不停航條件下對機(jī)場既有建筑的改造加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

上海建工集團(tuán)股份有限公司總承包部 上海 200080

0 引言

上海虹橋國際機(jī)場T1航站樓建設(shè)項(xiàng)目采用“A+B”不停航設(shè)計(jì)施工策劃方案，即確保在A樓拆除重建期間國際、國內(nèi)航班均在B樓臨時運(yùn)行，因此對B樓部分建筑進(jìn)行改擴(kuò)建設(shè)計(jì)和施工。原食堂為2層混凝土-砌體混合結(jié)構(gòu)，建造年代久遠(yuǎn)，根據(jù)業(yè)主要求，將該房屋2層改造成辦票和安檢大廳，作為虹橋機(jī)場整體改建時期過渡性用房。因使用功能發(fā)生變化，樓面活荷載增大，根據(jù)該房屋的鑒定報(bào)告，須對此房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

1 加固設(shè)計(jì)

1.1 工程地理位置及總體概況

本工程位于上海虹橋機(jī)場迎賓一路850號，東側(cè)為P2停車場，西側(cè)為軌交10號線通道及社會車輛停車場，南側(cè)為軌交10號線轉(zhuǎn)彎通道，北側(cè)為候機(jī)樓高架。

該樓一共為2層，建筑南北長122 m，東西寬16 m，占地面積1 952 m2，建筑面積3 904 m2。

1.2 結(jié)構(gòu)概況及結(jié)構(gòu)檢測

該樓為2層混凝土-砌體混合結(jié)構(gòu)。一層層高5.40 m，二層層高為4.00 m，女兒墻高度為1.00 m，房屋總高度為10.40 m?；A(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)?；炷量蚣苤叽鐬?50 mm×350 mm和300 mm×300 mm不等?？蚣芰撼叽鐬?00 mm×640 mm和200 mm×380 mm不等。二層承重墻體由加氣混凝土砌塊砌筑，厚度約為240 mm。

經(jīng)現(xiàn)場檢測，被鑒定房屋左邊大部分區(qū)域存在因地基基礎(chǔ)不均勻沉降引起的墻體開裂和變形等損壞，未發(fā)現(xiàn)地基基礎(chǔ)有明顯損壞。房屋左邊部分房間墻體粉刷層存在嚴(yán)重起皮、風(fēng)化現(xiàn)象。多處門洞和窗洞角部均發(fā)現(xiàn)斜裂縫，局部寬度達(dá)到8 mm。房屋左邊部分山墻立柱與原墻體脫開，脫開寬度約為10 mm。部分混凝土板存在露筋、鋼筋銹蝕現(xiàn)象。對受檢房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力驗(yàn)算結(jié)果如下[1-3]：

1）房屋一層框架柱的配筋、軸壓比不滿足要求；

2）房屋部分梁的梁底、梁頂縱筋不足；

3）房屋柱下獨(dú)立基礎(chǔ)承載力不足；

4）房屋樓板部分區(qū)域板底和板頂配筋不足。

1.3 加固設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

1） 基礎(chǔ)的加固處理。原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面尺寸約為1 400 mm×1400 mm，埋深約為1.0 m。本次改建因使用荷載的大幅增加，需對中柱基礎(chǔ)進(jìn)行加固。由于原基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)，長寬均較小，現(xiàn)檢測發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)已經(jīng)有不均勻沉降，故決定采用增大截面的方法加固原基礎(chǔ)。基礎(chǔ)加寬的大小根據(jù)增加的荷載并根據(jù)提高的地基承載力進(jìn)行計(jì)算（圖1）。

2） 新增鋼柱基礎(chǔ)?？紤]到新增立柱不影響對業(yè)主底樓空間利用的情況下，在梁底新增鋼立柱，并新增鋼柱基礎(chǔ)。

3） 原混凝土柱加固處理。 通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)部分中柱的軸壓比已達(dá)到1.39，對原中柱軸壓比不足處采用包鋼法加固。包鋼法加固是通過四周增加型鋼（如角鋼等）和箍板焊接整體，再通過環(huán)氧樹脂灌膠，使柱的承載力得到較大幅度的提高 。

圖1 柱基加大節(jié)點(diǎn)示意

4） 新增鋼柱?？紤]到新增立柱不影響對業(yè)主底樓空間利用的情況下，在梁底新增鋼立柱（圖2、圖3）。

圖2 新增鋼柱柱腳示意

圖3 新增鋼柱與梁連接示意

5） 樓板的加固處理。根據(jù)檢測報(bào)告，原二層樓板配筋為φ6 mm@200 mm，大部分均為單向板?？紤]到本工程為臨時使用，為節(jié)約投資，二層采用增加樓板疊合層的方法加固樓板。通過計(jì)算，增加鋼柱并增加樓板疊合層加固，可以使樓板承載力滿足設(shè)備運(yùn)行的要求，滿足機(jī)場候機(jī)廳（活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.50 kN/m2）的要求。

6） 梁的加固處理。二層樓面梁因使用活荷載的增加，配筋不足處采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固（圖4）。

圖4 二層梁碳纖維布加固示意

7） 屋面梁的加固處理 。二層墻體拆除后，屋面梁截面較?。ù蟛糠纸孛鏋?00 mm×380 mm），剛度不足，需增大截面，采用增加型鋼的方法進(jìn)行加固（加固計(jì)算時已考慮一般性吊頂管道及吊掛荷載，見圖5） 。

8） 底層承重墻的加固處理。底層局部墻體因荷載增加，對墻體采用雙面鋼絲網(wǎng)砂漿的方法進(jìn)行加固，提高墻體承載力（圖6）。

2 加固施工

根據(jù)加固設(shè)計(jì)方案，需加固施工的內(nèi)容有[4-7]：底層柱外包鋼、底層局部墻體鋼筋網(wǎng)砂漿加固、底層新增鋼柱及基礎(chǔ)、二層次梁碳纖維加固、二層樓板疊合層加固、屋面層梁外包鋼加固。

圖5 屋面梁型鋼加固節(jié)點(diǎn)示意

圖6 墻體加固示節(jié)點(diǎn)意

2.1 新增基礎(chǔ)施工技術(shù)

根據(jù)一層原有結(jié)構(gòu)布置情況，11、12、14、15、19 軸需增加基礎(chǔ)，對原有承重墻體需開洞，部分拆除過程中確保原有混凝土梁的安全是關(guān)鍵。

根據(jù)新增基礎(chǔ)尺寸及作業(yè)面要求，考慮到原有墻體為承重墻，開洞前需安裝臨時鋼梁，再進(jìn)行新增基礎(chǔ)部位承重墻體拆除，工況如下：

第一步：先在軸線兩側(cè)各放出1.50 m邊線及鋼梁安裝位置邊線；

第二步：切割拆除鋼梁安裝位置部分墻體及安裝鋼梁；

第三步：切割拆除鋼梁安裝位置剩余部分墻體、安裝鋼梁、鋼梁對接焊接成整體；

第四步：切割拆除墻體；

第五步：基礎(chǔ)施工、回填、臨時槽鋼支撐安裝、切割鋼梁（確保鋼柱安裝位置）；

第六步：鋼柱安裝，拆除臨時鋼梁及鋼支撐，恢復(fù)墻體。修補(bǔ)墻體時，新砌墻體應(yīng)設(shè)置拉結(jié)筋，一端與原有墻體種植2φ8 mm@500 mm，另一端與鋼柱焊接，砌筑完畢后兩側(cè)均粉刷厚20 mm 水泥砂漿及內(nèi)墻涂料。

2.2 柱外包型鋼施工技術(shù)

本工程E/10、E/11、E/12、E/14、E/15、E/19處共6根混凝土柱需進(jìn)行柱外包鋼。柱四角設(shè)置110 mm×10 mm角鋼，3 mm×100 mm@300 mm及3 mm×100 mm@150 mm箍板與角鋼焊接。

2.2.1 墻體拆除

10/F軸原有混凝土柱需包鋼加固，柱加固部位承重墻體拆除，工況如下：

第一步：先在軸線兩側(cè)各放出1.50 m邊線；

第二步：切割拆除墻體；

第三步：混凝土柱包鋼加固；

第四步：恢復(fù)墻體。修補(bǔ)墻體時，新砌墻體設(shè)置拉結(jié)筋，一端與原有墻體種植2φ8 mm@500 mm，另一端與混凝土柱植筋連接，砌筑完畢后兩側(cè)均粉刷厚20 mm水泥砂漿及內(nèi)墻涂料。

2.2.2 包鋼施工

1）所有外包加固鋼板材質(zhì)均為Q235B，場外定型加工，現(xiàn)場拼裝。安裝時將結(jié)構(gòu)面清理干凈，混凝土表面打磨掉浮層，直至完全露出堅(jiān)實(shí)新結(jié)構(gòu)面，混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位予以剔除，用指定材料修補(bǔ)，裂縫部位需先進(jìn)行封閉處理。

2）柱外包角鋼時，在焊接箍形綴板前，用夾具夾緊角鋼，然后分段焊接箍板，使角鋼與混凝土柱的陽角間隙度成最小狀態(tài)，確保角鋼外包質(zhì)量。

3）鋼材均采用貼角焊縫（滿焊），焊縫高度6 mm。

4）加固時必須嚴(yán)格控制箍板間距，柱底、柱頂、梁底、梁端應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行箍板加密。

2.3 化學(xué)錨栓施工技術(shù)

屋面梁加固槽鋼采用M16對穿化學(xué)螺栓固定，一層新增鋼柱頂部采用M24化學(xué)螺栓與混凝土梁連接。施工要求如下：

1） 機(jī)械鉆孔，孔型垂直度符合設(shè)計(jì)要求；錨孔要避讓構(gòu)件的主鋼筋；作廢的錨孔，用化學(xué)錨栓黏合劑或高強(qiáng)度的環(huán)氧樹脂砂漿填實(shí)。

2）清刷孔壁是關(guān)系到化學(xué)錨筋能否牢靠的關(guān)鍵工序，可采用吹風(fēng)機(jī)從孔內(nèi)向外吹出粉塵，然后再用清孔刷刷理干凈，并用丙酮清洗。

3）將黏合劑注入孔內(nèi)時，應(yīng)掌握由孔底至孔口逐漸退行的順序。插入錨栓后，應(yīng)不停轉(zhuǎn)動錨栓，邊轉(zhuǎn)邊插，直至插到孔底并見黏合劑部分溢出為止。

4）靜置固化時間按黏合劑終凝時間確定。當(dāng)前夏季作業(yè)時黏合劑的初凝和終凝時間為5 min和15 min。在黏合劑終凝前，不得碰動錨栓，并在其周邊采取防止被水沖灌的措施。

2.4 梁碳纖維加固施工技術(shù)

一層屋面次梁采用碳纖維布進(jìn)行加固，梁底通長粘貼2層碳纖維布（同梁寬），碳纖維U形箍寬200 mm@300 mm單層設(shè)置， 通長壓條采用寬150 mm的碳纖維布。加固施工流程如下：

1）在碳纖維加固施工前，應(yīng)盡可能地卸去部分荷載，使碳纖維布粘貼施工時結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的荷載作用減小到最小程度。

2）基底處理：必須清理待加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、腐蝕等劣化混凝土，除去浮漿、油污等雜質(zhì)，直至露出結(jié)構(gòu)層新面，磨去面上凸出5 mm以上的毛刺。表面層打磨后清除干凈并保持干燥，平整度要求不超過5 mm/m。并用脫脂棉蘸丙酮擦拭混凝土表面。裂縫部分如有必要應(yīng)先進(jìn)行封閉或灌漿處理。用混凝土角磨機(jī)、砂紙等工具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝上要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥10 mm）。用吹風(fēng)機(jī)將混凝上表面清理干凈并保持干燥。

3）涂底膠（按選用產(chǎn)品的要求進(jìn)行底涂）：按主劑、固化劑比例要求將主劑與固化劑先后置于容器中，電動攪拌器均勻攪拌，根據(jù)環(huán)境溫度決定用量并嚴(yán)格控制使用時間，一般情況下需在1 h內(nèi)用完。用滾筒刷均勻涂抹于混凝上表面，等膠固化后（以指觸干燥為準(zhǔn)），再進(jìn)行下一步施工。一般情況下固化時間為2～3 d。

4）用整平材料找平：混凝土表面凹陷部位要用FE膠填平，盡量減少高度差。轉(zhuǎn)角的處理也應(yīng)用FE膠將其修補(bǔ)為光滑的圓弧。

5）粘貼碳纖維布：按設(shè)計(jì)要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長度一般應(yīng)在3 m之內(nèi)。調(diào)配粘貼材料黏結(jié)膠，然后均勻涂抹于所要粘貼的部位，搭接混凝土拐角等部位要多涂抹一些。粘貼碳纖維布，在確定所貼部位無誤后剝?nèi)ルx析紙，用特制的滾子反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待纖維布表面指觸干燥方可進(jìn)行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹黏結(jié)膠。碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100 mm。碳纖維布端部用粘貼橫向碳纖維布或粘鋼固定。

6）保護(hù)：加固后的碳纖維布表面應(yīng)采取抹灰或噴防火涂料進(jìn)行保護(hù)。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)（柱）安裝施工技術(shù)

在11、12、14、15 軸處均增設(shè)2根鋼柱，鋼柱的規(guī)格為250 mm×250 mm×9 mm×14 mm，合計(jì)10根，單根長度約5 m，單根質(zhì)量約360 kg。鋼柱上下端均采用螺栓連接，因安裝空間限制，鋼柱分段制作、安裝，先安裝下段，再安裝上段（上段長度控制在500 mm左右）。鋼結(jié)構(gòu)安裝要求：

1）鋼構(gòu)件進(jìn)場以安裝先后順序進(jìn)行擺放，復(fù)測其單件幾何尺寸后應(yīng)嚴(yán)格控制其長度、拱度、側(cè)向彎曲等，吊裝前應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，吊裝位置需采取防護(hù)措施防止吊點(diǎn)變形和油漆脫落。

2）采用單點(diǎn)斜吊方法吊裝。就位后必須按照設(shè)計(jì)要求固定后方可脫鉤。

3）鋼柱就位后，對錨板與混凝土面縫隙的部位采用環(huán)氧樹脂填密處理。

4）鋼結(jié)構(gòu)安裝好后，檢查所有現(xiàn)場安裝焊縫，現(xiàn)場安裝焊縫不得有漏焊現(xiàn)象。

2.6 墻體加固施工技術(shù)

17 軸、18 軸墻體兩側(cè)采用φ6 mm@300 mm鋼筋網(wǎng)外粉刷厚40 mm水泥砂漿進(jìn)行加固，鋼絲網(wǎng)與墻體采用φ6 mm@600 mm拉結(jié)筋固定。 施工方法如下：

1）原墻面鑿除粉刷層并清洗，如原墻面堿蝕嚴(yán)重時，應(yīng)清除疏松部分，并用1∶2水泥砂漿修補(bǔ)，修補(bǔ)部分表面與原墻面平齊并進(jìn)行拉毛處理。

2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨桿拉結(jié)筋處鉆孔，間距不大于600 mm，呈梅花狀交錯，錨桿拉結(jié)筋采用φ6 mm鋼筋，待穿孔后兩端成彎，以利于與鋼筋網(wǎng)片綁扎連接。

3）安裝鋼筋網(wǎng)片時根據(jù)網(wǎng)片的規(guī)格及本身墻體面積錯位施工，按照設(shè)計(jì)加固厚度，鋼筋網(wǎng)片設(shè)置在20 mm保護(hù)層內(nèi)為宜，并與錨桿拉結(jié)筋綁扎牢固。

4）根據(jù)墻面加固層的厚度，水泥砂漿分層施工，分層按水泥砂漿初凝時間為宜，如時間較長時，應(yīng)噴水除塵，刷水泥漿，防止隔層，影響施工質(zhì)量。

2.7 樓板疊合層施工技術(shù)

新增疊合層樓板厚度為60 mm，采用單層φ10 mm@150 mm雙向鋼筋，新增鋼筋與原有混凝土樓板采用間隔500 mm×500 mm的φ10 mm鋼筋頭連接，鋼筋頭植入原樓板深50 mm處。樓梯間用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板封掉，板厚80 mm，板面配φ10 mm@150 mm雙向鋼筋，板底配φ10 mm@200 mm雙向鋼筋，結(jié)構(gòu)完成面同疊合層完成面板面標(biāo)高（鋼筋植入原混凝土梁深15d）。主梁頂附加鋼筋4φ20 mm（兩端植入原柱深度15d)，次梁頂附加鋼筋2φ20 mm，主梁附加箍筋φ10 mm@150 mm（植入原柱深度10d）。施工要點(diǎn)為：

1）施工前提條件：二層墻體、樓面裝飾面層拆除。

2）因本工程工期緊張，墻體拆除、屋面梁加固、樓面施工需交叉作業(yè)。樓面施工分2次進(jìn)行，具體劃分為區(qū)域1及區(qū)域2，先施工區(qū)域1，再施工區(qū)域2（圖7）。

圖7 新增疊合層樓板加固平面示意

2.8 屋面梁外包型鋼施工技術(shù)

10 至 20 軸共12根混凝土柱采用外包36c#槽鋼進(jìn)行加固，兩側(cè)槽鋼采用對穿M16化學(xué)螺栓固定，槽鋼底部采用厚8 mm鋼板焊接連接，鋼板與原有混凝土之間空隙澆筑C40灌漿料。

1）所有外包加固鋼板材質(zhì)均為Q235B，場外定型加工，現(xiàn)場拼裝。安裝時將結(jié)構(gòu)面清理干凈，混凝土表面打磨掉浮層，直至完全露出堅(jiān)實(shí)新結(jié)構(gòu)面，混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以剔除，用指定材料修補(bǔ)，裂縫部位應(yīng)先進(jìn)行封閉處理。

2）鋼材均采用貼角焊縫（滿焊），焊縫高度6 mm。

3）安裝槽鋼前，在混凝土梁兩端鑿除部分混凝土（梁底上部100 mm左右），槽鋼安裝時在其相應(yīng)位置開設(shè)灌漿孔，待灌漿完畢后修復(fù)焊接。

4）灌漿施工：從一側(cè)灌入，直至另一側(cè)溢出為止，使灌漿充實(shí)，不得從四側(cè)同時進(jìn)行灌漿；灌漿開始后，必須連續(xù)進(jìn)行，不能間斷，并應(yīng)盡可能縮短灌漿時間；在灌漿過程中不宜振搗，必要時可用竹板條等進(jìn)行拉動導(dǎo)流；每次灌漿層厚度不宜超過100 mm；灌漿過程中如發(fā)現(xiàn)表面有泌水現(xiàn)象，可布撒少量EGM干料，吸干水分；灌漿完畢后，要剔除的部分應(yīng)在灌漿層終凝前進(jìn)行處理；在灌漿施工過程中直至脫模前，應(yīng)避免灌漿層受到振動和碰撞，以免損壞未結(jié)硬的灌漿層。

3 結(jié)語

本工程因使用功能改變對安全要求高，原建筑陳舊、結(jié)構(gòu)受力差，業(yè)主要求加固成本低、質(zhì)量高，加固設(shè)計(jì)須考慮各因素，通過受力分析和計(jì)算，對基礎(chǔ)、柱、梁、樓板、承重墻等受力結(jié)構(gòu)采取增加受力構(gòu)件、外包型鋼、碳纖維、疊合梁加固等綜合措施，集成運(yùn)用以達(dá)到安全可靠的加固目的。其中碳纖維加固雖然成本有所增加，但施工時對周邊的環(huán)境影響小、對原結(jié)構(gòu)的破壞低、加固強(qiáng)度高，值得優(yōu)先選擇。

本工程加固施工過程中，對總體部署、原材料、工藝流程、操作要點(diǎn)的控制和管理是確保工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度的關(guān)鍵。現(xiàn)場加固過程中發(fā)現(xiàn)實(shí)際受力體系與設(shè)計(jì)時依據(jù)的排摸數(shù)據(jù)和資料有很大差異，通過及時反饋信息，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，調(diào)整相應(yīng)的加固方案，確保了整個承重體系的安全，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)、施工密切配合一體化組合管理的有效性。