国庆技术盛宴（三）| 混凝土框架旧厂房升级改造施工技术研究

奉贤区青少年活动中心项目位于上海市奉贤区奉贤新城19单元16-02地块。该工程为综合性大型公共文化建筑综合体，包含工人文化宫、文化馆、青少年活动中心、妇女儿童发展指导中心、残疾人综合服务中心五大文化功能。项目地上4层，地下1层，建筑高度24m，共包含8栋单体，为综合性大型公共文化综合体。结构形式7栋新建单体为钢框架结构，1栋改建单体为混凝土框架结构。

图1 工程效果图

改造单体文化馆和妇女儿童发展指导中心位于整个项目的东南角，改建前身为1989年上海市奉贤区最早建造的一座大型钢筋混凝土厂房。考虑到整个项目共享与共用的理念，通过经济价值、情感价值、环境价值等多角度评估，保留部分原有结构并在此基础上进行改造，使其承载全新的使用功能。

旧厂房结构形式为钢筋混凝土框架结构，共分为两块，生产车间和办公楼。南侧办公楼原地上建筑物为4层，建筑物总高度18.5m，单层层高为4.6m。北侧车间区域原地上建筑为2层（中间区域与办公区域一条连廊为4层），层高为9.2m。

改造分为拆除和加固两块，拆除工程的主要内容为：老建筑物的东、南、西三面外墙，屋面梁、板、柱，南侧办公楼角部扇形楼梯、北侧车间两个夹层、场地内所有内隔墙、内装饰、屋顶玻璃棚、屋顶防水层及找平层、及所有预留的机电管线设备及支架等。

加固采用新建和传统加固方式，重新在2层高的北区＋4.600和＋13.800两个标高处插入两个楼面，使改造后的文化馆变为四层。基础主要采用扩大截面及锚杆静压桩的加固方式，地上受力构件加固主要为增大截面法、粘贴碳纤维、外包型钢法、及布置消能减震的双阶屈服屈曲支撑。

图2 旧厂房拆除前原貌

（1）改造工期较为紧张，整个拆除及加固计划工期仅为150天，且大量施工作业存在先后关系。如何合理、有序的规划及在不违背垂直交叉作业的同时组织穿插施工，是此改造项目能否按时完成的重点。

（2）拆除工程量巨大，包含三面外墙和大半个屋面结构层的柱、梁、板。拆除机械设备的配备、行进路线需重点规划，对原有结构进行整体荷载计算。此外由于此项目为局部拆除，还需精细保护保留的混凝土构件，避免产生扰动。

（3）加固方法虽然工艺相对成熟，但形式种类较多，且由于建筑功能性的改变，荷载增加，需严格保证加固构件部分与原结构的连接锚固。北区地上结构由原先的二层增加为四层，新增结构与原结构加固工序如何衔接也直接影响整个加固施工的工期。

改造整体施工思路先进行拆除施工卸荷，再进行加固作业。由于在17轴轴线位置存在建筑分隔缝，分隔缝以北为车间区域，层高较高，主体为2层，含+15.470/+5.970夹层，分隔缝以南为办公室区域，层高较低，因此将现场分成2个施工区域，分隔缝以北为北区，分隔缝以南为南区。

4.2.1拆除施工总体原则

自上而下，由外到内，先拆除非承重构件，后拆除横向承重构件，最后拆除竖向承重构件。拆除整体施工流程：围挡搭设→装饰层、机电管线拆除→外立面、二结构拆除→屋面层拆除→+15.470/ +5.970夹层拆除→楼梯间拆除。

图3 旧厂房拆除流程图

4.2.2拆除方式及机械选用

外立面采用一台320型长臂挖机配备液压破碎钳进行拆除。屋面板采用1台60型号的小挖机吊运至屋面进行破除，屋面梁采用静力切割吊运至地面。夹层梁板采用人工风镐结合空压机的凿除方式，其中部分大梁拆除采用静力切割。内隔墙采用小挖机进行拆除，装饰及管线采用人工风镐拆除。

4.2.3挖机破除屋面板最不利工况分析

为了确保拆除过程中建筑物整体的安全性，针对屋面采用挖机破除进行了相应的建模计算。通过模型验算旧厂房可以接受的施工荷载情况，拆除过程中残余构件的稳定性以及结构钢筋布置是否能满足要求。

以南区屋面拆除验算为例。南区屋面除E～F轴交17～18轴所围区域外全部需要拆除。由于拆除的区域基本呈现对称格局，所以分别选取额E～F，D～E轴作为代表性区域进行计算分析。中央跨位置为钢结构玻璃棚，结构上方为空洞所以未进行计算。

图4 屋面拆除范围及支撑卸载区域

建立相关模型后，在板面增加了60型挖机的行进荷载以及施工时的炮锤冲击荷载。经验算，由于B～C轴和D～E轴的跨度过大，原结构配筋面积无法满足拆除时承载力的要求。为确保拆除时整体的安全性，采用钢管支撑卸载后再进行挖机破除屋面的施工方法。

4.3.1加固施工总体原则

大面积的拆除工作完成后，下一步的加固工程施工作业分为三条施工线路展开。

第一条施工路线：主要包括地下承台加大施工，新增地梁，地梁加大截面，锚杆静压桩等±0.00标高以下的施工内容。现场需要加固的承台有53个，考虑到新增地梁和锚杆静压桩的施工进度快慢与承台加固施工密不可分，将整个施工区域划分成6个区域，每块区域6-8个承台。因06区域需保留场地出土，整个地基加固工程从北区东北角开始按照C字形依次展开施工。每个施工区域将按照先破除原有地坪、挖土，然后扩大承台截面、新增地梁，最后压入静压锚杆桩的先后次序操作，各施工区域之间相互衔接上述工序。此外，考虑到锚杆桩压桩前需提前进行试桩静载荷试验的问题，第一个施工区域工作面展开前应先行完成三个试桩位置的承台施工。

图5 地基加固平面分区及施工走向图

第二条施工路线：主要包括±0.00标高以上的承重构件扩大截面加固，柱包钢加固，梁碳纤维加固，梁粘钢加固，板碳纤维加固等施工内容。总体上将按照从下到上的顺序逐层依次进行，先加固竖向承重构件，后加固横向承重构件，跳仓施工。此外，首层室内的加固施工与地基加固施工可进行穿插作业，节约地上加固工期。首层室内的加固作业，如柱扩大截面、包钢待承台和地梁浇筑完成7天后即可进行施工。充分利用承台混凝土养护期28天的时间内完成首层加固施工。

第三条施工路线：主要包括北区在二层、四层新增楼板和加固穿插的施工。17轴处存在新增楼板与老结构梁交接处，而老结构梁需扩大截面加固的工况。若先进行新增楼板的施工，则老梁扩大截面施工时需将新增板后开混凝土浇筑孔；若先进行老梁扩大截面施工，则钢筋密布将给新增楼板在老梁上植筋造成困难。因此，新老结构交界处的模板排架经排版深化一同搭设。新增楼板与扩大截面一同浇筑，节约了进度及成本上不必要的浪费。

4.3.2加固施工过程中的合理技术优化

（1）高强灌浆料代替自密实混凝土

根据图纸要求，构件截面扩大法采用强度为C35的自密实混凝土进行浇筑。地上柱加固，柱截面扩大单边尺寸范围为65~125mm，新增纵筋普遍为Φ20~φ25。单边扩大小于100mm的截面扣除纵筋、箍筋及保护层的直径后，剩余的空间粗骨料很难通过，无法保证混凝土浇筑过程中的密实，造成观感缺陷。且采购较为困难，常规搅拌站无法按需供应小批量的自密实混凝土。建议选用强度等级不低于C35的高强无收缩灌浆料浇筑替代。

设计方则考虑高强灌浆料无骨料，虽然强度高，但易开裂。经过现场挑选两根单边加大小于100mm的柱子分别采用自密实混凝土与灌浆料两种浇筑方式作为实体样板比对，发现采用灌浆料浇筑的柱样板比自密实混凝土浇筑的柱样板在成品可靠性上更好，综合考虑现场进度、采购等因素，结合施工难易性通过设计及监理方的认可。

（2）大直径钢筋植筋深度优化

图纸中对于化学植筋的植入深度要求都比较大。植筋深度均在35d-42d之间。为了规避原结构内的钢筋，先用钢筋探测仪对植筋区域内钢筋的分布进行探测，再进行钻孔植筋，小于Φ20直径的植筋均可满足锚固设计值。但其余大直径钢筋（Φ20~φ32）植筋深度超过原有柱截面尺寸（该工程又有框架柱尺寸为700×450），易将框架柱打穿。建议由第三方监测单位通过拉拔试验确定此类钢筋较为合理的植筋深度。根据各直径钢筋的拉拔检测报告，20d即可满足要求，并通过设计及监理方认可。

（3）板底碳纤维布加固防护层优化

由于碳纤维加固一般是利用环氧类有机物作胶黏剂。但当温度高于65~150℃时，胶粘剂的粘结性能会大幅降低，影响碳纤维与混凝土构件共同工作的性能，继而影响结构安全【4】。根据设计规范板底粘贴碳纤维布加固的楼板要求采用厚度不小于25mm的水泥砂浆作防火层。根据以往施工经验，25mm厚的砂浆很难粘结在板底，施工质量难以保证。且文化馆单体多处区域为裸顶，此做法不具备可操作性以及后期使用的安全性。

在研究了大量有关碳纤维加固混凝土构件的耐火性能研究后，发现厚15mm的水泥砂浆保护层的防火效果不如防火涂料【5-7】。建议在加固板底碳纤维布表面按照耐火极限（1.5h）喷涂薄型防火涂料以代替砂浆防护层。并委托防火涂料及碳纤维生产厂家联合对防火涂料与碳布及碳纤维胶成分是否会产生化学反应进行实验，结果显示防火涂料不会对其强度及各项指标产生影响。该做法通过设计及监理方的认可。

本文以奉贤区青少年活动中心项目中一栋四层混凝土框架旧厂房改造工程为例，介绍了在一个工期紧张、拆除工作量巨大、加固形式多样的改造工程关键施工技术研究。

文化馆拆除施工历时24天，加固施工历时113天，整个拆除加固过程总用时四个半月。相比原计划五个月的工期节点，经过工序的有效穿插及技术优化，提前半个月完成改造施工。目前正进行装饰工程及屋面木拱的吊装施工。

图9 文化馆改造完成效果图

参考文献略

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