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1、!J月刁阅门!.、一 地 下 铁道文集 北京市音乐堂改建工程地下加层 与整体基础托换技术 王雅斋 刘国柱梁新利 ( 北京市第七城市建设工程公司) 杜文库 ( 北京城建集团有限责任公司) 北京市音乐堂位于中山公园内社翟坛( 五色土) 东南 ， 建 筑平面呈扇形， 原建 筑物占 地面积约 4 5 0 0 m 2 ， 建筑面 积3 3 3 7 m ， 于1 9 5 5 年 建成 ， 后于1 9 7 9 年、1 9 8 1 年、1 9 8 6 年 进行过改 扩建。 由 于年代较久、 设备 落后、 建筑失修等因素 ， 该音乐堂己 不能 满足现代使用 要求， 业主决定 拆除 舞台小 楼，保留观众 厅结 构
2、，进行改 扩建。 完工后 建筑面积 将达 1 1 8 6 4 m ， 地下 一层、 地上二层 ( 局部四 层) ， 设 有观众厅、 会议室、 贵宾室、电影厅、 休息 厅及餐厅等 ， 成为使 用功能和音响效果 均为一流的现代化娱乐场所。 原 观众厅结 构形式为 独立 柱基 础框架结构，柱高 1 2 .8 m ,其基 础埋深1 .8 - 2 .5 m , 屋顶为 现浇 钢 筋混凝土屋架及屋面板。根据改建要求，将原建筑物的二次结构及其他附属建筑物拆除， 保留 观众 厅结构的独立柱和钢筋混凝土屋架屋盖。在此条件下新建地下室一层， 层高 6 . 5 m ， 建筑面积 4 0 0 0 m 2 。为解决原结
3、构的基础深度不足的问 题， 采用基础托换技术。1 9 5 5年施1 _ 的结构混凝土强 度相当 现在的C 1 5 设计强度等级标准值， 己 不能满足新建筑的结构承载力要求。为 解决这一矛盾， 需对原独立柱结构进行加固 ， 以提高强度， 满足改建后的结构受力要求 本项技术经北京市科技情报所查 新检索，认定无文献报道 本项技术已申 请发明专利，专 利申 请号: 9 8 1 2 3 1 9 6 . 9 1 .北京市音乐堂加固与托换技米的特点 对已 有建筑物地基进行加固处理， 目的是避免建筑物的倒塌损坏。 这种作法称为补救性托 换。 3 0年代后地下 铁道施工中对既有建筑物的保护称为预防性托换。 近年
4、已 发展到在新建的建 筑物基础上预 先设计安 装可顶升的 装置， 事后如发生不允许出现的地基差异沉降时， 即实施保护性 托换。 北京市音乐堂 程是在原建筑物基础上保留部分主体结构进行的全面改 造， 包 括观众厅二次 结构 和后台小 楼拆除、 基 础托换、结 构柱 和屋盖加固、 新做筏形 基础地下室、1 0 .0 0 0 m以 上 框 架及 观众席等。 原结构 建 成至今已4 0余 年， 混凝 土碳化严重 ， 且 经历了 唐山 地震的 冲击，个别 柱己 出现纵向 裂纹， 虽采取了 加钢板箍固定等措施， 但结构总体安全度较低。改建后新增 .5 m深地下 室， 采用人工挖孔桩托换基础， 土方开挖后，
5、 原结构顶距基底高达 2 1 m , 结构 整体稳定因素差， 施工风 险很大。 2 基础托换与结构加固方案的研究 由于本工程的使用功能要求， 改建后的地下 室采用筏形基础， 主体结构形式为框架结构， 局部 加设剪力 墙抵抗地震冲击力由 于原结构独立 柱基埋深较浅， 必须采取托换技术， 使土部建筑结构 稳定地落于桩基和筏形基础地 F 室上; 土部结构荷载安全地转到筏形基础上 ， 扩散到基底持力层。 设计选择了人 _ 挖孔桩加连续承台梁的托换方案。 其步骤是: 做地下室前， 上部荷载经柱传 给承台梁， 再由 承台梁分配给桩基。 待筏形基础建成后， 上部荷载传给筏形 基础。 经对方案的可行 地下铁道
6、文集 性、可靠性和可能存在的问题进行了 认真地分析探讨后， 确 定采用 “ 两桩承一柱” 的方案 ( 见 右图 ) 即 在柱两 侧挖桩 在桩顶做承台梁， 做承台梁时将原结构柱包于梁内. 使之与梁 成为 一 体 ， 让卜 部荷载通过承台梁传于桩基和筏形基础。 托换分两步进行: 第一步做人工挖孔桩和承台梁， 使 桩、柱、梁成为 一 体， 土部荷载先通过梁传于桩。第二步做 筏形基础， 完成后则上部荷载又传于筏形基础， 完成全部托换 工作( 见下图 ) 水 泥 洛 合土 内 衬 林 面 C Z 口 盔 凝 土 护 壁 原 结 构 杠 3 .托换加固施工 与 一 般的基础托换不同 ， 本工程是在己有 的
7、上部结构下全面开 挖做地下室， 全部主工序按先托换、后加固、再新开的顺 序组织施_ L 且全部施 _ 内容均与 原结构、 承台梁和挖孔桩相连系， 受条件限制很多。根 据本工程的特点 ， 经反复比 较， 确立r 挖孔桩一 承台梁一杜加固土方开挖结构施工的总 工序_ 炸分别编制了 挖孔桩、 承台梁、 杜加固、 上方开挖及地下室结构施工等方案， 对各施丁分项 的工序流程、 上艺作法进行了 分析 研究， 对各 种可能出 现的问 题提出了 预防措施 3 . 1 结构监测 基础托换工程是个结构内力转移传递过程， 要求传递过程中结构不能发生变形， 施上过程中 对结构进行观测的目的是及时发现沉降位移和倾斜变形
8、的微小变化， 为施工决策提供依据。根据 工程特点还编制了 结构监测方案， 进行了 细致布点。 每柱 0 . 5 0 0 m标高处布一点观测沉降 值， 每柱 做一个3 m高的 标尺， 用以 监测柱的 倾斜值。每柱每日 观测 次沉降倾斜值， 挖桩期2 4 h 随时观测， 做到f 言 息化施工 3 . 2 人工挖孔桩施工 本工程采用人工挖孔桩进行基础托换， 它是力传递的载体， 其质量决定着整个托换L 作的成 败。桩身上半 部分又是地下室的柱， 机身混凝土预埋位置质量直接影响后期梁、板的施王。施_ L 中采取了以下技术措施: ( 1 ) 人工 挖 孔桩 采用钢筋混 凝土护 壁 以 提高护 壁承 载力，
9、 保护桩孔的安全: ( 2 ) 钢筋笼分节 绑扎， 吊 装时使用连接钩; ( 3 ) 用 “ 钢板箍法 做地基梁钢筋连接点 ， 保证钢筋连 接位置的准确; ( 4 ) 护壁内加设水泥上隔离 层. 以利混凝土 护壁拆除( 见 上图 ) ( 5 ) 采用无振动破除原杯形柱基放角， 以有效地保护结构稳定 .111.IIL.1.，1.口L.rlrll.1.L.尸1.F.一 ，一倒崖有嘴潇遭馆声 地 铁道文集 曰书理卜代 安 全，顺利 完成 桩的 成型土序 3 . 3 承台梁施工 采用 “ 两桩承 一 柱” 实现原结构柱力的传递与转换， 承台 梁起着 “ 承上传下” 的 作用， 为 减 小 其因 受剪、
10、 受 弯产生的 应力，两桩的 距离 应尽量 靠近， 承台 梁与柱的 结 合要成为一体。 为此，研究 确定了 工艺 流 程和作法 ， 还根 据柱基实际 情况现场选定 承台 梁的 不同 作 法， 对原 杯形蓦 础高的 ，采用 双承台法进行结构受力的二次转换 ( t ) 承台 梁施工工 艺作法与 流程:柱身穿 通孔化学 锚筋、 桩头 凿毛、 预埋底部承台 梁主筋及进雷 设 施一 支桩梁节 点模 板，浇筑接长桩混凝土 ，回填土，做垫层，铺主承台 梁 底模板一 绑扎主承台 梁钢 筋、安放桩顶传力筋一做柱加固插筋一支主承台梁模板浇筑承台梁混凝土一拆模养护。 ( 2 ) 采用穿透柱身 化学锚通筋的施土1 一
11、 艺保证了梁受力主筋平面标高的就位准确( 见下图 ) 。 4 为使梁柱成为一休需在做承台梁时将原结构混凝土柱包于梁内。这就存在一个在柱截面宽 卑, u 7 s o r炸f七 ， “ 1 钻 a允，化 广 冶 知 吕 困,$ n A m m ; A t J 争旧l e d_ 象 一 . 、 卜， 一 ， 一 i t V i 体打 度内 ， 梁主筋必须截断的间 题， 这对承台 梁的承载能力是较严重的削弱 将上筋向柱内锚入的 方法 冲击钻钻孔 2 0 0 m m 深、 用化学胶浆将梁主筋 止 原设计方案采取了 朴u i o _ 后 加 固 柱 D I M 锚入。虽然做到了 钢筋与柱相连， 但主筋仍然
12、是中断的， 土筋的承载能力远没有充分发挥出来。为加强梁柱连接 的整体性， 改为 “ 穿透柱身打孔锚主 筋” 施 _ 时用冲击 钻在柱身相应标高位置打通孔用吹风机清孔， 将承台 梁 上 主 筋 穿 进 柱 孔 ，用 化 学 锚 固 胶 封 严 使 钢 筋 f 混 凝 土 、 粘牢 ， 并做到钢筋的完全 连续， 起到抬柱的“ 扁担” 作用 为加强柱身与 梁的连接， 同时将梁高范围内柱身凿毛， 凿 深 l O m m ， 以利新旧混凝 L 粘结 ( 3 ) 采用设VT折线形承台梁折点的非标准作法， 保证了 连续承台梁的受力整体性。 3 . 4 原结构柱的加固工艺 原结构V需通过加固改造为新结构框架柱
13、， 其加 固施工方法和操作 1艺非常关键 在加固施工 采用了 是 牵J 吹 巾卜抗 fi A 6 s u o , m M ! F 矛 囚 力i l长 8 斗十未! t . a 帐 小2 卜 了 司于 “ 陷 二 月 一产 ， 承 台哭 沛 _ 地 卜 铁道文集 以下技术。 ( 1 ) 机 械挤压 法破除 混凝土耳柱 ， 以 确保主柱无损 和 结构的安全 ( 2 ) 应用Y J - 3 0 2 混凝土界面 剂， 满足柱身新旧 i R 凝土 接搓紧密的要求 ( 3 ) 采用化学锚筋法， 在柱身上锚入抗剪、 抗弯钢筋， 以 提高柱承载能力。 为使加固后的N凝土与 原结构 柱紧密结合， 提高摩擦力和新
14、旧混凝土的界面 抗3 i 切 能力， 经计算后确定抗剪锚筋每5 0 0 m m高设一 道， 每 道4 根。使用0 2 5 螺纹钢筋锚入原柱混凝七 内2 0 0 m m . 并用化学锚固 胶塞严( 见上图 ) ( 4 ) 采用导向支架法做柱身锚固斜筋使锚固斜筋角lx 准确 ( 5 ) 在加固托换期充分保护并利用原结构的部分 构件使原结构始终受力合 理、整 体稳定 3 . 5 特殊条件下的土方开挖与新结构施工技术 本土程土方开 挖与结构底板的施上 ， 关系到力传递厅 式的转换能否安全进行和基础托换的成 败。在施l _ 前 和施工中， 我们研究并使用了 如 F 技术成功地克服了 困难 ， 使基础托换
15、L 作顺利完 成。 ( 1 ) 土方开挖时在基桩两 侧平 衡同步进行， 使 桩基小受侧压力确保了原结构的安 全 ( 2 ) 分段开 挖 L 方， 分 段做 底板结构 ， 可 减少桩 V -的时IH 和 数量， 有 利千施L 期内 结构的整 体稳定 ( 3 ) 采 用无振动分离 静 爆法破 除原丰 基混凝土 ，减少了 破 除材 _ 基施1 一 对 原结 构的影 响和 破坏。 4 .实施效果 北京市 音乐堂工 程共 托换原结构独立柱 2 4根新做人L 挖孔桩 4 8根， 绑扎钢筋 1 2 0 0 t , 浇筑 C 3 0混凝土 6 5 0 0 1, 1 , 开 挖上方 3 0 0 0 0 1, 1 经现场观测原结构托换过程中无沉降现象湘_ 垂直 度偏 差均在规范要求范围之内 ( 平均 1 一 3 n u n ) , 结构整体稳定冷也 很好、 原独立柱基结构F 已全面开 挖 新做地下室 、 新增面 积达4 0 0 0 m 2 ( 单层深度 6 .5 m )本 技术在 保留凉 结构的前 捉F 开 拓丫 地r 空 问，面积由3 3 3 7 m 增加到 1 1 8 6 4 . 2 建成音 响效果一流的音乐殿堂。改建与 新建相比可节省建 设投资 9 乃 9 % ，取得了显著的经济 效益和社会效益。本项目突破了基 础托换
