某地下空间工程改造加固设计

李媛

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

当前，我国建筑业正在由大规模新建逐步进入新建与改造加固并重的建设阶段。随着建设单位对既有结构使用功能的调整和设计规范的更新，有大量既有结构需要进行改造加固。目前，对结构改造加固的研究和设计多数基于地上结构，涉及到地下结构及相应防水做法的内容相对较少。本文通过对某地下空间工程的设计，给出了考虑防水做法的改造加固节点做法，为其他类似工程提供参考。

1 工程概况

某工程主体部分包括中部长280 m的地下一层结构及东侧长30 m的地下两层结构，该部分采用钢筋混凝土框架结构体系，底板采用平板式筏基，打设抗拔桩。同期开发的地铁区间及端头井部分则采用钢筋混凝土箱形结构。主体结构已按2009年初出具施工图完成主体结构（包括出地面风井及采光井结构）的施工，结构防水及部分覆土已完成。结构底板部分区域为地铁已通车运营。

现阶段根据建设方提出的相关要求，对结构的内部功能进行修改和改造，主要内容为：新增若干风井、封堵原有若干采光井、一部楼扶梯移位。

2 结构设计及计算分析

2.1 结构设计

2.1.1 结构专业设计原则

采用中国建筑科学研究院编制的PKPM结构设计软件（10版V3.1.2）对结构进行整体建模。考虑由于洞口的封堵、开凿等引起荷载变化。基于计算分析的结果，对封凿洞口所处框架网格内不能满足改造加固后承载力要求的既有结构构件进行加固。

地下一层设计使用年限经与建设单位协商，确定为50 a，但需按文献[1]要求:所采用的胶和聚合物应通过耐长期应力作用能力检测；抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为丙类，抗震等级为3级[1-3]。

2.1.3 荷载取值

永久荷载（恒荷载）：结构自重荷载——由于洞口封闭、开凿引起的结构自重变化等。

可变荷载（活荷载）：楼梯、屋面活荷载取值不低于文献[4]规定：消防疏散楼梯为3.50 kN/m2；路面超载为20.00 kN/m2；屋顶荷载（除路面超载外）为3.00 kN/m2；地震作用：考虑侧墙水、土动压力，采用文献[3]所附的地震影响系数曲线计算。按地震反应谱理论，通过整体动力分析确定。

2.1.4 结构改造加固材料

（1）局部改造、加固结构新增植筋梁：混凝土强度等级C35，抗渗等级P8;楼梯：混凝土强度等级C35;钢筋采用HRB400。

短期政策创新建议：在继续维持现有住房调控政策不变基础上，确保房价稳定和住房金融稳定、安全，满足生存型、刚需型、改善型住房消费对金融支持的需求，抑制奢侈型、投机型住房投资对金融秩序的扰乱，为构建新时代上海市住房金融中长期长效机制赢得时间、创造条件，有效减缓新时代上海市住房风险指数上行幅度。

（2）碳纤维为300 g高强度I级碳纤维布，碳纤维板的厚度为1.2 mm。单向织物（布）抗拉强度设计值取为：1 600 MPa。

（3）增大截面加固法所用材料及强度等级规定：梁采用强度等级为C40的微膨胀细石混凝土或H40高强无收缩灌浆料；柱采用H45高强无收缩型灌浆料。

2.2 计算结果分析

按照原结构设计资料及改造加固图纸，采用PKPM结构设计软件对结构进行整体分析和计算。结果表明，改建后该结构整体设计指标可满足要求，涉及改造加固部分框架网格范围内基础和楼板的设计可满足计算要求，但存在部分梁构件和2根柱构件的承载力不能满足计算要求，需进行补强处理。

3 结构改造加固方案

由于地下空间工程地下一层顶板结构的改造加固涉及原防水层的破除，而地下结构防水工程属于隐蔽工程，一旦渗水漏水后期解决难度很大。因此确保改造加固后结构防水的可靠、有效也是该项目所需考虑的重要因素之一。按照文献[5]要求并结合工程特点，下文在讨论各改造加固的节点做法时会将防水做法一并考虑。

3.1 结构改造方案

3.1.1 新增风井改造方案

新增风井需对原结构板进行凿除，当新增风井侧壁下存在既有结构梁时，将风井侧壁钢筋植入既有梁；当新增风井侧壁下无结构梁时，应先植筋浇筑梁，后做风井侧壁。注意应在新老混凝土接触面上部做高200 mm C35细石混凝土，而后在其上铺贴防水层。具体做法节点见图1。

图1 新增风井节点做法（单位：mm）

3.1.2 封堵原有采光井改造方案

采光井封闭需对原结构井侧壁进行凿除，保留部分钢筋与新浇筑封堵顶板钢筋进行搭接，保证新浇筑封堵顶板结构上表面距离覆土完成面高350 mm。改造及防水做法节点见图2。

图2 封堵原有采光井节点做法（单位：mm）

3.1.3 楼梯移位改造方案

凿除既有楼梯，对原楼梯洞口植筋做板进行封堵；新增楼梯处应凿除既有顶板，楼梯出地面挡墙植入既有结构，楼梯梯柱植入结构底板，楼梯其他构件新浇混凝土进行施工。楼梯侧墙防水做法同新增风井节点。

3.2 结构加固方案

3.2.1 梁构件加固方案

对改造加固区域承载能力不能满足设计要求的梁构件，根据不同情况采用相应的加固方案。

（1）粘贴碳纤维加固法：是指用高强度结构胶黏剂把碳纤维布或板贴在梁上下受力表面，以弥补原梁纵筋的不足。该法适用于当梁构件正截面受弯承载力提高幅度、计算所需碳纤维粘贴层数均小于规范[1]规定且截面尺寸满足斜截面受剪承载力的情况。根据规范[1]要求，当梁斜截面承载力需进行加固时选用如图3（a）所示节点，当梁斜截面承载力仅按构造需要设箍时选用如图3（b）所示节点。防水做法应注意在梁顶粘贴碳纤维后浇筑厚50 mm的细石混凝土，而后铺贴2道防水卷材并做好新老防水材料搭接。

（2）增大截面加固法：是指采用增大梁宽或增加梁高的方式来增大既有梁截面面积，同时加配一定数量钢筋以提高梁正截面或斜截面承载能力。当计算结果所需加固内容超出上述粘贴钢板的适用范围时，可采用增大截面加固法。根据结构布置情况可选用单侧加固或双侧加固节点。梁底新增纵筋植入两侧既有梁柱构件，梁底新增箍筋植入既有加固梁；梁侧新增箍筋水平段钢筋采用先凿除既有梁梁顶钢筋后与原箍筋焊接的方法，竖直段采用穿板后与梁底新增箍筋焊接的方法。防水做法应注意在开凿既有板上部浇筑厚50 mm的细石混凝土，而后铺贴2道防水卷材并做好新老防水材料搭接。具体做法节点详见图4（图中d表示连接钢筋的较小直径）。

图3 梁粘贴碳纤维加固法节点做法（单位：mm）

图4 梁增大截面加固法节点做法（单位：mm）

3.2.2 柱构件加固方案

在楼梯移位改造区域存在2根承载能力不能满足设计要求的框架柱，加固方案采用增大截面加固法。该方法是指通过增大框架柱的截面（该项目采用四面增大做法），根据计算结果配置一定数量钢筋来解决框架柱的截面承载力不足或轴压比超限等问题。新增受力钢筋在加固楼层范围内应通长设置，如图5所示。

图5 柱增大截面加固法节点做法

3.3 施工注意事项

3.3.1 防水工程注意事项

（1）注意新老混凝土接触面凿毛、刷界面剂。

（2）新老防水材料应做好搭接，原防水卷材若有破损，应割去破损卷材，用新卷材搭接，且保证搭接长度不小于500 mm。

（3）螺栓孔应灌胶粘剂封闭。

（4）防水施工时，应确保足够操作面，避免卷材在阴角、阳角等区域搭接。

3.3.2 其他注意事项

（1）施工前至覆土回填完毕阶段应注意对挖除顶板覆土改造加固区域进行底板负重。卸载与底板负重区域的荷载数值应保持一致。

（2）施工时应注意对原结构构件、防水层等的保护，如已有结构出现裂缝、变形、渗漏水等情况，应立即停止施工，并采取应急措施，保护已有结构。

（3）部分混凝土拆除具有一定的危险性，在开始拆卸工作前，应进行严密的施工组织设计，应有有效的安全措施，安全的支撑系统，保证保留结构的安全。原结构的拆除必须采用切割拆除或先切割使待拆除部分混凝土脱离原结构后再采用破碎方式拆除，避免过大振动对原结构产生损伤。

4 结语

基于地下空间工程改造加固的特点，在具体工程的设计中需同时考虑防水做法。总结出了针对不同情况所采用的改造加固方法并给出了具体节点做法；对改造加固工程施工中所需注意事项给出了建议，为其他类似工程的设计提供参考。