臺加大施工、新增地梁、地梁加大截面、錨桿靜壓樁等±0 m標高以下的施工內容。現場需要加固的承臺有53個，考慮到新增地梁和錨桿靜壓樁的施工進度快慢與承臺加固施工密不可分，故將整個施工區域劃分成6個，每塊區域6～8個承臺（圖3）。由于06區域需保留場地出土，因此整個地基加固工程從北區東北角開始按照C字形依次展開施工。在每個施工區域中，按照先破除原有地坪、挖土，再擴大承臺截面、新增地梁，最后壓入錨桿靜壓樁的次序，并且各施工區域之間也相互銜接上述工序。此外，考慮到錨桿樁壓樁前需進行試樁靜載荷試驗的問題，第1個施工區域工作面展開前應先完成3個試樁位置的承臺施工。

圖3 地基加固平面施工走向

第2條施工路線：主要包括±0 m標高以上的承重構件擴大截面加固、柱包鋼加固、梁碳纖維布加固、梁粘鋼加固、板碳纖維布加固等施工內容。這條施工路線，總體上將按照從下到上的順序逐層依次進行，先加固豎向承重構件，后加固橫向承重構件，跳倉施工。此外，首層室內的加固施工與地基加固施工可進行穿插作業，以節約地上加固工期。首層室內的加固作業，如柱擴大截面、包鋼待承臺和地梁澆筑完成7 d后即可進行施工。充分利用承臺混凝土養護期28 d的時間完成首層加固施工。

第3條施工路線：主要包括北區在2層、4層新增樓板和加固穿插的施工。軸處存在新增樓板與老結構梁交接處，老結構梁需擴大截面加固。若先進行新增樓板的施工，則老結構梁擴大截面施工時需將新增板后開混凝土澆筑孔；若先進行老結構梁擴大截面施工，則由于鋼筋密布將給新增樓板在老結構梁上植筋造成困難，因此，新老結構交接處的模板排架經排板深化一同搭設（圖4）。新增樓板與擴大截面一同澆筑，節約了進度及成本上不必要的浪費。

圖4 新老結構交接處排架搭設

4.3.2 加固施工過程中的合理技術優化

1）高強灌漿料代替自密實混凝土。根據圖紙要求，構件截面擴大法采用強度為C35的自密實混凝土進行澆筑。地上柱加固，柱截面擴大單邊尺寸范圍為65～125 mm，新增縱筋普遍為φ20 mm～φ25 mm。單邊擴大小于100 mm的截面扣除縱筋、箍筋及保護層的直徑后，剩余的空間粗骨料很難通過，無法保證混凝土在澆筑過程中的密實性，造成觀感缺陷，且采購較為困難，常規攪拌站無法按需供應小批量的自密實混凝土，故建議選用強度等級不低于C35的高強無收縮灌漿料替代。設計方則考慮到高強灌漿料無骨料，雖然強度高，但易開裂。現場挑選2根單邊擴大小于100 mm的柱子，分別采用自密實混凝土與灌漿料這2種澆筑方式作為實體樣板比對，發現采用灌漿料澆筑的柱樣板比自密實混凝土澆筑的柱樣板在成品可靠性上更好，綜合考慮現場進度、采購等因素，結合施工難易性，采用灌漿料澆筑的方法通過了設計方及監理方的認可。

2）大直徑鋼筋植筋深度優化。圖紙中對于化學植筋的植入深度要求比較大。植筋深度均在35d～42d之間。為了規避原結構內的鋼筋，先用鋼筋探測儀對植筋區域內鋼筋的分布進行探測，再進行鉆孔植筋，小于φ20 mm的植筋均可滿足錨固設計值。但其余大直徑鋼筋（φ20 mm～φ32 mm）植筋深度超過原有柱截面尺寸（該工程原有框架柱尺寸為700 mm×450 mm），易將框架柱打穿。我方建議由第三方監測單位通過拉拔試驗確定此類鋼筋較為合理的植筋深度。根據各直徑鋼筋的拉拔檢測報告，20d即可滿足要求，并得到了設計方及監理方的認可。

3）板底碳纖維布加固防護層優化。碳纖維布加固一般是利用環氧類有機物作為膠黏劑，但當溫度高于65～150 ℃時，膠黏劑的黏結性會大幅降低，影響碳纖維布與混凝土構件共同工作的性能，繼而影響結構安全[4]。根據設計規范，板底粘貼碳纖維布加固的樓板要求采用厚度不小于25 mm的水泥砂漿作為防火層。根據以往的施工經驗，25 mm厚的水泥砂漿很難黏結在板底，難以保證施工質量，且文化館單體多處區域為裸頂，此做法不具備可操作性以及后期使用的安全性。

在進行了大量的有關碳纖維布加固混凝土構件的耐火性能研究后，發現25 mm厚的水泥砂漿保護層的防火效果不如防火涂料[5-7]。我方建議在加固板底碳纖維布表面按照耐火極限（1.5 h）噴涂薄型防火涂料以代替砂漿防護層。并委托防火涂料及碳纖維布生產廠家聯合對防火涂料與碳纖維布及碳纖維膠成分是否會產生化學反應進行試驗，結果顯示防火涂料不會對其強度及各項指標產生影響。本方法通過了設計方及監理方的認可。

5 結語

文化館拆除施工歷時24 d，加固施工歷時113 d，整個拆除加固過程總用時4.5個月。相比原計劃5個月的工期節點，通過工序的有效穿插及技術優化，提前半個月完成改造施工。目前正在進行裝飾工程及屋面木拱的吊裝施工。

本文以上海市奉賢區青少年活動中心項目中1棟4層混凝土框架舊廠房改造工程為例，介紹了在一個工期緊張、拆除工作量巨大、加固形式多樣的改造工程中的關鍵施工技術。希望能為類似工程提供借鑒與幫助。