文保池壁开缺及复原施工应用探讨

文保池壁开缺及复原施工应用探讨

黄海俊

上海市水务建设工程安全质量监督中心站，上海 200030

摘要：杨树浦水厂深度处理改造工程7#综合池具有施工条件受限、建筑工况敏感、环境保护要求高等特点。其中有在保留原文保池壁结构的前提下，需要在其内部新建一座半地下钢筋混凝土综合构筑物。为了后续顺利推进施工，在保留池壁的局部位置开设3处施工通道口，并在施工完成后进行了复原。为此工程施工采取了一系列技术手段和控制措施，通过科学管理、合理部署，最终达到最小干预、施工安全、复原度佳的原则和要求，为今后类似环境下文保池壁开缺复原的施工提供了借鉴和参考。

关键词：咬合桩围护；深基坑；文保建筑；池壁开缺；墙体复原

1 概述

背景项目为杨树浦水厂深度处理改造工程，属市重大民生工程，位于上海市杨浦区北外滩。该水厂建成于1883年，后经多次扩容改造，供水能力达140万m³/d。本次改造规模为84万m³/d ，经改造后的水厂深度处理总规模为120万m³/d。杨厂于2013年被列为第七批全国重点文物保护单位，其中的原7#沉淀池于2012年列为上海市第三批全国文物普查登录不可移动文物。

7#沉淀池始建于1932年，属于高架水池，位于地面以上。四周池壁为混凝土，墙下为混凝土条形基础，底部为5m、5.6m方形松木桩。建筑平面尺寸138m×41m（南北方向长），池壁高6.553m，厚305mm。该池为全封闭矩形结构，空间狭小，周边管线密布。

其作为自来水制水系统之一，一直沿用至2015年，由于漏水严重，改造前处于废弃状态。本次改造是在保留原7#沉淀池四周钢筋混凝土池壁及顶部栏杆的基础上，内部新建一座半地下钢筋混凝土综合构筑物（7#综合池）。该池东侧分布古树绿化景观，南侧紧邻排泥水回用池，北侧紧挨丙组滤池（国保建筑），为满足施工需求，需要在原文保池壁上开设3处10m宽施工通道口（东侧一处，西侧两处）。

7#综合池原池壁与新构筑物位置关系如下面图1所示。

图1  原池壁与新构筑物位置关系图

作为本工程监督员，在认真履行监督职责的同时，深入学习和探讨文物保护建筑的施工工艺及方法，本次以7#沉淀池文保池壁开缺复原为例，浅谈一些自己的心得和体会。

2 水文地质情况

（1）工程场地土层分布情况详见下表1所示：

表1  各土层主要物理力学指标

池壁下部木桩底位于①3粘质粉土中，该土层渗透性较好，土质不均，局部夹淤泥质土，强度低，稳定性差。

（2）水文地质条件

A、场区南侧黄浦江是中等强度的感潮河流，属非正规的浅海半日潮，每日有二次涨落。多年平均高潮位 3.25 m，平均低潮位 1.02 m。

B、潜水水位埋深为 0.60～2.10m，主要赋存于①1 层填土中。

3 工程难特点及对策

（1）如何做好7#综合池施工对原池壁影响最小化，确保其安全稳定。

对策：

综合池基坑采用φ1000@700硬咬合式排桩+一道钢筋混凝土水平支撑体系，坑内裙边加固采用格栅式φ800@600双重管高压旋喷桩。咬合桩围护墙具有刚度较大，占用施工空间小，同时具有承力和防渗两种效果；且止水可靠、对周边环境影响小等特点。水平支撑刚度大，整体性好的优点，结合坑内被动区土体加固，能有效地控制围护结构的变形。

对文保池壁进行自动化监测，及时对监测数据反馈和针对性响应措施。

（2）开设通道口时，如何保证切割、吊装稳定，以及防止池壁破坏；池壁复原时，如何保证每幅池壁有效衔接，以及连成整体后的结构稳定性。

对策：

遵循文保保护和修缮原则[1]，规范审批流程，严格根据文保专家会制定的方案审批意见实施。

1）池壁开缺

在对池壁进行切割前，先用钢丝绳穿入要切割分块的池壁上部1处吊装孔内，并悬挂在吊车吊钩上，确保切割时，分块池壁不会倾倒。

为避免吊装时孔内的钢丝绳对池壁的破坏，采取在下部吊装孔内预先安装吊环螺丝，避免对钢丝绳造成破坏。

2）池壁复原

拆除施工前，对拆除处池壁内外进行拍照和录像，作为后期复原施工的依据。

采用单侧植筋方式，与另一侧凿除预留钢筋进行焊接，植筋数量与之匹配，保证焊接有效长度和质量。

池壁复原前，在电脑上进行模拟拼装。现场拼装时，对相邻幅段连接处的预留孔、预留钢筋等进行尺寸复核，避免误差导致无法拼装。

采用C35微膨胀混凝土灌缝，确保模板体系稳定及贴合，保证连接质量和表面平顺。

4 施工技术措施要点

4.1 切割施工技术

池壁拆除采用静力切割的方式，以达到减少震动等因素对原墙体的破坏。竖缝采用金刚碟片静力切割机切割，底部横缝采用金刚石碟片或绳锯切割。

金刚石静力切割是世界上较为先进的无震动、无损伤切割拆除工法。主要优点是：切割过程中的震动和噪音很小，被切割体能在平稳的情况下被静态分离；采用水冷却，并将研磨碎屑带走，产生的循环水可以收集重复利用。基本不受被切割物体的形状和大小的限制；切割速度快，功率大。

4.1.1 放线钻孔

利用原有变形缝作为一侧，在墙体上测出切割墙体外边线及分块网格线，并在原池壁内侧墙体上分块作好标记，便于后期按顺序分块恢复。

每处通道口均分为8块，在每一分块上钻5个孔，上面3孔用于吊装用，下面两孔作为绳锯穿孔用。具体布置如下图所示：

图2  池壁分块及孔洞立面布置图

4.1.2 池壁切割及吊装

每块拆除构件宽度为1.25m。先切割竖缝，后切割底部水平缝。竖缝采用自上而下进行切割。切割底部水平缝前，先用吊车对即将切割块上面1处孔洞穿钢丝绳吊住稳定，避免切割完成后分块池壁倾倒，导致受损。

吊装分块池壁采用3点吊。下部两孔插入吊环螺丝（两侧均有吊耳）后吊装；上部1孔穿钢丝绳，主要起控制构件方向作用。池壁采用侧立式堆放，下部垫方木，上部采用油布遮盖。

4.2 池壁复原技术

池壁复原采用植筋连接+浇灌微膨胀混凝土施工工艺。分块构件安装遵循后拆先装的原则，安装完成后，统一浇灌混凝土，最后对拼缝处进行做旧处理。

（1）植筋连接

原池壁钢筋为边长16mm的竹节方钢，间距300mm。虽然后期池壁仅作为保留历史面貌功能使用，但植筋仍按照原水池受力要求来恢复。

植筋的基本锚固深度计算，见式（1）：

式中：

αspt——为防止混凝土劈裂饮用的计算系数，无量纲；

d——植筋公称尺寸，单位mm；

fy——植筋用钢筋的抗拉强度设计值，单位N/mm2；

fbd——植筋用胶粘剂的粘结抗剪强度设计值，单位N/mm2。

胶粘剂等级为A级胶；

取锚固深度为240mm，钻孔直径为20mm。

1）下部横缝植筋连接

在分幅池壁切割面下钻孔并用环氧树脂植入Φ16钢筋，间距150mm，植筋深度不小于210mm，另一端外露不小于210mm。在原池壁基础切割面上钻孔，孔位与上部植筋位置对应，孔位中心偏差不应超过2mm，孔深大于植筋露出端长度20mm，将混凝土块吊装安装到原位置，用环氧树脂填充钻孔，将钢筋插进池壁基础孔洞中，并固定上部池壁。

2）竖缝植筋连接

每幅池壁单侧凿除150mm混凝土，保留原有钢筋，两幅池壁之间通过新增Φ16钢筋同原钢筋双面焊连接，焊接长度为≥5d，将相邻间池壁连接成整体。两侧制模并浇筑混凝土[2]（按后浇带形式）。两侧支模采用15mm厚模板，用Φ14@800对拉螺杆拉紧固定，最后采用C35微膨胀混凝土灌注浇筑。模板内侧采用2cm厚聚乙烯板，宽度同缝宽，安装在模板内侧，为后续面层修缮预留施工厚度。

3）表面做旧处理

拆除模板后，先采用水泥砂浆进行后浇混凝土部位进行粉刷做平，然后立即采用事前清洗完成的小石子，镶嵌在粉刷层上，再采用调配仿古颜色的水泥砂浆进行表面覆盖性粉刷，完成后刮除多余砂浆。待水泥砂浆完全达到硬化后，最后人工清洗表面，做到与原貌一致。

4.3 池壁监测措施

为实时掌握基坑施工及开设通道口施工对原池壁造成的影响，在原池壁上布置了16处沉降监测点以及16处自动化倾斜监测点。沉降监测频率：在工程桩、围护及清障施工时，2次/天；基坑开始开挖开始至支撑拆除3天后，1次/天；以后2-3次/周。倾斜仪自动化监测：1次/2h，特殊时期（如台风天气等）1次/30min。

5 实施效果分析

根据基坑监测报告数据的反馈与分析，在基坑施工过程中，成功的控制了基坑围护、周边文保池壁的变形量。基坑开挖阶段围护深层水平位移为7.96mm；文保池壁最大沉降量为6.06mm，最大倾斜率为0.75‰；日变形量及累计变形量均控制在规范允许的范围内。

池壁开缺复原严格按照评审方案执行。开缺部位混凝土面光滑平顺，植筋过程中未导致混凝土开裂，钢筋焊接牢靠；池壁复原时混凝土面接口吻合，接缝混凝土饱满，外观修复同两侧池壁一致。

6 结语

通过本工程的实践，文保建筑池壁的拆除复原施工技术具有如下优点：一是保留了原有时代的建筑风格，鉴证了城市发展足迹，为后人留下了不可多得的精神财富；二是通过合理地布置开缺，既解决了施工材料及设备出入难题，规避了重大安全风险的同时，又节约了工程的施工成本；三是对拆除池壁的重复利用，在尽可能保留原池壁结构的同时，也有促进了环境保护。总体看来，在整个施工过程中，各项技术及措施得当，为以后类似工程提供了成功的借鉴案例。

参考文献：

[1]上海市住房保障和房屋管理局,上海市房地产科学研究院,上海市历史建筑保护事务中心.优秀历史建筑保护修缮技术规程:DG/TJ08-108-2014[S].同济大学出版社,2014.

[2]四川省建筑科学研究院,山西八建集团有限公司.混凝土结构加固设计规范:GB 50367-2013] [S].中国建筑工业出版社,2013.