一种既有多层建筑改造中预应力梁托换断柱施工方法与流程

本发明涉及托换施工领域，具体涉及一种既有多层建筑改造中预应力梁托换断柱施工方法。

背景技术：

托换技术对于城市改造和城镇规划具有重大意义。根据目前已经完成托换工程的调查来看，综合考虑经济、安全和工期的要求后.选用合适的托换处理方案可以恢复甚至提高建筑物的使用功能，比起拆除重建，具有明显的社会效益和经济效益。目前国内的托换技术主要分为两种，即主动托换技术和被动托换技术。

主动托换技术是指原桩或柱在卸载之前，对新桩或柱和托换体系施加荷载，以部分消除被托换体系长期变形的时空效应，将上部的荷载及变形运用顶升装置进行动态调控。当托换建筑物的托换荷载大、变形控制要求严格时，需要通过主动变形调节来保证变形要求，即在被托换桩切除之前，对新桩或柱和托换结构施工荷载，使被托换桩或柱在上顶力的作用下，随托换梁一起上升，从而消除部分新桩或柱和托换结构的变形，使托换后桩或柱和结构的变形可以控制在较小的范围，因此，主动托换的变形控制具有主动性。

被动托换技术是指原桩或柱在卸载的过程中，其上部结构荷载随托换的变形被动地转换到新桩或柱，托换后对上部结构的变形无法进行调控。被动托换技术一般用于托换荷载较小的托换工程，相对可靠性较低。当托换建筑物托换荷载小、变形控制要求不严格时，依靠托换结构自身的截面刚度，可以在托换结构完成后，即将托换桩切除，直接将上部荷载通过托换梁(板)传递到新桩或柱，而不采取其他调节变形的措施。托换后桩或柱和结构的变形不能再进行调节，上部建筑物的沉降由托换结构承受变形的能力控制，变形控制为被动适应。

主动托换技术缺点是操作复杂，持续时间长，造价高而被动托换相对较为经济简便但可靠性较低，本发明在基于被动托换的施工情况下降低施工难度，仍能保证结构的变形稳定可控。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种安全稳定、工期短的既有多层建筑改造中预应力梁托换断柱施工方法。

本发明采用的技术方案为：一种既有多层建筑改造中预应力梁托换断柱施工方法，包括以下步骤：

步骤一、托换方案设计及优化：建立建筑结构的三维模型并受力分析，计算待托换结构的荷载，根据荷载设计加固工程、新结构柱和新预应力箱梁结构；

步骤二、施工准备：拆除改造区域内影响结构施工的各分结构，并对剩余结构进行成品保护；测量人员配合，对待施工的各结构进行放线定位；

步骤三、加固工程施工；

步骤四、地下室底板下方降水处理后，再进行新增桩基础施工，并修复地下室底板；

步骤五、在新增桩基础的上方各楼板开洞，施工新结构柱；

步骤六、搭设脚手架结构，施工新预应力箱梁；

步骤七、结构施工监测及结构位移预警体系统的搭建；

步骤八、切割旧结构柱。

按上述方案，在步骤三中，加固工程施工包括：在梁柱表面粘钢或加大梁柱截面的方式进行加固。

按上述方案，在步骤五中，破除底板并施工新增桩基础的方法为：设计破除范围线，在破除范围线上钻孔，将底板破除范围内的应力卸载掉，再将已与周围结构分离的底板破除；新增桩基础应采用人工挖孔桩施工，楼板开洞接地泵进行混凝土浇筑。

按上述方案，在步骤六中，支撑体系的搭设方法为：设置贝雷架基础，在贝雷架基础上安装h型钢，贝雷架安装在h型钢上；贝雷架顶部搭设碗扣式脚手架，形成支撑体系。

按上述方案，在步骤六中，新预应力箱梁施工方法为：将旧结构柱一侧的混凝土凿除后，绑扎此段范围内的新预应力箱梁钢筋并浇筑混凝土，再凿除旧结构柱另一侧混凝土，绑扎该段范围内的新预应力箱梁钢筋后浇筑混凝土；采用轻质泡沫材料填充新预应力箱梁的中空部位。

按上述方案，在步骤七中，施工监测包括在旧结构柱内布置多个传感器，在新预应力箱梁的预应力钢筋上布置多个应变片，设置竖向位移传感器监测主体结构沉降。

按上述方案，在步骤七中，结构位移预警体系统的搭建方法为：设置长油缸，其上部与原结构紧密接触，预顶50kn力后通过其上部的油压表了解结构的位移情况，并根据荷载增大自适应的调整油缸行程。

按上述方案，在步骤八中，所述旧结构柱采用绳锯带压切割。

本发明的有益效果为：本发明采用支撑架体+贝雷架+钢管柱(牛腿)的永临结合支撑体系，并利用可拆卸式钢牛腿与贝雷梁相结合的节点处理方式，避免了传统支撑体系对施工场地的限制，既保证了施工过程中整个施工体系的安全稳定，又最大程度上利用可周转的贝雷梁、钢牛腿等构件，结合施工模拟与监测以及油缸回顶预警的施工技术，保证了托换工程的施工安全、顺利的完成，并成功将被动托换做到了计算和实际施工上可控，不影响上部结构的正常使用，以较简单的施工方法完成了整个托换工程，避免的主动托换带来了复杂的施工措施，节约工期效果也十分显著。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的工艺流程图。

图2为本实施例中结构托换设计调整示意图。

图3为本实施例中底板破除示意图。

图4为本实施例中贝雷架混凝土基础及牛腿布置平面图。

图5为本实施例中贝雷架搭设平面图。

图6为本实施例中碗扣架搭设平面图。

图7为本实施例中箱梁施工支撑架体图。

图8为本实施例中箱梁施工含牛腿支撑架体图。

图9为本实施例中牛腿的结构示意图。

图10为图9的左视图。

图11为本实施例中监测点布置图。

图12为本实施例中旧柱回顶油缸平面图。

图13为本实施例中旧柱回顶油缸立面图

图14为本实施例中支撑架体剖面图。

其中：1-新增桩基础，2-新结构柱，3-新预应力箱梁，4-钢板，5-旧结构柱，6-贝雷架基础，7-h型钢，8-贝雷架，9-碗扣架，10-回顶钢管柱，11-牛腿埋件，12-钢牛腿，13-监测点，14-回顶油缸，15-旧柱先施工区域。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图2所述的建筑结构，其包括三层地下室结构和三层地上结构，其中旧结构柱5为原有结构，新结构柱2和新预应力箱梁3为待施工结构，并在原有建筑结构设计复核薄弱处加固，如粘钢板或加大梁柱的截面。以下以图2所述结构为例，对本发明作详细描述。

如图1所示的一种既有多层建筑预应力梁托换断柱施工方法，包括以下步骤：

步骤一、托换方案设计及优化：建立建筑结构的三维模型并受力分析，计算待托换结构的荷载，根据荷载设计新结构柱2和新预应力箱梁3，并在原有建筑结构设计复核薄弱处设计加固工程；其中新结构柱2和新预应力箱梁3承担旧柱5承担的荷载，加固工程和新增结构全部施工完成后切除旧结构柱5，达到被动托换的目的。

步骤二、施工准备：拆除改造区域内影响结构施工的各分结构，并对剩余结构进行成品保护；测量人员配合，对待施工的各结构进行放线定位；本实施例中，待施工的结构包括新增桩基础1、新结构柱2、加固结构4；规划材料运输路线，清理路障。

步骤三、加固工程施工：在建筑结构设计复核薄弱处粘钢，或加大梁柱截面，原有梁柱截面扩大加固前，将所有新旧混凝土交界面凿毛，并凿除植筋及新旧钢筋连接的界面处的保护层，露出钢筋，植筋钻孔和钢筋焊接；楼板或其他结构在粘钢加固前，先打磨表面，四角磨出小圆角，半径不小于7mm，待粘钢板用钢丝刷除锈并清洗干净，用封堵材料封堵钢板边沿，留排气孔，并在利于灌浆处贴牢灌浆管(在较低处设置)，间距1～2m；以0.2～0.4mpa压力将灌注胶从灌浆管压入缀板与底面钢板之间缝隙中，出胶后低压力维持10min以上灌胶。

步骤四、新增桩基础1的施工：

1、根据新增桩基础1的位置挖降水井，进行降水处理：在距离新增桩基础1侧不大于500mm处采用阶梯状破除方式开挖一降水井，且其深度至少超过新增桩基础1的最大桩深1m；在降水井及新增桩孔内各放置抽水泵，24小时不间断将地下水抽至地上排水系统，保证水位低于开挖操作面；在新增桩基础1的施工区域周边约30m处均匀设置4个回灌井，回灌井处底板的破除亦采取阶梯状破除；观察回灌井内地下水位标高，保证施工新增桩基础1时地下水位下降超过0.5m/天，累计下降超过3m时进行回灌。

2、破除底板并施工新增桩基础1：

1)设计地下室底板的第一道钻孔线和第二钻孔线，在第一道钻孔线上采用ф76水钻进行钻孔，钻孔深度为300mm，将底板破除范围内的应力卸载掉；第一道钻孔线和第二道钻孔线中间区域的混凝土采用风镐破除，破除深度为300mm；在破除到第二道钻孔线时，采用ф76水钻沿第二道钻孔线向下将底板钻穿，剩余部分混凝土采用风镐凿除；本实施例中，底板断面破除成阶梯形状，以增加水流路径，减少后期的漏水隐患，如图3所示。

(2)新增桩基础1的施工：新增桩基础1采用人工挖孔桩施工，新增桩基础1的成孔护壁采用一节组合式钢模板拼装而成,拆上节,支下节,循环周转；钢模板上下设两道钢圈(由6号槽钢卷制成)顶紧,钢圈由两半圆圈组成,并螺栓连接,不另设支撑,以便新增桩基础1浇灌混凝土和下一节挖土操作；新增桩基础1的桩身纵筋分为4m一段，利用直螺纹套筒连接，采用小平板车从地上运至地下施工区域；利用原有的各地下室楼板及底板预留洞口连接泵管，无预留洞口时在地下室各楼板及底板上分别开300mm×300mm的洞连接泵管，进行新增桩基础1的混凝土浇筑；混凝土用机械拌制，用吊桶运输。

3、修复底板：新增桩基础1施工完成后，采用植筋和焊接方式重新绑扎地下室底板的钢筋，并采用高于原有底板一个等级的微膨胀混凝土浇筑底板；降水井及回灌井分2次浇筑，第一次浇筑后观察渗漏情况，无渗漏后涂刷防水涂膜再进行第二次浇筑。

步骤五、新结构柱2施工：搭设操作架，根据设计要求对新结构柱2植筋，搭新结构柱2的模板并绑扎钢筋，封模板，并在各层楼板开洞，接地泵浇筑混凝土。

步骤六、地上结构施工：

1、支撑体系搭设：如图4和图7所示，在地面设置500×500×300mm的c40贝雷架基础6(如图5所示)；在贝雷架基础6下方的地下室内设置回顶钢管柱10；在贝雷架基础6上安装h型钢7，贝雷架8安装于h型钢7上，每片贝雷架8设置加劲肋，h型钢7将贝雷架8的分布荷载传递至贝雷架基础6；贝雷架8的上弦杆根据立杆位置布设工字钢作为支撑架体基础，采用双钢板做成卡扣将工字钢与贝雷架8的上弦杆相连，防止错动，保证整体受力在贝雷架8区域；在贝雷架8的两侧区域搭设落地式脚手架作为操作架，贝雷架8的顶部搭设碗扣式脚手架9(如图6所示)，形成支撑体系，如图14所示。优选地，所述贝雷架基础6可为混凝土墩，不适宜设置混凝土墩时采用钢牛腿12与新结构柱上牛腿埋件11销接(如图9和图10所示)，形成贝雷架基础6。

2、新预应力箱梁3施工；如图13所示，用风镐去除先施工区域15内的旧结构柱15的保护层，待露出钢筋后，采用小直径水钻从钢筋缝隙处破入混凝土柱，施工时严格控制施工速度，避免割断原有钢筋；将旧结构柱5一侧的混凝土凿除后，绑扎此段范围内的新预应力箱梁3的钢筋并浇筑混凝土，再凿除旧结构柱5另一侧混凝土，绑扎该段范围内的新预应力箱梁3的钢筋后浇筑混凝土；采用电动葫芦调运新预应力箱梁3的跨中钢筋；采用轻质泡沫材料填充新预应力箱梁3的中空部位；为方便绑扎新预应力箱梁3的钢筋，将轻质泡沫填充材料分割至不大于1m*1m*1m的模数；采用自密实混凝土浇筑，在施工过程中均衡浇筑，单侧混凝土浇筑高度不得高于另外一侧200mm，以保证在混凝土浇筑过程中新预应力箱梁3的整体稳定性；预应力张拉；拆除碗扣架9及贝雷架8。

步骤七、结构施工监测及结构位移预警体系统的搭建：

(1)在待切除旧柱5内预设多个传感器，且应在开始改造施工之前放置完毕，改造施工开始时开始记录新柱和旧柱5的荷载数据，监测新柱和旧柱5荷载传递是否如理论计算的方式重新分布，旧柱切除中若发现荷载分部出现严重偏差需采取其他急救措施；

(2)新预应力箱梁3监测：在新预应力箱梁3跨中设置应变计，记录该箱梁的应力变化数据；在每根新预应力箱梁3上布置若干个监测点13(本实施例中设有8个)，采用水准仪监测新预应力箱梁3的起拱和沉降，分析荷载重分布对新预应力箱梁3的扰度影响，进而得出荷载重分布对裂缝产生影响；

(3)主体结沉降监测：在监测点13的相应位置设置竖向位移传感器，共需布置64传感器，采用水准仪实时监测此处的竖向位移；

(4)、搭建结构位移预警体系统：新预应力箱梁3施工时，其与原结构柱交接部位需凿除部分混凝土，以便新预应力箱梁3的纵筋和预应力波纹管穿过；根据有限元模拟结果可分析得出，在理想状况下与新预应力箱梁3相连的次梁、板等局部结构有变形的趋势；在截断旧结构柱5之前，根据有限元数值模拟的结果分析可知，旧结构柱5内部存在较大的压应力；由于单根结构柱的截断是一个逐渐进行的过程，在截断过程中有可能出现局部应力过大导致混凝土破坏，而使上部结构突然下沉的情况；如图12和图13所示，设置长油缸形成结构位移预警体系统，长油缸的上部与原结构紧密接触，通过其上部的油压表了解结构的位移情况，旧柱切割过程中随着荷载逐步增加至新柱，逐级缩短油缸行程，确保在切割过程中结构上部荷载是按照预先设计的路径转移，若荷载传递超过预期要求，此油缸将作为回顶设施的安全储备保证旧柱切割后不会存在垮塌情况。

步骤八、切割旧结构柱5：待全部新预应力箱梁3施工结束并张拉完成，且施工强度达到设计要求后，采用油缸同步多次逐级卸载，并采用绳锯进行分离；将旧结构柱5切割分块后用自卸吊转运、外运。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。