整体顶升技术在房屋改建工程中的应用

【摘要】某工程因使用上的需要，采用结构体系的转换的方法对房屋进行整体顶升1.78m，并增加一层楼板。不仅使首层恢复了使用功能而且增加了地下停车场。

【关键词】旧房改造；整体顶升；荷载传递；监测控制

整体顶升技术主要是包柱式托换承台或墙体夹梁体系支承2层以上楼层的荷载，并将荷载传递给支承顶升体系，通过在严密监测控制下的逐步顶升，将房屋升高至设计高度。

1、工程概况

该大楼位于国道公路边，为7层半办公大楼，框架结构。柱下群桩基础，首层层高5米，由于国道扩建，路面升高，导致首层处于半地下状态，为恢复商铺功能的同时，增加一层地下停车场。

由于该大楼还在使用，要求2层以上在工程施工中能照常使用，工期尽可能短，顶升要确保安全，对原结构尽量少破坏。

2、方案设计应考虑的因素

1) 该大楼建成后经历了一次沉降变形过程，结构中除正常的内力外，还积累了一定的变形所产生的应力，在顶升断柱时，这些应力的释放，对托换体系、支撑体系及原结构都有影响，故所设计的体系必须能承受此种影响，平缓地将应力释放。

2) 顶升过程中应考虑并尽量消除顶升力的不平衡或基础沉降对结构和顶升的不利影响。

3) 由于上部结构质量不均匀，为防止在顶升中可能出现的平移、扭转、倾斜，必须考虑房屋重心与所有顶升力合力的作用点要重合。

4) 在顶升运动中，房屋重心升高，解决支撑体系的稳定，也是方案设计的核心问题。

3、方案的确定和设计

3.1 基础支垫体系

原基础为灌注桩群桩基础，由于该大楼使用已超过10年，承载能力有所提高，约增大8%～10%，尽管升高后业主需要增加1层，但是由于基础承载力的提高及拟建地下室处向下挖土800㎜，大楼拔高后增加的荷载不大，故原基础不需要加固。

3.2 托换体系

是通过原结构柱子界面与托换结构界面的连接传递，能有效安全地将2层以上荷载托起来，托换结构可有钢筋混凝土结构、钢结构。

钢结构变形少，与原结构界面连接为新旧混凝土连接，通过新旧混凝土界面摩阻力、机械咬合力、钢筋桶箍和锚筋的作用，可安全可靠地将荷载传至新结构，优点是对原结构尽量破坏少，可利用原结构周边界面。

钢结构变形较大，与原结构界面连接为钢与混凝土连接，需大量穿越原结构，通过螺栓抗剪来传递荷载至新结构、缺点是对原结构损伤较大。

该大楼柱平均轴力为3000kN剪力墙荷载超过5000kN，这样的托换量不适宜对原结构有太大的创伤。本工程采用了包柱式钢筋混凝土托换承台，以及承台与承台之间设置连系梁，组合成为刚性较大的托换底盘（见图1）。


原框架柱实测混凝土强度达到C20，符合结构加固规范对原结构的要求，帮托换承台混凝土强度设计为C25，高度设计在±0.00处，为保证新旧混凝土连接良好，采用了适量的锚筋。

3.3 支承顶升体系

该体系主要是将托换底盘上的荷载传递至基础上，在顶升运动中不能失稳，并能有效抵抗水平力。本工程采用了组合钢管支撑结构。

在托换承台4个角各放置φ168㎜单个钢管垫块，钢管垫块根据千斤顶行程设计成标准高度450㎜及220㎜两种，柱的两侧放置千斤顶，在顶升以后，千斤顶上放置φ168㎜钢管垫块，在支顶位置处的托换承台上埋设钢板及螺栓，以便与垫块连接。为安全起见，在断柱顶升后，在柱中也设置一钢管支撑，横向垫块与垫块之间采用连接钢板，竖向垫块采用法兰盘、螺栓连接，并采用φ16㎜钢筋作为支撑之间的斜向拉杆，通过这些手段解决了支顶的横向抵抗力和失稳问题。（见图2）


垫块直接支承于原承台上，为了统一标高，在承台上设置钢筋混凝土墩作为垫块支顶的支座，混凝土墩高度根据现场实际情况而定（见图3）。


4 顶升施工

首先，必须进行钢筋混凝土土墩的施工，然后是托换承台及连梁的施工，最关键的是要做好承台与柱接触处新旧混凝土界而的处理、入柱锚筋的施工，千斤顶就位。在断柱前要进行试顶，以检查托换承台的质量，在确定承台、混凝土土墩及千斤顶都满足设计要求后，将柱断开，并马上垫上钢管垫块。

顶升时每级顶升量根据现场情况可定为5～20㎜，每2项个千斤顶的行程即可将钢板垫块换成标准型钢垫块，并进行横向、竖向的垫块连接。在顶升过程中不断重复以上程序，直到顶升至设计标高，垫紧、连接所有垫块，并进行接柱。在新设计的±0.00标高处将钢筋留出，待柱混凝土强度达到设计要求后，开始进行垫块拆卸，承台及连梁的拆除及首层楼板的施工。整体顶升的施工必须注意以下几个问题：

4.1 监测系统的布置

在楼房的顶升中，必须注意楼房，是否发生平移、扭转、倾斜，承台支撑系统的情况，基础是否发生沉降，如不控制和及时纠正这些问题，则可导致灾难性后果的出现，故采用了人工、仪器、电脑相结合的做法，在每柱设1贴尺，由各柱施工人员对每级顶升量、钢管垂直度和形态、整个顶升体系、托换承台情况进行监测，在大楼四周及大楼内部设置足够的水准仪，对每条柱的升降情况和基础情况进行监测，在大楼四周设置经纬仪，对大楼的位移、倾斜情况进行监测，并将所有仪器的监测输入电脑，通过电脑的汇总、分析与人工观测结果进行比较，作为继续顶升的决策依据，及时发现问题，采取相应措施进行纠正，确保安全和工程的顺利进行，并随时进行2层以上楼房裂缝情况的监测。

4.2 顶升量和顶升压力的控制

为使托换底盘能作为一个平面一起升高，每柱顶升量必须相同，相邻两柱的顶升量差值不能工巧匠大于1‰。采取顶升量和顶升压力双控制的措施（每级顶升量和千斤顶最大胆、最小压力值的限制），将每柱顶升量差距减至最小，从而确保了上部结构不产生过大的次应力，结构不受破坏。

4.3 型钢支顶的安装

支顶安装质量关系到工程的成败，垫块支座处用于硬性砂浆找平，垫块就位时采用吊锤进行垂直度较正，垫块法兰盘间用螺栓连接好，斜拉钢筋点要在法兰盘上，严禁焊在钢管上，施工过程中也必须注意不能碰撞钢管，以防变形和失稳。

4.4 换千斤顶、垫块和接柱的顺序

由于千斤顶回油时，支顶会产生压缩变形，为使上部结构不产生应力集中，以上项目应采取跳隔式进行施工。

5 工程效果

在整个顶升过程中，曾发生房屋平移、扭转、倾斜，在荷载最大的两条柱位也发现因轴力较大，基础有少量沉降出现，但发现及时，通过调节顶升量及顶升速度使问题得到了解决，顺利完成顶工程，完工后对房屋进行了检查，结构没有受到丝毫损伤，驳柱后混凝土10d龄期达到28.8Mpa，质量达到设计要求，与原结构连接良好。

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