控制與保護(hù)建筑的綜合加固改造技術(shù)研究

顧天熊 朱云龍 顧夏英 徐曉明

蘇州中固建筑科技股份有限公司 江蘇 蘇州 215152

1 工程概況

蘇州某控制與保護(hù)建筑（下稱“控保建筑”）位于閶門飯店內(nèi)，建于1936—1938年，為1幢3層的西式建筑。該樓主體結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，部分樓蓋為混凝土結(jié)構(gòu)，其余樓、屋蓋均為木結(jié)構(gòu)。樓房立面以現(xiàn)代建筑的簡(jiǎn)潔平直線條為主，墻面采用瓷磚貼面裝飾，外廊為磨光石子地面，屋面坡度較大，以綠色琉璃瓦覆蓋（圖1）。

1.1 工程現(xiàn)狀

該建筑為蘇州市內(nèi)控保建筑，距今已80余年，此前從未進(jìn)行過修繕維護(hù)工作。修繕改造前該建筑已破敗不堪，具體為：

1）部分內(nèi)墻表面抹灰開裂、脫落，磚塊松動(dòng)。

2）部分木質(zhì)樓板大面積坍塌。

3）屋面綠色琉璃瓦局部損壞，無防水層，漏水情況嚴(yán)重（圖2～圖4）。

圖1 某控保建筑修繕改造完成實(shí)景

圖2 抹灰脫落、磚塊松動(dòng)

圖3 木樓面坍塌

圖4 屋面漏水

1.2 結(jié)構(gòu)檢測(cè)情況

經(jīng)檢測(cè)單位專業(yè)人員檢測(cè)，該樓多數(shù)測(cè)區(qū)砌筑用磚強(qiáng)度等級(jí)小于MU7.5，墻體砂漿的推定強(qiáng)度為0.3 MPa。外墻四角、縱墻與橫墻交界處及樓梯間四角均未設(shè)置混凝土構(gòu)造柱，縱墻與橫墻交界處未設(shè)置墻體拉結(jié)筋。各層外、內(nèi)墻樓蓋處未設(shè)置圈梁。

2 砌體基礎(chǔ)加固

原砌體基礎(chǔ)為墻下條形基礎(chǔ)，尺寸較小，設(shè)計(jì)在原墻體兩側(cè)增設(shè)地梁托墻，以提高基礎(chǔ)的承載力。

2.1 施工工藝流程

土方開挖→開鑿銷鍵孔→綁扎鋼筋→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)→拆?！靥?/p>

2.2 質(zhì)量保證措施

新增基礎(chǔ)梁與原建筑能否可靠連接是決定基礎(chǔ)加固效果好壞最重要的一環(huán)。設(shè)計(jì)通過在原墻體兩側(cè)每隔1 m間距開鑿寬300 mm洞口，綁扎鋼筋，澆筑混凝土，將兩側(cè)基礎(chǔ)梁拉牢，保證上部結(jié)構(gòu)的力能夠通過新增基礎(chǔ)梁傳遞到基礎(chǔ)上（圖5）。

圖5 新增基礎(chǔ)梁節(jié)點(diǎn)做法

3 外墻加固

3.1 加固思路及方案選擇

本工程建筑外墻采用瓷磚貼面裝飾，針對(duì)外墻加固需考慮減少對(duì)古建的破壞，最大限度保留建筑物的歷史風(fēng)貌，做到修舊如舊，同時(shí)又能增加墻體的承載力。

墻體常用的加固方法有鋼筋混凝土外層加固法、鋼筋水泥砂漿外層加固法、增設(shè)圈梁構(gòu)造柱加固法等?？紤]到本工程建筑的特殊性，經(jīng)多種方案對(duì)比分析，我們選擇采用混凝土結(jié)構(gòu)加固找平膠單側(cè)加固墻體?；炷两Y(jié)構(gòu)加固找平膠與砂漿相比自身質(zhì)量?jī)H為砂漿的1/5，因此大大提高了工程的安全系數(shù)。同時(shí)，本方法有效保留了原建筑的原有風(fēng)味，體現(xiàn)了在文物保護(hù)方面的獨(dú)特優(yōu)越性。

3.2 施工工藝流程

原墻面抹灰層鑿除清理→清理磚縫，原砂漿摳縫寬20 mm→界面處理→找平膠嵌縫、找平打磨2遍→環(huán)氧固沙

4 木樓面置換加固

鑒于原木樓面損壞嚴(yán)重，且修繕改造后樓面荷載加大，原木樓面無法滿足承載要求，設(shè)計(jì)采用鋼梁代替原木梁，壓型鋼板與混凝土組合樓面替代原木樓面。組合樓面相對(duì)于傳統(tǒng)混凝土樓面具有自重輕的優(yōu)點(diǎn)，能夠避免對(duì)墻體及基礎(chǔ)增加較大的恒載，在用于加固改造中具有很大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，相對(duì)于混凝土樓面，組合樓面壓型金屬板替代模板，能夠有效地縮短施工周期，為控保建筑搶修爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。

4.1 施工工藝流程

鋼梁吊裝→鋪設(shè)壓型金屬板→鋼筋綁扎→混凝土澆筑

4.2 主要施工過程

4.2.1 鋼梁吊裝、鋪設(shè)壓型鋼板

根據(jù)鋼梁平面布置圖，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線。在鋼梁的墻體擱置點(diǎn)處掏洞制作梁墊，通過電動(dòng)葫蘆將鋼梁吊裝至梁墊上。

4.2.2 綁扎鋼筋、澆筑混凝土

鋪設(shè)的壓型鋼板即成為施工模板，在板上直接綁扎鋼筋，澆灌混凝土。

4.3 質(zhì)量保證措施

4.3.1 梁、板節(jié)點(diǎn)的栓釘施工

梁板節(jié)點(diǎn)處采用栓釘進(jìn)行連接（圖6、圖7）。

圖6 栓釘節(jié)點(diǎn)

圖7 栓釘施工

4.3.2 梁、墻節(jié)點(diǎn)的梁墊施工

根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)情況，該樓多數(shù)測(cè)區(qū)砌筑用磚強(qiáng)度等級(jí)小于MU7.5，墻體砂漿的推定強(qiáng)度為0.3 MPa?？紤]在鋼梁與墻體節(jié)點(diǎn)處增加梁墊，擴(kuò)大梁端支承面積，使梁端壓力較均勻地傳遞到砌體截面上，增加局部受壓承載力，保證砌體不至于局部受壓被破壞。

1）荷載分析。

對(duì)于本工程組合樓面，根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算可得永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.36 kN/m2，可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0 kN/m2。根據(jù)規(guī)范對(duì)荷載進(jìn)行效應(yīng)設(shè)計(jì)值組合計(jì)算：永久荷載控制效應(yīng)組合為1.35恒＋0.7×1.4活=6.5 kPa；可變荷載控制效應(yīng)組合為1.2恒＋1.4活=6.83 kPa。故荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值取值6.83 kPa，根據(jù)本工程鋼梁布置圖，按最大跨簡(jiǎn)支梁考慮，梁端局部受壓面積上的軸向力設(shè)計(jì)值為23.56 kN；上部墻體的軸向力設(shè)計(jì)值為35 kN。根據(jù)GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)梁端砌體局部受壓承載力進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)梁端局部受壓不滿足規(guī)范要求，需設(shè)置剛性墊塊。本工程梁端剛性墊塊設(shè)計(jì)尺寸為280 mm×240 mm，經(jīng)計(jì)算，滿足規(guī)范要求。

2）梁墊施工。鋼梁吊裝前測(cè)量放線，在梁端位置墻體掏洞，進(jìn)行梁墊施工（圖8），梁墊的標(biāo)高應(yīng)控制在同一水平線上，以保證鋼梁安裝完成后梁面保持水平。待鋼梁安裝完畢后，用混凝土補(bǔ)灌注梁節(jié)點(diǎn)，密實(shí)墻體開鑿孔洞。

圖8 梁墊設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)示意

圖9 承重墻掏洞工藝流程模型

5 空間置換加固

本建筑為砌體結(jié)構(gòu)，磚墻既是隔墻，又作為承重墻體使用，不能隨意拆除，建筑布局在建造初期已基本固定。為了合理利用建筑，使其在新的社會(huì)環(huán)境里能夠煥新顏，改造后1層擬作大空間使用，需拆除⑤/D-F軸墻體。為解決歷史傳承與社會(huì)發(fā)展之間的矛盾，通過托梁拆墻加固，達(dá)到空間置換的目的。

5.1 施工工藝流程

局部剔鑿墻體→增加臨時(shí)支撐→拆除支撐間墻體→托梁施工→養(yǎng)護(hù)→拆除隔墻

5.2 主要施工過程

5.2.1 第1階段：墻體拆除掏洞，臨時(shí)支撐施工

間隔600 mm在梁高范圍內(nèi)局部剔鑿墻體，安裝臨時(shí)支撐，采用楔形鋼板將支撐和墻體頂緊，再剔除下一個(gè)孔安裝臨時(shí)支撐，施工過程中盡量減少對(duì)原墻體的擾動(dòng)。

拆除承重墻位置掏洞，編號(hào)為D1，D2，D3，D4……DN→托換千斤頂逐個(gè)安裝，編號(hào)為L(zhǎng)1，L2，L3，L4……LN→D1拆除后安裝L1，D2拆除后安裝L2……依次類推→荷載采用支撐體系托換完成（圖9）。

5.2.2 第2階段：新增托梁施工

拆除臨時(shí)支撐之間的磚墻，使臨時(shí)支撐受力來支撐上部墻體傳來的荷載，綁扎鋼筋，支模板，澆筑混凝土。

5.2.3 第3階段：拆除托梁下墻體

待托梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)，拆除托梁下部墻體。

6 屋面加固

原屋面綠色琉璃瓦局部損壞嚴(yán)重，且無防水層，僅靠琉璃瓦排水?，F(xiàn)房屋漏水情況嚴(yán)重，擬對(duì)局部損壞屋面進(jìn)行修補(bǔ)，并增設(shè)防水層，恢復(fù)損壞琉璃瓦，在不破壞屋面原藝術(shù)形態(tài)的情況下，達(dá)到屋面防水目的。

6.1 施工工藝流程

拆除原屋面瓦片→修補(bǔ)屋面→增設(shè)防水層→重新鋪設(shè)屋面琉璃瓦

6.2 主要施工工程

6.2.1 屋面修補(bǔ)

拆除原屋面琉璃瓦并整理歸類，放好能夠使用的瓦片，重新購(gòu)配損壞的瓦片。對(duì)損壞嚴(yán)重的屋面進(jìn)行修補(bǔ)。

6.2.2 防水層施工

對(duì)原屋面采用卷材防水層進(jìn)行防水處理。卷材用木條固定于原屋面板上，木條間距根據(jù)琉璃瓦安裝間距決定，以便掛瓦。

6.2.3 屋面瓦鋪設(shè)

為保證建筑原有歷史風(fēng)貌，將拆除下來的琉璃瓦重新鋪設(shè)，對(duì)于損壞的瓦片，盡可能找到類似的瓦片替換，以減少對(duì)建筑外觀的影響，做到修舊如舊（圖10）。

7 關(guān)于木圈梁加固研究

7.1 現(xiàn)場(chǎng)情況及加固方案

在原木樓面拆除過程中發(fā)現(xiàn)3層⑤/D-F軸線上下墻中有2道并排的木梁充當(dāng)圈梁使用，無法拆除。因原兩側(cè)樓面已拆除，此木圈梁缺乏側(cè)向支撐，如果施工振動(dòng)過大，極有可能造成該木圈梁上方墻體倒塌、屋面坍塌事故，十分危險(xiǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)該木梁進(jìn)行臨時(shí)支撐（圖11），停止施工，并及時(shí)反饋給公司設(shè)計(jì)，尋求解決方案。

針對(duì)木圈梁無法拆除的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)單位即對(duì)此梁進(jìn)行了特殊的加固處理。用2塊鋼板通過對(duì)拉螺栓夾緊墻體，再對(duì)木圈梁間的空隙灌注灌漿料密實(shí)，形成類似鋼骨混凝土的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到加固木圈梁的目的（圖12）。

圖10 屋面施工完成

圖11 臨時(shí)支撐

圖12 木圈梁加固示意

7.2 主要施工過程

現(xiàn)場(chǎng)按照加固方案，利用原木梁洞口安裝對(duì)拉螺栓固定鋼板，并將鋼板對(duì)接焊接固定。待鋼板安裝完成后，向原木梁縫隙內(nèi)灌注灌漿料，保證內(nèi)部密實(shí)性。

8 結(jié)語

本文基于蘇州閶門飯店內(nèi)某控保建筑加固改造工程實(shí)例，介紹在古建加固改造中如何綜合考慮各施工方案，選擇最優(yōu)的加固方案，在達(dá)到加固目的的同時(shí)最大限度地保留了古建的歷史風(fēng)貌?；饬斯沤ǖ臍v史傳承與社會(huì)發(fā)展之間的矛盾，使古建在新的社會(huì)環(huán)境下能夠完成社會(huì)賦予其的新使命。此外，加固改造不同于新建[1-4]，每個(gè)工程可能都會(huì)遇到不同的疑難雜癥，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，創(chuàng)造性地提出加固方案，才能使工程順利地完成。