张洪磊，刘 凯，田 浩，陈广贤，谢向阳
(中国建筑工程(澳门)有限公司，澳门 999078)
随着澳门城市经济的飞速发展，人口密度不断攀升，居民赖以生存的城市空间已趋于饱和，尤其是历史城区，不论从空间规划还是从安全角度，均难以满足新时代澳门城市发展需求，导致建筑物老化及因此产生的衍生问题日趋严重[1]。
根据澳门特别行政区地图绘制暨地籍局统计数据显示，截至2019年6 月，澳门楼龄30年及以上的商住及工业楼宇已高达5 173 座。由于历史及地理因素，这些“高龄”建筑大部分均集中于澳门半岛西南部历史城区[2]。历史城区内道路狭窄，建筑密度极高，楼宇互相紧邻。因此，澳门特区政府提出都市更新的概念，旨在利用政策和措施对城市的老旧空间进行功能升级改造和城市更新，从而实现合理利用土地、发挥城市空间多元功能及推动城市和谐及可持续发展。然而，若要在历史城区密集街区群中对单个建筑进行维修保养或拆除重建，将面临许多挑战。例如，①由于施工场地限制，可能无法使用大型机械设备，无固定场地堆放、加工材料；
②由于建筑密集、年代久远，且大多采用天然基础，若不采取预防措施，极易引起相邻建筑沉降、开裂、倾斜甚至倒塌；
③由于城区附近有大量商铺及居民，施工造成的噪声、粉尘、光污染容易引发不满，增加项目被投诉的风险。总之，在历史城区密集街区进行都市更新，面临诸多挑战，影响都市更新在澳门历史城区的进展。
本文以澳门某项目为例，介绍一种在旧屋旁进行都市等新施工时对旧屋的综合加固保护方案，该方案适用于无地下室且高度≤15m的单层或多层砖木或砖混结构老旧建筑物，适用于地质条件较差、地下水位较高、易产生不均匀沉降的沿海或填海地区，并且对历史城区都市更新过程中，在密集老旧建筑群中间进行桩基础及基坑开挖施工的情况有良好的效果。使用该综合加固保护方案，能有效保证新建项目基础施工期间旧屋稳定与完整，并且能最大化地保留旧屋原有使用空间和功能，为澳门密集街区的都市更新提供有效借鉴。
项目紧邻澳门大三巴牌坊等众多著名旅游景点，业态为商铺与酒店复合体，地下1层，地上5层，加1层阁楼。整栋建筑总高度约为20m，占地600余m2。20世纪90年代以来，由于城市规划等因素，街区逐渐呈衰落态势，周围建筑逐渐老化失修。
项目东北侧紧贴2栋旧屋，年代久远，破旧不堪，墙体开裂十分严重，存在一定的倒塌及索赔隐患。旧屋为条形基础，基础上建造砖柱及砖墙用以传递荷载，而每层则以木梁为水平承重构件，楼板以木板或铁板托底+混凝土构造而成的砖木结构。基础埋深大约在地面以下1m左右，基础所在土层为回填土，地下平均水位也位于地面以下1m左右，因回填土层密实度较差、疏松多孔、渗透系数大，同时地下水位较高，因此，旧屋条形基础很容易受到周围土层变化扰动而发生位移。因此，项目前期地下施工最大风险为桩基础施工及基坑开挖时对相邻旧屋基础附近的松散土体扰动引起水土流失，进一步导致相邻旧屋基础不均匀沉降，甚至导致旧屋倒塌，致使项目停工，同时引发巨大社会关注。
综合加固保护方案首先提出对旧屋主要受力构件(梁、柱、板)进行加固，主要加固方案包括门式钢架替换承重构件加固法、加大截面加固法、外包钢板加固法、包碳纤维加固法。其中加大截面加固法由于现场湿作业较多、施工周期较长，故排除此方法；
外包钢板加固法在本例旧屋砖混结构中并不适用，因此，亦不是旧屋加固的最优方法；
碳纤维加固法施工简单快捷、价格低廉，是常用的加固方法，试验证明，梁底粘贴双层碳纤维布，在一定试验条件下，梁极限承载力可提高约22%[3]，然而，由于旧屋承重构件尤其是木梁老化已十分严重，因此，在承重构件上粘贴碳纤维布也不是最佳选择。综合考虑，该项目最终选择门式钢架替换承重构件加固法。
门式钢架替换承重构件加固法的实质是对原有建筑物承重构件进行替换，多个门式框架组成了支撑起整个旧屋所在空间的钢架，将原有建筑物自重及外部荷载全部转移至钢结构门式框架。如图1所示，以不同型号工字钢分别组成底层框架柱和上层框架柱，钢柱间设有工字钢主梁和次梁以形成门式框架，框架间距应考虑旧屋自重及各类活荷载后由计算得出。并且在门式钢架底部增加现浇混凝土条形基础(见图2)，将钢架柱脚联系成稳固整体，增加了条形基础与天然地基接触面，强化了门式钢架整体稳定性。每层框架柱之间通过承托钢板进行连接。为增大门式框架梁与旧屋所用的圆木梁接触面积，使楼面恒荷载均匀分布在门式框架各梁上，在主体纵向结构次梁上设置支承槽钢焊接在梁上。
图1 门式钢架体系示意
图2 钢架柱脚新增混凝土条形基础
由于旧屋面向新建项目一侧无支撑，而旧屋外墙体已严重风化、松散、开裂及倾斜，因此，本方案于旧屋外墙内、外部设置横向对拉槽钢，并借助槽钢托架焊接于门式框架钢柱(见图3)。
图3 外墙对拉槽钢结构示意
此加固方案旨在从旧屋内部进行加固改造，一方面强化门式钢架整体稳定性，另一方面为整个承重钢架及其所受荷载提供坚实基础。与此同时，由于门式框架占用空间较少，尽量保证了旧屋使用空间，因此，旧屋正常使用功能几乎不受影响。
由于旧屋地基附近土体为回填土，其抗压缩和抗剪切变形能力较差，当基础受到上部较大荷载时，基础一侧进行土方开挖作业，极易导致旧屋钢结构门式框架发生整体倾斜。因此，需对旧屋基础附近土体进行强化。
综合项目自身特点及周围地质勘探结果，前期考虑使用静压桩托换原理对建筑物进行顶升纠偏[4]或使用化学灌浆法对土体进行改良加强。采用静压桩托换原理对建筑物进行顶升纠偏成本较低，施工难度不高，对环境友好，但在顶升过程中，稍有不慎易引起墙体开裂或使本身已开裂的墙体倒塌，因此，该法只适用于体系完好、整体性较强的建筑。旋喷法注浆技术(如高压旋喷桩)是一种较成熟的土壤强化技术，对软弱地基处理具有十分显著的效果[5]，且适用性较强，可与其他土壤改良方法组合使用，亦可取得良好效果[6]，但高压旋喷桩成桩半径一般>0.5m。因此，使用高压旋喷桩对土体进行加固将使新建项目地库面积减小。
马歇管灌浆技术通过加压劈裂注浆将原本松散多孔的地下土体填密、胶结、硬化，从而提高土层密度、硬度及降低渗透系数，增强土体抵抗沉降变形及水土流失的能力。马歇管灌浆技术施工过程对周围土体的扰动较小，同时其成孔直径可达100mm左右，对新建项目地库面积几乎无影响(见图4)。因此，从新建项目使用面积角度考虑，使用马歇管灌浆技术更为合适。
图4 马歇管灌浆剖面
除采用马歇管灌浆技术对旧屋地基土体进行强化改良以降低土体侧移或水土流失带来的影响外，还可采用直接在旧屋外部加支撑的方法对旧屋整体变形或位移进行限制，方案有纵横式支撑加固法或斜立式支撑加固法。
1)纵横式支撑加固法通过门式钢架及钢梁、钢柱，将由于旧屋不均匀沉降所产生的荷载传递至工程桩(见图5)。工程桩选择上部无柱梁位置的管桩，桩头伸至地面，支撑完成再拆除至地下室底板面，封闭楼板。实际工程案例证明，该方案能有效减小土体变形和邻近建筑物沉降[7]，但该方案焊接钢梁时所需垂直运输工具因场地限制无法提供，且单排桩方式在不利工况下有不足以抵抗水平推力的风险。因此，最终改进为双排桩加斜支撑的方式(见图6)。
图5 纵横式支撑加固法示意
图6 门式钢架体系外部斜支撑加固示意
斜立式支撑加固法是在基坑开挖前，建造外部预应力钢结构斜支撑对旧屋门式钢架体系进行斜向支撑加固。因旧屋原有支撑体系已全部采用门式钢架替代，且首层门式钢架主梁在施工时已于外墙表面预留如图7所示的钢板为安装斜支撑提供连接基面。因此，在新建项目一侧对旧屋门式钢架体系进行预应力钢结构斜支撑加固，能起到对旧屋整体施加外部推力的作用，以有效抵抗旧屋向基坑一侧沉降和倾斜。按该方案实施后，在开挖及地库施工阶段，仅发生轻微均匀沉降，未发现裂缝，达到预期目标。
图7 主梁穿出外墙预留钢板示意
对旧屋进行全方位加固后，为验证加固方案有效性，建立了加固系统形变及位移相复核监测方案。在每步加固系统施工前，提前分析可能会出现形变及位移的危险区域，设置多种类型监测点并严密观测，以便随时发现潜在风险并制定相应措施。方案设置的监测点主要分为6种，种类及监测方案如表1所示。
表1 监测点种类及监测方案
该监测系统能通过不同监测点间数据对比复核来剔除无效数据，反映旧屋更真实精准的变化情况。例如，建筑物沉降监测点(E)和倾斜监测点(H)设置在旧屋外墙距地面1m左右高处，主要反映旧屋在靠近新建项目一侧的沉降和倾斜情况；
建筑物外墙位移监测点(TSB)设置在旧屋靠近新建项目一侧的外墙顶部和中部，一方面可通过测量监测点位的高程变化而获得旧屋沉降情况，用来与沉降监测点数据进行对比复核，另一方面通过测量上、下2个监测点水平坐标差(如TSB1，TSB1a)来反映旧屋倾斜情况，用来与倾斜监测点数据进行对比复核。因此，该监测方案能提供更准确的监测信息，有效减少测量误差和随机误差。
以实际项目为例，提出了3个加固施工技术方案+1个加固系统形变及位移监测方案的旧屋综合加固保护方案，该方案首先对旧屋建筑进行承重系统替换，保证其建筑主体整体性和刚度，然后通过改良地基土体、增加开挖侧支撑的方式，增强了旧屋基础稳定性，避免旧屋在新建项目基坑施工过程中出现倾斜。经过形变及位移相复核监测方案的科学观测，验证了该综合加固保护方案有效性。采用该方案，能很好地保护建筑原有组成构件，保持其整体性。最大限度地保留建筑原有使用空间，将加固方案对建筑使用的影响降至最低。同时避免了建筑整体发生位移及不均匀沉降。
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