張洪磊，劉 凱，田 浩，陳廣賢，謝向陽(yáng)

(中國(guó)建筑工程(澳門(mén))有限公司，澳門(mén) 999078)

0 引言

隨著澳門(mén)城市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口密度不斷攀升，居民賴以生存的城市空間已趨于飽和，尤其是歷史城區(qū)，不論從空間規(guī)劃還是從安全角度，均難以滿足新時(shí)代澳門(mén)城市發(fā)展需求，導(dǎo)致建筑物老化及因此產(chǎn)生的衍生問(wèn)題日趨嚴(yán)重[1]。

根據(jù)澳門(mén)特別行政區(qū)地圖繪制暨地籍局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2019年6 月，澳門(mén)樓齡30年及以上的商住及工業(yè)樓宇已高達(dá)5 173 座。由于歷史及地理因素，這些“高齡”建筑大部分均集中于澳門(mén)半島西南部歷史城區(qū)[2]。歷史城區(qū)內(nèi)道路狹窄，建筑密度極高，樓宇互相緊鄰。因此，澳門(mén)特區(qū)政府提出都市更新的概念，旨在利用政策和措施對(duì)城市的老舊空間進(jìn)行功能升級(jí)改造和城市更新，從而實(shí)現(xiàn)合理利用土地、發(fā)揮城市空間多元功能及推動(dòng)城市和諧及可持續(xù)發(fā)展。然而，若要在歷史城區(qū)密集街區(qū)群中對(duì)單個(gè)建筑進(jìn)行維修保養(yǎng)或拆除重建，將面臨許多挑戰(zhàn)。例如，①由于施工場(chǎng)地限制，可能無(wú)法使用大型機(jī)械設(shè)備，無(wú)固定場(chǎng)地堆放、加工材料；②由于建筑密集、年代久遠(yuǎn)，且大多采用天然基礎(chǔ)，若不采取預(yù)防措施，極易引起相鄰建筑沉降、開(kāi)裂、傾斜甚至倒塌；③由于城區(qū)附近有大量商鋪及居民，施工造成的噪聲、粉塵、光污染容易引發(fā)不滿，增加項(xiàng)目被投訴的風(fēng)險(xiǎn)?？傊?，在歷史城區(qū)密集街區(qū)進(jìn)行都市更新，面臨諸多挑戰(zhàn)，影響都市更新在澳門(mén)歷史城區(qū)的進(jìn)展。

本文以澳門(mén)某項(xiàng)目為例，介紹一種在舊屋旁進(jìn)行都市等新施工時(shí)對(duì)舊屋的綜合加固保護(hù)方案，該方案適用于無(wú)地下室且高度≤15m的單層或多層磚木或磚混結(jié)構(gòu)老舊建筑物，適用于地質(zhì)條件較差、地下水位較高、易產(chǎn)生不均勻沉降的沿海或填海地區(qū)，并且對(duì)歷史城區(qū)都市更新過(guò)程中，在密集老舊建筑群中間進(jìn)行樁基礎(chǔ)及基坑開(kāi)挖施工的情況有良好的效果。使用該綜合加固保護(hù)方案，能有效保證新建項(xiàng)目基礎(chǔ)施工期間舊屋穩(wěn)定與完整，并且能最大化地保留舊屋原有使用空間和功能，為澳門(mén)密集街區(qū)的都市更新提供有效借鑒。

1 工程概況

項(xiàng)目緊鄰澳門(mén)大三巴牌坊等眾多著名旅游景點(diǎn)，業(yè)態(tài)為商鋪與酒店復(fù)合體，地下1層，地上5層，加1層閣樓。整棟建筑總高度約為20m，占地600余m2。20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于城市規(guī)劃等因素，街區(qū)逐漸呈衰落態(tài)勢(shì)，周?chē)ㄖ饾u老化失修。

項(xiàng)目東北側(cè)緊貼2棟舊屋，年代久遠(yuǎn)，破舊不堪，墻體開(kāi)裂十分嚴(yán)重，存在一定的倒塌及索賠隱患。舊屋為條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)上建造磚柱及磚墻用以傳遞荷載，而每層則以木梁為水平承重構(gòu)件，樓板以木板或鐵板托底+混凝土構(gòu)造而成的磚木結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)埋深大約在地面以下1m左右，基礎(chǔ)所在土層為回填土，地下平均水位也位于地面以下1m左右，因回填土層密實(shí)度較差、疏松多孔、滲透系數(shù)大，同時(shí)地下水位較高，因此，舊屋條形基礎(chǔ)很容易受到周?chē)翆幼兓瘮_動(dòng)而發(fā)生位移。因此，項(xiàng)目前期地下施工最大風(fēng)險(xiǎn)為樁基礎(chǔ)施工及基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)相鄰舊屋基礎(chǔ)附近的松散土體擾動(dòng)引起水土流失，進(jìn)一步導(dǎo)致相鄰舊屋基礎(chǔ)不均勻沉降，甚至導(dǎo)致舊屋倒塌，致使項(xiàng)目停工，同時(shí)引發(fā)巨大社會(huì)關(guān)注。

2 門(mén)式鋼架替換承重構(gòu)件加固法

綜合加固保護(hù)方案首先提出對(duì)舊屋主要受力構(gòu)件(梁、柱、板)進(jìn)行加固，主要加固方案包括門(mén)式鋼架替換承重構(gòu)件加固法、加大截面加固法、外包鋼板加固法、包碳纖維加固法。其中加大截面加固法由于現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)較多、施工周期較長(zhǎng)，故排除此方法；外包鋼板加固法在本例舊屋磚混結(jié)構(gòu)中并不適用，因此，亦不是舊屋加固的最優(yōu)方法；碳纖維加固法施工簡(jiǎn)單快捷、價(jià)格低廉，是常用的加固方法，試驗(yàn)證明，梁底粘貼雙層碳纖維布，在一定試驗(yàn)條件下，梁極限承載力可提高約22%[3]，然而，由于舊屋承重構(gòu)件尤其是木梁老化已十分嚴(yán)重，因此，在承重構(gòu)件上粘貼碳纖維布也不是最佳選擇。綜合考慮，該項(xiàng)目最終選擇門(mén)式鋼架替換承重構(gòu)件加固法。

門(mén)式鋼架替換承重構(gòu)件加固法的實(shí)質(zhì)是對(duì)原有建筑物承重構(gòu)件進(jìn)行替換，多個(gè)門(mén)式框架組成了支撐起整個(gè)舊屋所在空間的鋼架，將原有建筑物自重及外部荷載全部轉(zhuǎn)移至鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式框架。如圖1所示，以不同型號(hào)工字鋼分別組成底層框架柱和上層框架柱，鋼柱間設(shè)有工字鋼主梁和次梁以形成門(mén)式框架，框架間距應(yīng)考慮舊屋自重及各類(lèi)活荷載后由計(jì)算得出。并且在門(mén)式鋼架底部增加現(xiàn)澆混凝土條形基礎(chǔ)(見(jiàn)圖2)，將鋼架柱腳聯(lián)系成穩(wěn)固整體，增加了條形基礎(chǔ)與天然地基接觸面，強(qiáng)化了門(mén)式鋼架整體穩(wěn)定性。每層框架柱之間通過(guò)承托鋼板進(jìn)行連接。為增大門(mén)式框架梁與舊屋所用的圓木梁接觸面積，使樓面恒荷載均勻分布在門(mén)式框架各梁上，在主體縱向結(jié)構(gòu)次梁上設(shè)置支承槽鋼焊接在梁上。

圖1 門(mén)式鋼架體系示意

圖2 鋼架柱腳新增混凝土條形基礎(chǔ)

由于舊屋面向新建項(xiàng)目一側(cè)無(wú)支撐，而舊屋外墻體已嚴(yán)重風(fēng)化、松散、開(kāi)裂及傾斜，因此，本方案于舊屋外墻內(nèi)、外部設(shè)置橫向?qū)垆?，并借助槽鋼托架焊接于門(mén)式框架鋼柱(見(jiàn)圖3)。

圖3 外墻對(duì)拉槽鋼結(jié)構(gòu)示意

此加固方案旨在從舊屋內(nèi)部進(jìn)行加固改造，一方面強(qiáng)化門(mén)式鋼架整體穩(wěn)定性，另一方面為整個(gè)承重鋼架及其所受荷載提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，由于門(mén)式框架占用空間較少，盡量保證了舊屋使用空間，因此，舊屋正常使用功能幾乎不受影響。

3 馬歇管灌漿地基改良措施

由于舊屋地基附近土體為回填土，其抗壓縮和抗剪切變形能力較差，當(dāng)基礎(chǔ)受到上部較大荷載時(shí)，基礎(chǔ)一側(cè)進(jìn)行土方開(kāi)挖作業(yè)，極易導(dǎo)致舊屋鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式框架發(fā)生整體傾斜。因此，需對(duì)舊屋基礎(chǔ)附近土體進(jìn)行強(qiáng)化。

綜合項(xiàng)目自身特點(diǎn)及周?chē)刭|(zhì)勘探結(jié)果，前期考慮使用靜壓樁托換原理對(duì)建筑物進(jìn)行頂升糾偏[4]或使用化學(xué)灌漿法對(duì)土體進(jìn)行改良加強(qiáng)。采用靜壓樁托換原理對(duì)建筑物進(jìn)行頂升糾偏成本較低，施工難度不高，對(duì)環(huán)境友好，但在頂升過(guò)程中，稍有不慎易引起墻體開(kāi)裂或使本身已開(kāi)裂的墻體倒塌，因此，該法只適用于體系完好、整體性較強(qiáng)的建筑。旋噴法注漿技術(shù)(如高壓旋噴樁)是一種較成熟的土壤強(qiáng)化技術(shù)，對(duì)軟弱地基處理具有十分顯著的效果[5]，且適用性較強(qiáng)，可與其他土壤改良方法組合使用，亦可取得良好效果[6]，但高壓旋噴樁成樁半徑一般>0.5m。因此，使用高壓旋噴樁對(duì)土體進(jìn)行加固將使新建項(xiàng)目地庫(kù)面積減小。

馬歇管灌漿技術(shù)通過(guò)加壓劈裂注漿將原本松散多孔的地下土體填密、膠結(jié)、硬化，從而提高土層密度、硬度及降低滲透系數(shù)，增強(qiáng)土體抵抗沉降變形及水土流失的能力。馬歇管灌漿技術(shù)施工過(guò)程對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)較小，同時(shí)其成孔直徑可達(dá)100mm左右，對(duì)新建項(xiàng)目地庫(kù)面積幾乎無(wú)影響(見(jiàn)圖4)。因此，從新建項(xiàng)目使用面積角度考慮，使用馬歇管灌漿技術(shù)更為合適。

圖4 馬歇管灌漿剖面

4 門(mén)式鋼架體系外部斜撐加固措施

除采用馬歇管灌漿技術(shù)對(duì)舊屋地基土體進(jìn)行強(qiáng)化改良以降低土體側(cè)移或水土流失帶來(lái)的影響外，還可采用直接在舊屋外部加支撐的方法對(duì)舊屋整體變形或位移進(jìn)行限制，方案有縱橫式支撐加固法或斜立式支撐加固法。

1)縱橫式支撐加固法通過(guò)門(mén)式鋼架及鋼梁、鋼柱，將由于舊屋不均勻沉降所產(chǎn)生的荷載傳遞至工程樁(見(jiàn)圖5)。工程樁選擇上部無(wú)柱梁位置的管樁，樁頭伸至地面，支撐完成再拆除至地下室底板面，封閉樓板。實(shí)際工程案例證明，該方案能有效減小土體變形和鄰近建筑物沉降[7]，但該方案焊接鋼梁時(shí)所需垂直運(yùn)輸工具因場(chǎng)地限制無(wú)法提供，且單排樁方式在不利工況下有不足以抵抗水平推力的風(fēng)險(xiǎn)。因此，最終改進(jìn)為雙排樁加斜支撐的方式(見(jiàn)圖6)。

圖5 縱橫式支撐加固法示意

圖6 門(mén)式鋼架體系外部斜支撐加固示意

斜立式支撐加固法是在基坑開(kāi)挖前，建造外部預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)斜支撐對(duì)舊屋門(mén)式鋼架體系進(jìn)行斜向支撐加固。因舊屋原有支撐體系已全部采用門(mén)式鋼架替代，且首層門(mén)式鋼架主梁在施工時(shí)已于外墻表面預(yù)留如圖7所示的鋼板為安裝斜支撐提供連接基面。因此，在新建項(xiàng)目一側(cè)對(duì)舊屋門(mén)式鋼架體系進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)斜支撐加固，能起到對(duì)舊屋整體施加外部推力的作用，以有效抵抗舊屋向基坑一側(cè)沉降和傾斜。按該方案實(shí)施后，在開(kāi)挖及地庫(kù)施工階段，僅發(fā)生輕微均勻沉降，未發(fā)現(xiàn)裂縫，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

圖7 主梁穿出外墻預(yù)留鋼板示意

5 加固系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案

對(duì)舊屋進(jìn)行全方位加固后，為驗(yàn)證加固方案有效性，建立了加固系統(tǒng)形變及位移相復(fù)核監(jiān)測(cè)方案。在每步加固系統(tǒng)施工前，提前分析可能會(huì)出現(xiàn)形變及位移的危險(xiǎn)區(qū)域，設(shè)置多種類(lèi)型監(jiān)測(cè)點(diǎn)并嚴(yán)密觀測(cè)，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)并制定相應(yīng)措施。方案設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要分為6種，種類(lèi)及監(jiān)測(cè)方案如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)種類(lèi)及監(jiān)測(cè)方案

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能通過(guò)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)間數(shù)據(jù)對(duì)比復(fù)核來(lái)剔除無(wú)效數(shù)據(jù)，反映舊屋更真實(shí)精準(zhǔn)的變化情況。例如，建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(E)和傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)(H)設(shè)置在舊屋外墻距地面1m左右高處，主要反映舊屋在靠近新建項(xiàng)目一側(cè)的沉降和傾斜情況；建筑物外墻位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(TSB)設(shè)置在舊屋靠近新建項(xiàng)目一側(cè)的外墻頂部和中部，一方面可通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的高程變化而獲得舊屋沉降情況，用來(lái)與沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比復(fù)核，另一方面通過(guò)測(cè)量上、下2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平坐標(biāo)差(如TSB1，TSB1a)來(lái)反映舊屋傾斜情況，用來(lái)與傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比復(fù)核。因此，該監(jiān)測(cè)方案能提供更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)信息，有效減少測(cè)量誤差和隨機(jī)誤差。

6 結(jié)語(yǔ)

以實(shí)際項(xiàng)目為例，提出了3個(gè)加固施工技術(shù)方案+1個(gè)加固系統(tǒng)形變及位移監(jiān)測(cè)方案的舊屋綜合加固保護(hù)方案，該方案首先對(duì)舊屋建筑進(jìn)行承重系統(tǒng)替換，保證其建筑主體整體性和剛度，然后通過(guò)改良地基土體、增加開(kāi)挖側(cè)支撐的方式，增強(qiáng)了舊屋基礎(chǔ)穩(wěn)定性，避免舊屋在新建項(xiàng)目基坑施工過(guò)程中出現(xiàn)傾斜。經(jīng)過(guò)形變及位移相復(fù)核監(jiān)測(cè)方案的科學(xué)觀測(cè)，驗(yàn)證了該綜合加固保護(hù)方案有效性。采用該方案，能很好地保護(hù)建筑原有組成構(gòu)件，保持其整體性。最大限度地保留建筑原有使用空間，將加固方案對(duì)建筑使用的影響降至最低。同時(shí)避免了建筑整體發(fā)生位移及不均勻沉降。