框架結(jié)構(gòu)建筑改建中的托梁拔柱施工技術(shù)

倪浩群

上海市奉賢區(qū)建筑建材業(yè)管理所 上海 201400

1 工程概況

上海某建筑為商務(wù)辦公樓，主體為8層框架結(jié)構(gòu)，已竣工使用3 a。現(xiàn)因業(yè)主要求，需將原結(jié)構(gòu)頂層局部改為多功能展示廳，為滿足建筑物大空間的使用要求，頂層中C軸與5軸相交處的框架柱須拔除（圖1），使得原結(jié)構(gòu)主要受力方向上的梁（C軸的梁）跨度由5.60 m變?yōu)?1.20 m，整根梁的受力特性發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化，必須對該梁進(jìn)行加固處理。

圖1 頂層結(jié)構(gòu)平面布置示意

2 改造方案

由于頂層托梁拔柱后對其他樓層影響較小，對梁端支撐柱的承載力增大要求不高，故本工程的托梁拔柱加固具有可操作性。只是在考慮該結(jié)構(gòu)托換方案時(shí)，必須嚴(yán)格控制托換結(jié)構(gòu)的變形，避免或減少原框架內(nèi)力變化，以保證原框架荷載通過托換結(jié)構(gòu)能安全地向基礎(chǔ)和地基中傳遞。

基于上述原因，同時(shí)為了降低托換梁的高度和控制托換梁的變形開裂，決定采用加大梁截面并加設(shè)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力來對托換梁進(jìn)行加固，以預(yù)應(yīng)力反拱主動(dòng)作用抵消托換梁在托換荷載作用下產(chǎn)生的撓度變形，減小裂縫寬度[1]。

3 施工步驟

1）在4-6軸梁及4-6軸/B-E軸樓板區(qū)域內(nèi)搭設(shè)滿堂鋼管支撐腳手架及施工腳手架。

2）腳手架搭設(shè)完畢后，先對C軸與5軸相交處的框架柱混凝土進(jìn)行部分鑿除，再對需要穿設(shè)預(yù)應(yīng)力筋的梁進(jìn)行定位開孔，最后對需要增加截面的托換梁表面進(jìn)行鑿毛。

3）按照要求的定位尺寸進(jìn)行彈線標(biāo)示，并在相應(yīng)位置進(jìn)行化學(xué)植筋，然后綁扎、焊接鋼筋，布置預(yù)應(yīng)力筋。

4）為了新老混凝土界面能更好結(jié)合，對托換梁梁底加設(shè)M10膨脹螺栓。

5）鋼筋工程結(jié)束后開始支模，因業(yè)主要求不能對原屋面板進(jìn)行開洞，故需在模板側(cè)面進(jìn)行人工開孔，以便澆筑混凝土托換梁，同時(shí)應(yīng)確保模板支撐的穩(wěn)定性，不得出現(xiàn)跑模、變形、移位等情況。

6）灌漿料澆筑24 h后可將側(cè)模拆除，每天進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

7）待灌漿料強(qiáng)度達(dá)到75%以后，先對稱張拉上排4束預(yù)應(yīng)力筋；待柱子切除以后，再張拉全部預(yù)應(yīng)力筋，原先張拉過的預(yù)應(yīng)力筋還需補(bǔ)拉，以達(dá)到規(guī)定的張拉力。

8）預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，拆除底模和支撐。

4 施工工藝要求及關(guān)鍵技術(shù)

4.1 梁板支撐

為了使新老混凝土協(xié)同受力，加固托換梁結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力應(yīng)在低應(yīng)力（甚至零應(yīng)力）狀態(tài)下進(jìn)行加固。本工程采用滿堂鋼管支撐卸載，以保障加固的有效性及施工過程的安全性。

排架支撐采用φ48.00 mm×3.60 mm鋼管進(jìn)行滿堂搭設(shè)，扣件連接。

4.2 柱邊鑿除范圍及工藝要求

鑿除施工開工前，必須依據(jù)施工圖紙要求將需要鑿除的部分彈出紅線，具體施工如下：

1）柱頂鑿除以不破壞未鑿除部分的混凝土為前提，鑿除施工應(yīng)分2步進(jìn)行。第1步：利用機(jī)械進(jìn)行表面鑿除，在距離需要鑿除的表面尚有5 cm時(shí)停止；第2步：采用人工進(jìn)行精細(xì)剔鑿，將表面剔鑿平滑，保證結(jié)合面混凝土不受破壞（圖2）。

圖2 柱邊鑿除范圍示意（陰影部分）

2）柱邊混凝土鑿除順序應(yīng)自上而下，鑿除后須將露出的柱頭主筋及箍筋用氣割割除。

4.3 加固梁主筋及箍筋施工工藝要求

由于拔柱后梁跨度是原梁跨度的2倍，須通過加大梁截面和增加梁底主受力鋼筋來保證梁的抗彎剛度和承載力，使拔除柱的荷載安全傳遞給梁端支承柱。具體施工如下：

1）為了新老混凝土界面能更好結(jié)合，在托換梁梁底加設(shè)M10膨脹螺栓，間距500 mm。

2）植筋施工：舊混凝土面鑿毛→定位鉆孔→鉆孔清洗→注漿植筋→固化保護(hù)。

3）加固梁兩側(cè)箍筋與原梁箍筋采用焊接工藝進(jìn)行連接，要保證單面焊焊接長度達(dá)10d以上，因此在焊接之前應(yīng)先進(jìn)行側(cè)面混凝土保護(hù)層及梁底混凝土保護(hù)層的鑿除，鑿除應(yīng)采用人工剔鑿法（圖3）。

圖3 加固梁箍筋連接示意

4.4 預(yù)應(yīng)力施工工藝及質(zhì)量要求

預(yù)應(yīng)力加固法的受力特點(diǎn)屬主動(dòng)受力，主要是通過鋼絞線的張拉讓混凝土收拉區(qū)主動(dòng)受力，相當(dāng)于在原構(gòu)件基礎(chǔ)上施加1套與恒載和活載產(chǎn)生的相反效應(yīng)的等效荷載，可從根本上提高構(gòu)件的承載能力和控制裂縫及撓度能力，并縮小甚至閉合裂縫。

本工程預(yù)應(yīng)力梁采用無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線（規(guī)格：1 860 MPa級、φ15.24低松弛），錨具采用STM15-P擠壓錨（規(guī)格：Ⅰ類）。其張拉步驟具體如下：預(yù)應(yīng)力鋼絞線、錨具進(jìn)入現(xiàn)場必須核對質(zhì)保書和進(jìn)行外觀檢查，且在使用之前進(jìn)行拉力試驗(yàn)檢測；灌漿料強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的3/4后才能開始預(yù)應(yīng)力筋的張拉；張拉設(shè)備（千斤頂與壓力表）必須配套標(biāo)定、配套校驗(yàn)、配套使用，且在法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢測的有效期限內(nèi)，張拉用壓力表精度為0.40；張拉前應(yīng)先去除鋼絞線端頭保護(hù)套，擦除表面油脂，清理端頭及穴模后安裝錨環(huán)及夾片；安裝千斤頂，連接好油路系統(tǒng)。張拉到初應(yīng)力（張拉控制應(yīng)力的10%）時(shí)，第1次記錄千斤頂伸長值，然后繼續(xù)張拉至控制應(yīng)力，持載2 min后第2次測量伸長值。核算伸長值是否符合要求，若符合要求，則將錨固回程卸載并降下千斤頂，完成張拉工作；張拉過程中應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力，同時(shí)校核張拉伸長值，若實(shí)際伸長值與計(jì)算伸長值的偏差超出允許偏差值-6%～+6%，則應(yīng)立即停止張拉，排查原因并采取相應(yīng)的技術(shù)措施后繼續(xù)張拉。

本工程采用φ15.24 mm鋼絞線，鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa，其張拉控制應(yīng)力取值為鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.65倍，則鋼絞線張拉控制應(yīng)力fptk=1 209 MPa，每根預(yù)應(yīng)力束張拉控制應(yīng)力=fptk×鋼絞線截面面積×1.03=174 337 N≈174 kN。張拉后應(yīng)立即對無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行封端保護(hù)：采用砂輪鋸切除多余預(yù)應(yīng)力筋，錨具外露長度≥30 mm，不得用電焊燒斷；錨具外涂專用防腐潤滑脂并罩上專用塑料套；用微膨脹細(xì)石混凝土澆筑張拉端后澆部分以保護(hù)錨具。

4.5 自流早強(qiáng)灌漿料施工工藝

由于加固梁加大截面的寬度有限，同時(shí)在加大截面的部位鋼筋和鋼絞線非常密集，再加上業(yè)主要求原梁板截面不能開洞，所以如何保證加大截面混凝土的澆筑質(zhì)量亦是本工程的施工難點(diǎn)。

本工程從材料、施工工藝等方面予以解決：

1）灌漿料選用專門配制的H-J45灌漿料。H-J45灌漿料具有與老混凝土黏結(jié)性能好、流動(dòng)度較大、無收縮、早強(qiáng)、高強(qiáng)的性能，澆筑后不需要振搗，具有質(zhì)量可靠和施工方便的優(yōu)點(diǎn)。

2）由于只能在模板側(cè)面開孔澆筑混凝土梁，對新、老混凝土之間可能出現(xiàn)的空隙，本工程采用結(jié)構(gòu)膠對結(jié)合面進(jìn)行二次補(bǔ)償注膠以增加兩者的連接[2]。

5 結(jié)語

由于托梁拔柱施工專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)要求高、施工難度大，因此，強(qiáng)化托換結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)以及施工過程中各環(huán)節(jié)的管理和監(jiān)控，是保證托梁拔柱施工安全可靠的關(guān)鍵。

本工程在方案選擇、工藝實(shí)施、布點(diǎn)監(jiān)控等方面均進(jìn)行了優(yōu)化，將化學(xué)植筋、后張拉預(yù)應(yīng)力、自流早強(qiáng)灌漿料等多種技術(shù)手段引入施工，并將現(xiàn)場各階段跟蹤監(jiān)測的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值進(jìn)行比對，結(jié)果基本吻合，順利完成了本次托梁拔柱的改造加固，為類似工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)[3]。