混凝土框架舊廠房升級(jí)改造施工技術(shù)

楊曉鳳

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

我國(guó)普通房屋與建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限普遍在50 a左右，若將臨近或超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限的建（構(gòu)）筑物拆除重建，則對(duì)環(huán)境保護(hù)、建筑垃圾回收利用都有較高要求。改建比新建工程可節(jié)約投資40%，工期縮短約50%[1-3]?；诳沙掷m(xù)發(fā)展的價(jià)值觀理念，近些年老建筑、廢棄廠房在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造升級(jí)成為熱議話題。

本文以上海市奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心項(xiàng)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(guò)程，包括重、難點(diǎn)的應(yīng)對(duì)策略及在實(shí)際施工過(guò)程中提出的技術(shù)優(yōu)化。

1 工程概況

奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心項(xiàng)目位于上海市奉賢區(qū)奉賢新城19單元16-02地塊。該項(xiàng)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(dòng)中心、婦女兒童發(fā)展指導(dǎo)中心、殘疾人綜合服務(wù)中心五大文化功能。

項(xiàng)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(jié)構(gòu)，1棟改建單體為混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2 改造單體概況

改造單體文化館和婦女兒童發(fā)展指導(dǎo)中心位于整個(gè)項(xiàng)目的東南角，改建前身為1989年上海市奉賢區(qū)最早建造的一座大型鋼筋混凝土廠房（圖1）?？紤]到整個(gè)項(xiàng)目共享與共用的理念，通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值、情感價(jià)值、環(huán)境價(jià)值等進(jìn)行多角度評(píng)估，保留部分原有結(jié)構(gòu)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，共分為2塊，即辦公樓和生產(chǎn)車間。南側(cè)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(cè)車間區(qū)域原地上建筑為2層（中間區(qū)域與辦公區(qū)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(nèi)容為：老建筑物的東、南、西3面外墻，屋面梁、板、柱，南側(cè)辦公樓角部扇形樓梯，北側(cè)車間2個(gè)夾層，場(chǎng)地內(nèi)所有內(nèi)隔墻、內(nèi)裝飾、屋頂玻璃棚、屋頂防水層和找平層以及所有預(yù)留的機(jī)電管線設(shè)備、支架等。

加固采用新建和傳統(tǒng)加固相結(jié)合的方式，重新在2層高的北區(qū)＋4.60 m和＋13.80 m這2個(gè)標(biāo)高處插入2個(gè)樓面，使改造后的文化館變?yōu)?層?；A(chǔ)主要采用擴(kuò)大截面及錨桿靜壓樁的加固方式，地上受力構(gòu)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(diǎn)、難點(diǎn)分析

1）改造工期緊張，整個(gè)拆除及加固計(jì)劃工期僅為150 d，且大量施工作業(yè)存在先后關(guān)系。如何合理、有序地規(guī)劃以及在不違背垂直交叉作業(yè)的同時(shí)組織穿插施工，是此改造項(xiàng)目能否按時(shí)完成的重點(diǎn)。

2）拆除工程量巨大，包含3面外墻和大半個(gè)屋面結(jié)構(gòu)層的柱、梁、板。需對(duì)拆除機(jī)械設(shè)備的配備、行進(jìn)路線進(jìn)行重點(diǎn)規(guī)劃，對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體荷載計(jì)算。此外，由于本項(xiàng)目為局部拆除，需精細(xì)保護(hù)要保留的混凝土構(gòu)件，避免產(chǎn)生擾動(dòng)。

3）雖然加固方法的工藝相對(duì)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(yán)格保證加固構(gòu)件部分與原結(jié)構(gòu)的連接錨固。北區(qū)地上結(jié)構(gòu)由原先的2層增加為4層，新增結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)加固工序如何銜接也直接影響整個(gè)加固施工的工期。

4 改造關(guān)鍵施工技術(shù)路線

4.1 施工總體部署及施工區(qū)域劃分

改造整體的施工思路是先進(jìn)行施工卸荷，再進(jìn)行加固作業(yè)。由于在軸軸線位置存在建筑分隔縫，分隔縫以北為車間區(qū)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(qū)域，層高較低，因此將現(xiàn)場(chǎng)分成2個(gè)施工區(qū)域，分隔縫以北為北區(qū)，分隔縫以南為南區(qū)。

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(nèi)，先拆除非承重構(gòu)件，再拆除橫向承重構(gòu)件，最后拆除豎向承重構(gòu)件。拆除整體施工流程：圍擋搭設(shè)→裝飾層、機(jī)電管線拆除→外立面、二結(jié)構(gòu)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(jī)械選用

外立面采用1臺(tái)320型號(hào)的長(zhǎng)臂挖機(jī)配備液壓破碎鉗進(jìn)行拆除。屋面板采用1臺(tái)60型號(hào)的小挖機(jī)吊運(yùn)至屋面進(jìn)行破除，屋面梁采用靜力切割吊運(yùn)至地面。夾層梁板采用人工風(fēng)鎬結(jié)合空壓機(jī)的鑿除方式，其中部分大梁拆除采用靜力切割。內(nèi)隔墻采用小挖機(jī)進(jìn)行拆除，裝飾及管線采用人工風(fēng)鎬拆除。

4.2.3 挖機(jī)破除屋面板最不利工況分析

為了確保拆除過(guò)程中建筑物的整體安全性，針對(duì)屋面采用挖機(jī)破除進(jìn)行了相應(yīng)的建模計(jì)算。通過(guò)模型驗(yàn)算舊廠房可以接受的施工荷載情況、拆除過(guò)程中殘余構(gòu)件的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)鋼筋布置是否能滿足要求。

以南區(qū)屋面拆除驗(yàn)算為例（圖2），南區(qū)屋面除E—F軸交—軸所圍區(qū)域外全部需要拆除。由于拆除的區(qū)域基本呈現(xiàn)對(duì)稱格局，所以分別選取了E—F，D—E軸作為代表性區(qū)域進(jìn)行計(jì)算分析。中央跨位置為鋼結(jié)構(gòu)玻璃棚，結(jié)構(gòu)上方為空洞，所以未進(jìn)行計(jì)算。

圖2 屋面拆除范圍及支撐卸載區(qū)域

建立相關(guān)模型后，在板面增加了60型號(hào)挖機(jī)的行進(jìn)荷載以及施工時(shí)的炮錘沖擊荷載。經(jīng)驗(yàn)算，由于B—C軸和D—E軸的跨度過(guò)大，原結(jié)構(gòu)配筋面積無(wú)法滿足拆除時(shí)承載力的要求。為了確保拆除時(shí)的整體安全性，采用鋼管支撐卸載后再進(jìn)行挖機(jī)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(yè)分3條施工線路展開。

第1條施工路線：主要包括地下承臺(tái)加大施工、新增地梁、地梁加大截面、錨桿靜壓樁等±0 m標(biāo)高以下的施工內(nèi)容?，F(xiàn)場(chǎng)需要加固的承臺(tái)有53個(gè)，考慮到新增地梁和錨桿靜壓樁的施工進(jìn)度快慢與承臺(tái)加固施工密不可分，故將整個(gè)施工區(qū)域劃分成6個(gè)，每塊區(qū)域6～8個(gè)承臺(tái)（圖3）。由于06區(qū)域需保留場(chǎng)地出土，因此整個(gè)地基加固工程從北區(qū)東北角開始按照C字形依次展開施工。在每個(gè)施工區(qū)域中，按照先破除原有地坪、挖土，再擴(kuò)大承臺(tái)截面、新增地梁，最后壓入錨桿靜壓樁的次序，并且各施工區(qū)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(jìn)行試樁靜載荷試驗(yàn)的問(wèn)題，第1個(gè)施工區(qū)域工作面展開前應(yīng)先完成3個(gè)試樁位置的承臺(tái)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(biāo)高以上的承重構(gòu)件擴(kuò)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(nèi)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(jìn)行，先加固豎向承重構(gòu)件，后加固橫向承重構(gòu)件，跳倉(cāng)施工。此外，首層室內(nèi)的加固施工與地基加固施工可進(jìn)行穿插作業(yè)，以節(jié)約地上加固工期。首層室內(nèi)的加固作業(yè)，如柱擴(kuò)大截面、包鋼待承臺(tái)和地梁澆筑完成7 d后即可進(jìn)行施工。充分利用承臺(tái)混凝土養(yǎng)護(hù)期28 d的時(shí)間完成首層加固施工。

第3條施工路線：主要包括北區(qū)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(jié)構(gòu)梁交接處，老結(jié)構(gòu)梁需擴(kuò)大截面加固。若先進(jìn)行新增樓板的施工，則老結(jié)構(gòu)梁擴(kuò)大截面施工時(shí)需將新增板后開混凝土澆筑孔；若先進(jìn)行老結(jié)構(gòu)梁擴(kuò)大截面施工，則由于鋼筋密布將給新增樓板在老結(jié)構(gòu)梁上植筋造成困難，因此，新老結(jié)構(gòu)交接處的模板排架經(jīng)排板深化一同搭設(shè)（圖4）。新增樓板與擴(kuò)大截面一同澆筑，節(jié)約了進(jìn)度及成本上不必要的浪費(fèi)。

圖4 新老結(jié)構(gòu)交接處排架搭設(shè)

4.3.2 加固施工過(guò)程中的合理技術(shù)優(yōu)化

1）高強(qiáng)灌漿料代替自密實(shí)混凝土。根據(jù)圖紙要求，構(gòu)件截面擴(kuò)大法采用強(qiáng)度為C35的自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑。地上柱加固，柱截面擴(kuò)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(kuò)大小于100 mm的截面扣除縱筋、箍筋及保護(hù)層的直徑后，剩余的空間粗骨料很難通過(guò)，無(wú)法保證混凝土在澆筑過(guò)程中的密實(shí)性，造成觀感缺陷，且采購(gòu)較為困難，常規(guī)攪拌站無(wú)法按需供應(yīng)小批量的自密實(shí)混凝土，故建議選用強(qiáng)度等級(jí)不低于C35的高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料替代。設(shè)計(jì)方則考慮到高強(qiáng)灌漿料無(wú)骨料，雖然強(qiáng)度高，但易開裂?，F(xiàn)場(chǎng)挑選2根單邊擴(kuò)大小于100 mm的柱子，分別采用自密實(shí)混凝土與灌漿料這2種澆筑方式作為實(shí)體樣板比對(duì)，發(fā)現(xiàn)采用灌漿料澆筑的柱樣板比自密實(shí)混凝土澆筑的柱樣板在成品可靠性上更好，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、采購(gòu)等因素，結(jié)合施工難易性，采用灌漿料澆筑的方法通過(guò)了設(shè)計(jì)方及監(jiān)理方的認(rèn)可。

2）大直徑鋼筋植筋深度優(yōu)化。圖紙中對(duì)于化學(xué)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(guī)避原結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，先用鋼筋探測(cè)儀對(duì)植筋區(qū)域內(nèi)鋼筋的分布進(jìn)行探測(cè)，再進(jìn)行鉆孔植筋，小于φ20 mm的植筋均可滿足錨固設(shè)計(jì)值。但其余大直徑鋼筋（φ20 mm～φ32 mm）植筋深度超過(guò)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(jiān)測(cè)單位通過(guò)拉拔試驗(yàn)確定此類鋼筋較為合理的植筋深度。根據(jù)各直徑鋼筋的拉拔檢測(cè)報(bào)告，20d即可滿足要求，并得到了設(shè)計(jì)方及監(jiān)理方的認(rèn)可。

3）板底碳纖維布加固防護(hù)層優(yōu)化。碳纖維布加固一般是利用環(huán)氧類有機(jī)物作為膠黏劑，但當(dāng)溫度高于65～150 ℃時(shí)，膠黏劑的黏結(jié)性會(huì)大幅降低，影響碳纖維布與混凝土構(gòu)件共同工作的性能，繼而影響結(jié)構(gòu)安全[4]。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)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(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，25 mm厚的水泥砂漿很難黏結(jié)在板底，難以保證施工質(zhì)量，且文化館單體多處區(qū)域?yàn)槁沩?，此做法不具備可操作性以及后期使用的安全性?/p>

在進(jìn)行了大量的有關(guān)碳纖維布加固混凝土構(gòu)件的耐火性能研究后，發(fā)現(xiàn)25 mm厚的水泥砂漿保護(hù)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(hù)層。并委托防火涂料及碳纖維布生產(chǎn)廠家聯(lián)合對(duì)防火涂料與碳纖維布及碳纖維膠成分是否會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示防火涂料不會(huì)對(duì)其強(qiáng)度及各項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生影響。本方法通過(guò)了設(shè)計(jì)方及監(jiān)理方的認(rèn)可。

5 結(jié)語(yǔ)

文化館拆除施工歷時(shí)24 d，加固施工歷時(shí)113 d，整個(gè)拆除加固過(guò)程總用時(shí)4.5個(gè)月。相比原計(jì)劃5個(gè)月的工期節(jié)點(diǎn)，通過(guò)工序的有效穿插及技術(shù)優(yōu)化，提前半個(gè)月完成改造施工。目前正在進(jìn)行裝飾工程及屋面木拱的吊裝施工。

本文以上海市奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心項(xiàng)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(gè)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(guān)鍵施工技術(shù)。希望能為類似工程提供借鑒與幫助。