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摘 要：以“18层某住宅工程”施工之10层时对7层结构进行托换施工为例，介绍采用在拟托换结构的两侧用工字钢、槽钢设置整体托换支撑钢结构，同时附带模板加固体系的施工该方法。同时采用微膨胀高强混凝土灌浆料来弥补上部结构在支撑设置和结构拆除过程中的沉降的方法。
关键词：整体托换；支撑；钢结构；微膨胀；灌浆料；沉降控制
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
1.1托换结构分布情况
某高层住宅楼，地下一层，地上18层，层高2.8m，建筑总高度50.4m。当主体结构施工至10层时，因某原因，7层1-6轴顶板及剪力墙混凝土需要进行托换。即将原来的混凝土完全凿除，保留钢筋，按设计要求用高于原来混凝土强度的混凝土（或者灌浆料）重新进行浇筑。建筑结构局部平面及托换结构分布情况详见图1。
拆除剖面图，墙、暗柱的根部拆除到7层楼面上皮。墙、暗柱的上端拆除到8层楼面以上50mm(详见图2)。
1.2结构设计概况
1.2.1 混凝土强度
1.2.2 构件规格尺寸及配筋
⑴ 板厚：h1=100mm，h2=120mm,h3=130mm.
⑵ 墙厚：均为200mm，柱、梁均与样同厚。
⑶ 框架梁规格及配筋
⑷楼板的配筋均为单层配筋，受力筋为三级Φ8@150，分布筋为三级Φ8@200。
⑸墙、暗柱配筋
暗柱竖筋共有Φ12. Φ14. Φ18三种规格（均为三级钢），竖筋间距平均为150mm；箍筋为Φ8@100（一级钢）。
墙的配筋：竖筋及水平分布筋均为三级Φ8@200。拉筋为一级钢Φ6@600，梅花状分布。
1.3内檐架体塔设现状
该工程主体结构施工采用散支散拆硬架支模工艺，模板为多层支模板，模板架体为普通钢管扣件脚手架，立杆间距纵横均为1200mm，立杆顶端为可调支撑。根据本工程进度需求，共配备3层模板及脚手架支撑。
施工部位现状，10层结构施工完毕，8层模板及脚手架支撑已经拆除。
1.4外檐架体搭设现状
本工程外檐架体采用悬挑脚手架，分段悬挑搭设。第一段，由4层楼面开始悬挑，7层为一段。底部悬挑采用16#工字钢，外檐双排脚手架，内外排横距为900mm，立杆间距150mm，拉结方式采双扣件拉结，间距为二步三跨。
2托换工艺设计
在拟托换结构的两侧用工字钢、槽钢设置整体托换支撑钢结构，同时附带模板加固体系。详见图3、图4。
3置换混凝土加固技术及施工要点
拆除已经形成整体的剪力墙、梁、板，可谓“牵一发而动全身”之举。方案从总体的高度把握了以下几个的关键点：（1）对原有结构的卸载；（2）剪力墙、梁、板节点核心区的处理；（3）梁、板端新老混凝土结合面的处理。安全起见，对于原有结构的混凝土强度按照0强度考虑，即不考虑构件的混凝土强度的情况下进行卸载。由此为加固施工带来很大的难度。
结构构件（剪力墙、梁、板等）在自重作用下，已经产生内力，如果直接拆除受力构件，结构有垮塌的危险。因此，必须对受力构件进行卸载处理，即采用临时支承体系代替原构件受力。卸载方式采用脚手架和型钢配合的方法进行。
3.1对原有梁、板的卸载
对原有梁、板的卸载采用满堂红脚手架作为传力途径。脚手架布置范围及要求如下：
内脚手架在需要拆除的楼板及相邻区格内满堂布置，具体位置为：平面内1—7轴和B—M轴之间，立面内为三层到十层之间。满堂脚手架采用48×3.5的扣件式钢管脚手架，其搭设参数为：纵横向间距均为1.2m，局部0.8m～1.0m；脚手架步距为1.5m；横向剪刀撑每隔4跨布置以加强满堂架的整体性；剪力墙边缘为保险起见，脚手架立杆采用双立杆。满堂脚手架的稳定性主要通过保证立杆的稳定性和加强构造实现。外脚手架利用现有脚手架施工。
3.2对原有剪力墙的卸载
根据现场情况，有5处剪力墙的混凝土结构强度不能满足设计要求，由于剪力墙系为主要承重构件，因此在砸除剪力墙混凝土前需对剪力墙进行卸载，这里我们采用型钢支架托换的方法对剪力墙进行卸载。
3.2.1 横梁制作安装
根据选定的工字钢型号，制作长1m的工字钢横梁。8层楼板上缘和7层楼板下缘各段混凝土剪力墙上每间隔1m左右（根据剪力墙实际长度）的距离布置1根工字钢横梁。在剪力墙上开洞，洞口尺寸为150×220。凿洞口时应该避免伤到剪力墙钢筋，要求洞口开的整齐，不齐的用高强砂浆补齐。横梁穿过剪力墙，为了避免工字钢横梁宽度过小带来的应力集中，8层楼板工字钢横梁上翼缘加焊一段钢板槽，以增大混凝土受压面积，在钢板槽与混凝土的间隙内灌注高强灌浆料，横梁下翼缘与立柱焊接。7层楼板工字钢横梁上翼缘与楼板处埋件焊接，下翼缘洞口处用高强水泥砂浆填实，确保横梁的稳定可靠。详细做法见施工图
3.2.2 牛腿制作安装
为了对7层楼板下缘的工字钢横梁进行有效的支顶，在工字钢横梁下缘增设钢牛腿，牛腿与工字钢和埋件要求焊接牢固以保证施工安全。
3.2.3 立柱制作安装
采用工字钢立柱作为整个支架体系的竖向传力构件，在选材方面我们慎重考虑了其承载能力及平面稳定性，综合各方面因素选择上表中的工字钢规格。工字钢立柱的下料按照现场实际的长度确定，钢立柱上端穿过8层楼板与上部工字钢横梁焊接，下端与楼板埋件焊接。钢立柱所有连接要求安全可靠，以保证施工安全。
3.2.4 埋件制作安装
为了增加工字钢立柱对混凝土板的冲切面积，以及焊接牛腿，需要在剪力墙及楼板的相应位置上增设钢板埋件。钢板埋件用锚栓植入混凝土中，埋件具体位置及尺寸见施工图。
3.2.5 连接槽钢制作安装
用［16槽钢连接各个横梁，横梁与槽钢之间焊接牢固，并植入间距300的锚栓与剪力墙混凝土锚固在一起以增强钢支架的受力面积。为了加强工字钢立柱平面外的稳定性，需增设连接槽钢。用［12的槽钢在钢立柱的中部将各个立柱连接起来形成一个整体，植入间距300的锚栓与剪力墙混凝土锚固在一起，确保槽钢与剪力墙协同受力。
3.2.6 植筋施工
工艺流程：测量放线→探测钢筋位置→钻孔→清孔→钢筋加工及除锈处理→注胶→植筋→养护。
3.3 剪力墙混凝土的置换
所有支撑体系全部完成且确保钢支架处于稳定受力状态时，对原混凝土剪力墙进行置换。每段剪力墙混凝土的置换要按照墙长均分为两部分来做，每部分浇筑的时间间隔不得少于4d，即凿除一半混凝土，置换高强灌浆料；再凿除另外一半混凝土，再置换高强灌浆料。為了不把施工缝留在墙、板交界处，凿除每段剪力墙的同时在相应长度范围内凿除宽420的楼板，与剪力墙混凝土同时置换，楼板混凝土的浇筑留出120的接槎。在置换的过程中要求对钢支架体系进行监测，确保置换过程的安全可靠。
3.3.1 测量放线
放好每段剪力墙及楼板的分段施工线，保证置换施工的有序进行。
3.3.2 混凝土的凿除
避免伤害原有钢筋以及对完好混凝土的过分震动，我们采用电锤与手锤、錾子相结合的方式凿除原有低强度混凝土，严禁使用风镐等大型震动机械。
3.3.3 原钢筋处理
凿除低强度混凝土后对原有钢筋检查，如有问题进行更换；如无问题对钢筋进行除锈、调直等处理。
3.3.4 灌浆料浇筑
由于本工程模板高度超过1.8m，且灌浆料为超流态，为保证浇筑安全，分两次浇筑，第一次浇筑强度达到初凝后方可进行第二次浇筑。灌浆料浇筑工序应满足灌浆料工艺要求。
3.3.5 拆模、养护
⑴ 灌注后24小时内严禁扰动加固部位。
⑵ 灌注后12小时左右时拆模。
⑶ 拆模后用草袋覆盖，并经常洒水，连续养护14天，始终保持灌浆料表面处于湿润状态。
3.4 楼板混凝土的置换
待剪力墙混凝土全部置换完成后方可进行楼板混凝土的置换施工。楼板采用商品混凝土浇筑，施工工序同剪力墙混凝土置换。
4支撑体系的拆除
全部承重构件包括剪力墙、梁、板等混凝土全部置换完成后，对新浇筑的灌浆料及混凝土按单个构件进行验收，当同条件养护试块强度和非破损监测的实体强度均达到设计值时，方可拆除支撑体系。支撑体系的拆除要间隔进行，即1、3、5……或2、4、6……的顺序依次拆除，确保整个置换体系的安全可靠。
5实施效果
本工程置换混凝土全部采用微膨胀高强混凝土灌浆料，特别是竖向剪力墙结构，以通过混凝土的微膨胀来弥补上部结构在支撑设置和结构拆除过程中的沉降。同时施工过程中分别对支撑结构、上部结构的变形（如沉降）进行检测，其沉降变形微小，由此引起的上部结构垂直度、构件轴线偏移等影响几乎为零。特别是在拆除原结构的受力转换过程中，采取了分段施工的原则，有效的控制变形，保证了结构的安全，达到了预期的施工效果。
关键词：整体托换；支撑；钢结构；微膨胀；灌浆料；沉降控制
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
1.1托换结构分布情况
某高层住宅楼，地下一层，地上18层，层高2.8m，建筑总高度50.4m。当主体结构施工至10层时，因某原因，7层1-6轴顶板及剪力墙混凝土需要进行托换。即将原来的混凝土完全凿除，保留钢筋，按设计要求用高于原来混凝土强度的混凝土（或者灌浆料）重新进行浇筑。建筑结构局部平面及托换结构分布情况详见图1。
拆除剖面图，墙、暗柱的根部拆除到7层楼面上皮。墙、暗柱的上端拆除到8层楼面以上50mm(详见图2)。
1.2结构设计概况
1.2.1 混凝土强度
1.2.2 构件规格尺寸及配筋
⑴ 板厚：h1=100mm，h2=120mm,h3=130mm.
⑵ 墙厚：均为200mm，柱、梁均与样同厚。
⑶ 框架梁规格及配筋
⑷楼板的配筋均为单层配筋，受力筋为三级Φ8@150，分布筋为三级Φ8@200。
⑸墙、暗柱配筋
暗柱竖筋共有Φ12. Φ14. Φ18三种规格（均为三级钢），竖筋间距平均为150mm；箍筋为Φ8@100（一级钢）。
墙的配筋：竖筋及水平分布筋均为三级Φ8@200。拉筋为一级钢Φ6@600，梅花状分布。
1.3内檐架体塔设现状
该工程主体结构施工采用散支散拆硬架支模工艺，模板为多层支模板，模板架体为普通钢管扣件脚手架，立杆间距纵横均为1200mm，立杆顶端为可调支撑。根据本工程进度需求，共配备3层模板及脚手架支撑。
施工部位现状，10层结构施工完毕，8层模板及脚手架支撑已经拆除。
1.4外檐架体搭设现状
本工程外檐架体采用悬挑脚手架，分段悬挑搭设。第一段，由4层楼面开始悬挑，7层为一段。底部悬挑采用16#工字钢，外檐双排脚手架，内外排横距为900mm，立杆间距150mm，拉结方式采双扣件拉结，间距为二步三跨。
2托换工艺设计
在拟托换结构的两侧用工字钢、槽钢设置整体托换支撑钢结构，同时附带模板加固体系。详见图3、图4。
3置换混凝土加固技术及施工要点
拆除已经形成整体的剪力墙、梁、板，可谓“牵一发而动全身”之举。方案从总体的高度把握了以下几个的关键点：（1）对原有结构的卸载；（2）剪力墙、梁、板节点核心区的处理；（3）梁、板端新老混凝土结合面的处理。安全起见，对于原有结构的混凝土强度按照0强度考虑，即不考虑构件的混凝土强度的情况下进行卸载。由此为加固施工带来很大的难度。
结构构件（剪力墙、梁、板等）在自重作用下，已经产生内力，如果直接拆除受力构件，结构有垮塌的危险。因此，必须对受力构件进行卸载处理，即采用临时支承体系代替原构件受力。卸载方式采用脚手架和型钢配合的方法进行。
3.1对原有梁、板的卸载
对原有梁、板的卸载采用满堂红脚手架作为传力途径。脚手架布置范围及要求如下：
内脚手架在需要拆除的楼板及相邻区格内满堂布置，具体位置为：平面内1—7轴和B—M轴之间，立面内为三层到十层之间。满堂脚手架采用48×3.5的扣件式钢管脚手架，其搭设参数为：纵横向间距均为1.2m，局部0.8m～1.0m；脚手架步距为1.5m；横向剪刀撑每隔4跨布置以加强满堂架的整体性；剪力墙边缘为保险起见，脚手架立杆采用双立杆。满堂脚手架的稳定性主要通过保证立杆的稳定性和加强构造实现。外脚手架利用现有脚手架施工。
3.2对原有剪力墙的卸载
根据现场情况，有5处剪力墙的混凝土结构强度不能满足设计要求，由于剪力墙系为主要承重构件，因此在砸除剪力墙混凝土前需对剪力墙进行卸载，这里我们采用型钢支架托换的方法对剪力墙进行卸载。
3.2.1 横梁制作安装
根据选定的工字钢型号，制作长1m的工字钢横梁。8层楼板上缘和7层楼板下缘各段混凝土剪力墙上每间隔1m左右（根据剪力墙实际长度）的距离布置1根工字钢横梁。在剪力墙上开洞，洞口尺寸为150×220。凿洞口时应该避免伤到剪力墙钢筋，要求洞口开的整齐，不齐的用高强砂浆补齐。横梁穿过剪力墙，为了避免工字钢横梁宽度过小带来的应力集中，8层楼板工字钢横梁上翼缘加焊一段钢板槽，以增大混凝土受压面积，在钢板槽与混凝土的间隙内灌注高强灌浆料，横梁下翼缘与立柱焊接。7层楼板工字钢横梁上翼缘与楼板处埋件焊接，下翼缘洞口处用高强水泥砂浆填实，确保横梁的稳定可靠。详细做法见施工图
3.2.2 牛腿制作安装
为了对7层楼板下缘的工字钢横梁进行有效的支顶，在工字钢横梁下缘增设钢牛腿，牛腿与工字钢和埋件要求焊接牢固以保证施工安全。
3.2.3 立柱制作安装
采用工字钢立柱作为整个支架体系的竖向传力构件，在选材方面我们慎重考虑了其承载能力及平面稳定性，综合各方面因素选择上表中的工字钢规格。工字钢立柱的下料按照现场实际的长度确定，钢立柱上端穿过8层楼板与上部工字钢横梁焊接，下端与楼板埋件焊接。钢立柱所有连接要求安全可靠，以保证施工安全。
3.2.4 埋件制作安装
为了增加工字钢立柱对混凝土板的冲切面积，以及焊接牛腿，需要在剪力墙及楼板的相应位置上增设钢板埋件。钢板埋件用锚栓植入混凝土中，埋件具体位置及尺寸见施工图。
3.2.5 连接槽钢制作安装
用［16槽钢连接各个横梁，横梁与槽钢之间焊接牢固，并植入间距300的锚栓与剪力墙混凝土锚固在一起以增强钢支架的受力面积。为了加强工字钢立柱平面外的稳定性，需增设连接槽钢。用［12的槽钢在钢立柱的中部将各个立柱连接起来形成一个整体，植入间距300的锚栓与剪力墙混凝土锚固在一起，确保槽钢与剪力墙协同受力。
3.2.6 植筋施工
工艺流程：测量放线→探测钢筋位置→钻孔→清孔→钢筋加工及除锈处理→注胶→植筋→养护。
3.3 剪力墙混凝土的置换
所有支撑体系全部完成且确保钢支架处于稳定受力状态时，对原混凝土剪力墙进行置换。每段剪力墙混凝土的置换要按照墙长均分为两部分来做，每部分浇筑的时间间隔不得少于4d，即凿除一半混凝土，置换高强灌浆料；再凿除另外一半混凝土，再置换高强灌浆料。為了不把施工缝留在墙、板交界处，凿除每段剪力墙的同时在相应长度范围内凿除宽420的楼板，与剪力墙混凝土同时置换，楼板混凝土的浇筑留出120的接槎。在置换的过程中要求对钢支架体系进行监测，确保置换过程的安全可靠。
3.3.1 测量放线
放好每段剪力墙及楼板的分段施工线，保证置换施工的有序进行。
3.3.2 混凝土的凿除
避免伤害原有钢筋以及对完好混凝土的过分震动，我们采用电锤与手锤、錾子相结合的方式凿除原有低强度混凝土，严禁使用风镐等大型震动机械。
3.3.3 原钢筋处理
凿除低强度混凝土后对原有钢筋检查，如有问题进行更换；如无问题对钢筋进行除锈、调直等处理。
3.3.4 灌浆料浇筑
由于本工程模板高度超过1.8m，且灌浆料为超流态，为保证浇筑安全，分两次浇筑，第一次浇筑强度达到初凝后方可进行第二次浇筑。灌浆料浇筑工序应满足灌浆料工艺要求。
3.3.5 拆模、养护
⑴ 灌注后24小时内严禁扰动加固部位。
⑵ 灌注后12小时左右时拆模。
⑶ 拆模后用草袋覆盖，并经常洒水，连续养护14天，始终保持灌浆料表面处于湿润状态。
3.4 楼板混凝土的置换
待剪力墙混凝土全部置换完成后方可进行楼板混凝土的置换施工。楼板采用商品混凝土浇筑，施工工序同剪力墙混凝土置换。
4支撑体系的拆除
全部承重构件包括剪力墙、梁、板等混凝土全部置换完成后，对新浇筑的灌浆料及混凝土按单个构件进行验收，当同条件养护试块强度和非破损监测的实体强度均达到设计值时，方可拆除支撑体系。支撑体系的拆除要间隔进行，即1、3、5……或2、4、6……的顺序依次拆除，确保整个置换体系的安全可靠。
5实施效果
本工程置换混凝土全部采用微膨胀高强混凝土灌浆料，特别是竖向剪力墙结构，以通过混凝土的微膨胀来弥补上部结构在支撑设置和结构拆除过程中的沉降。同时施工过程中分别对支撑结构、上部结构的变形（如沉降）进行检测，其沉降变形微小，由此引起的上部结构垂直度、构件轴线偏移等影响几乎为零。特别是在拆除原结构的受力转换过程中，采取了分段施工的原则，有效的控制变形，保证了结构的安全，达到了预期的施工效果。