置換混凝土加固法在剪力墻加固中的應用

馬健華，苑東亮

(河南理工大學 土木工程學院，河南 焦作 454003)

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置換混凝土加固法在剪力墻加固中的應用

馬健華，苑東亮

(河南理工大學 土木工程學院，河南 焦作 454003)

摘要：某高層住宅的部分剪力墻在施工中出現(xiàn)混凝土強度嚴重不足的問題。經(jīng)過加固方案的比選，確定采用置換混凝土加固法。在加固施工過程中，不斷完善加固方案并對實施過程加強控制，取得了良好的加固效果，積累了加固施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：置換混凝土；加固法;高層住宅；剪力墻

在當前技術(shù)條件下，剪力墻結(jié)構(gòu)是高層住宅建筑常用的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土剪力墻同時承受豎向荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)，混凝土的強度會直接對整個建筑的安全產(chǎn)生影響。在實際工程中，由于錯誤的設(shè)計、施工質(zhì)量事故、不適當?shù)氖褂玫仍驅(qū)е禄炷翉姸绕?，使建筑物無法滿足正常的使用要求，必須對其進行檢測、鑒定和加固?；炷林脫Q加固法適用于承重構(gòu)件受壓區(qū)的混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的局部加固，本文對置換混凝土加固法在剪力墻加固中的應用進行分析研究。

1工程概況

某小區(qū)7#住宅樓主體結(jié)構(gòu)類型為剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏形基礎(chǔ)，該工程總建筑面積約為15 634.58 m2，地下1層，地上18層，混凝土設(shè)計強度等級：第1層到第8層所有混凝土強度為C30,第9層到第18層所有混凝土強度為C25。由于施工及現(xiàn)場管理出現(xiàn)失誤，使原本使用在該小區(qū)另一棟樓的基礎(chǔ)墊層的C25混凝土用到了該樓的6層主體結(jié)構(gòu)上并且該部分砼在罐車中停留的時間超過了砼的有效期，根據(jù)委托方要求,河南省建筑工程質(zhì)量檢驗測試中心站有限公司對6層軸線為1-15～1/0A-1/L范圍內(nèi)的混凝土構(gòu)件強度進行檢測,發(fā)現(xiàn)該層墻、梁、板混凝土強度均低于30 MPa，完全不能滿足建筑設(shè)計的使用功能及安全性要求，根據(jù)以上實際情況，對該工程事故進行加固處理。

2加固方案的提出

對原剪力墻混凝土進行強度試驗。對試驗數(shù)據(jù)進行綜合分析驗算后，提出了幾種剪力墻的加固方法：采用置換混凝土加固法(大致檢測的砼強度等級均低于15 MPa)、增大截面加固法(大致檢測的砼強度等級均在15～25 MPa)、粘貼鋼板加固法(大致檢測的砼強度等級均在25～30 MPa)和碳纖維加固法。

對于混凝土強度均低于15 MPa的混凝土剪力墻，在選擇加固方法時對幾種加固方案進行了比較[1]：由于混凝土強度偏低，粘貼鋼板加固法無法采用；碳纖維加固法不能從根本上徹底解決剪力墻軸壓比的問題，不能達到混凝土原設(shè)計強度；若采用增大截面加固法會增加結(jié)構(gòu)的自重、改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、減小建筑結(jié)構(gòu)的使用空間、影響建筑立面效果。置換混凝土加固法同其他加固法相比，加固費用基本相當[2]，加固過程中只對原混凝土進行置換，不增加構(gòu)件的截面尺寸、不改變建筑結(jié)構(gòu)的布局、不改變結(jié)構(gòu)所受的荷載和傳力路徑、不改變建筑外觀和使用空間及功能，加固后能恢復結(jié)構(gòu)原貌，適合對混凝土結(jié)構(gòu)強度偏低的構(gòu)件進行加固。置換混凝土加固法是在施工過程中用挖補的辦法，用優(yōu)質(zhì)的混凝土置換劣質(zhì)混凝土。置換混凝土的范圍為檢測的砼強度等級均低于15 MPa的剪力墻?；炷林脫Q是將原混凝土構(gòu)件的混凝土完全鑿除，再將新舊混凝土結(jié)合面清理干凈，保留原鋼筋，用強度等級為C35的高強無收縮粗骨料型灌漿料重新澆筑，在水泥的水化過程中，新舊混凝土黏結(jié)成一個整體，可以從根本上解決混凝土強度不足的問題。

3剪力墻加固方案

置換混凝土加固法一般常用于承重構(gòu)件受壓區(qū)混凝土強度等級偏低或受壓區(qū)混凝土有嚴重缺陷的局部加固處理，重新澆筑的混凝土應滿足設(shè)計要求，置換用的混凝土強度等級應比原構(gòu)件混凝土強度提高一級，且不應低于C25。

3.1置換混凝土加固方案施工工序

置換剪力墻混凝土的施工工序：對構(gòu)件及周圍構(gòu)件進行有效卸載和支撐→鑿除原剪力墻混凝土(鑿除寬度范圍為400～700 mm)→千斤頂有效支撐→截面處理及鋼筋修復→模板安裝→澆筑灌漿料→灌漿料達到強度后取出千斤頂→混凝土的養(yǎng)護→施工質(zhì)量檢驗和驗收。

3.2混凝土支撐卸荷體系

該工程已經(jīng)封頂，剪力墻在梁、板等結(jié)構(gòu)自重的作用下，已經(jīng)產(chǎn)生內(nèi)力，在剔除混凝土之前一定要采取合理有效的支撐和卸載，施工時所有相交的梁端必須設(shè)支撐，并進行詳細的支撐與卸荷計算，確保施工的安全。剪力墻兩邊應分別拆除置換，每個墻肢應分段置換，編制合理可行的專項施工方案和支撐拆除方案，并嚴格按照方案搭設(shè)支撐與卸荷體系。支撐體系有永久支撐和臨時支撐兩種。

3.2．1置換混凝土的永久支撐

按施工方案要求，剪力墻分段置換長度為400～700 mm，支撐設(shè)置也采用400～700 mm間距。經(jīng)過計算，支撐材料使用Φ60實心圓鋼能滿足承載力要求，上下端使用180×180×10 mm鋼墊板，施工時先將鋼墊板位置清理干凈，打磨平整，底座鋪乳膠水泥，以保證鋼墊板與砼結(jié)合良好，鋼墊板安裝完成后，用Φ60實心圓鋼下部與鋼墊板焊接，上部與50 t千斤頂連接，千斤頂頂著上部鋼墊板加力，該支撐為永久性支撐，澆筑到砼內(nèi)(見圖1)。在支設(shè)模板時，在千斤頂?shù)牟课活A留空間，混凝土齡期滿足后將千斤頂卸除，用同強度混凝土補洞。

剪力墻在置換過程中所受到的承載力計算略。

3.2．2臨時支撐

施工時在所有房間距離剪力墻100 mm的位置設(shè)雙排支撐架，支撐架采用扣件式鋼管搭設(shè)，搭設(shè)范圍為地下室底板面至第18層樓板面。立桿的縱橫間距為600 mm×600 mm，沿立桿設(shè)上、中、下3道橫桿，步距為1 200 mm，立桿下部墊通長型鋼，立桿上部設(shè)頂絲墊型鋼(見圖2)。剪力墻置換施工時所有相交的梁端必須設(shè)支撐，剪力墻置換完成后，即可拆除支撐。

在進行立桿穩(wěn)定性驗算[4]時，只需對6層立桿進行穩(wěn)定性驗算，在立桿縱橫間距一樣的情況下，剪力墻和立桿共同承擔上部樓層的荷載。

(1)樓面荷載值。

在計量鋼管支撐架的自重標準值時，為方便計算，參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130—2011)表A.0.3中滿堂支撐架立桿承受的每米結(jié)構(gòu)自重標準值,可得到每層鋼管荷載自重標準值為0.262 6×2.78×12=8.7(kN)。1根鋼管所承受的承載力N=141.99/4=35.50(kN)。

(2)立桿穩(wěn)定性驗算。

查《鋼管扣件式模板垂直支撐系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)程》[5](DGTJ08—16—2011)中表3.4.3-1、表3.4.3-2可得

l0=K1K2(h+2a)=1.185×1×(1.2+0.3)=1.778 (m)

立桿的長細比

查《鋼管扣件式模板垂直支撐系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)程》DGTJ08-16-2011表3.41可得

Φ=0.496

滿足立桿穩(wěn)定性要求。

圖1　永久支撐

圖2　臨時支撐

3.3施工過程中沉降監(jiān)測

在加固施工過程中必須對整個結(jié)構(gòu)的安全進行不間斷監(jiān)測，施工監(jiān)測使用固定水準儀以及百分表,儀器和觀測人員應盡可能地固定。在置換混凝土開始前，支撐搭設(shè)好以后便開始進行測量，在剔除混凝土后不同時期依次進行觀測，直到混凝土置換完成，當置換的混凝土強度到達設(shè)計要求后對支撐體系進行拆除，并再次進行沉降測量，支撐拆除4 d后，進行最終測量。應用水準儀對卸載點的位移觀測，變形觀測可在相鄰不拆除的墻體上設(shè)水平點作為參考，在拆除過程中觀測拆除墻體的水平點與相鄰墻體水平點變化情況，如在拆除過程中發(fā)現(xiàn)水平點位移有較大變化時，應立即停止拆除施工，采取措施后方可繼續(xù)進行。

3.4混凝土界面的處理

將缺陷混凝土剔除到密實部位后，對新舊混凝土結(jié)合面處，鑿毛原混凝土的表面，要求全表面露出新鮮的混凝土，鑿毛深度為10～20 mm,然后用高壓水槍和鋼絲刷把混凝土鑿毛面粉塵清洗干凈，鑿毛后混凝土表面要用水充分濕潤，以保證新混凝土澆筑時界面處于濕潤的狀態(tài)，在澆筑新混凝土前在原構(gòu)件混凝土結(jié)合面涂刷界面膠[6]。原混凝土界面處理完成后，不得有松動的石子、浮砂，應全面檢查混凝土界面打毛是否符合規(guī)范及設(shè)計的要求，并檢查界面膠涂刷是否均勻、無遺漏，做好相關(guān)記錄。

3.5鋼筋的處理

在剔除混凝土的施工過程中要盡量減少對鋼筋的擾動，保留原鋼筋。界面處理完成后應進行鋼筋修復配置，對鑿除區(qū)域的鋼筋進行表面處理，尤其是要將殘留在鋼筋表面的混凝土清除干凈，以便能使新澆筑的混凝土與原鋼筋良好結(jié)合。施工中如發(fā)現(xiàn)需要替換的鋼筋，應使用設(shè)計要求的鋼筋進行替換，將已拆除混凝土的工作面內(nèi)的受損鋼筋，按相應規(guī)范進行調(diào)直、修復、補強。

3.6模板的搭設(shè)

在置換混凝土的部位支模，在區(qū)域的外周邊安裝V形槽，做成進料口?？谏线呏辽俑叱鋈毕萆掀矫?00 mm,按照設(shè)計尺寸安裝模板，支設(shè)模板時應在千斤頂?shù)牟课欢囝A留空間，以便混凝土齡期滿足后將千斤頂卸除。模板在現(xiàn)場拼裝時要控制好相鄰板面之間的拼縫，兩板接頭處要加設(shè)卡子，以防漏漿，拼裝完成后用鋼絲把模板綁扎牢固，必須確保模板的剛度、強度、穩(wěn)定性，特別是剛度的要求，不得出現(xiàn)模板變形。

3.7混凝土的澆筑

澆筑混凝土時采用C35高強無收縮粗骨料型混凝土，混凝土的坍落度在180～200 mm的細石混凝土。在澆筑灌漿料前，應清理界面污物和松散顆粒，用高壓水沖洗干凈，在新舊混凝體交接處，涂刷一層與混凝土同性能的界面結(jié)合劑，并充分濕潤。澆筑過程必須連續(xù)進行不間斷澆筑，盡量縮短混凝土澆筑時間，新舊混凝土界面黏結(jié)質(zhì)量應符合有關(guān)標準規(guī)定。

置換混凝土加固法在鑿除混凝土時必須鑿除到上一層強度符合要求的混凝土下方，澆筑時應從上層樓板與待置換剪力墻結(jié)合處開洞進行灌漿料的澆筑，洞口直徑為100 mm，如圖3所示。根據(jù)現(xiàn)場條件，在澆筑完混凝土后，采取有效措施對新澆筑構(gòu)件進行養(yǎng)護。

圖3　剪力墻混凝土澆筑示意圖

3.8拆模后的養(yǎng)護

拆除混凝土模板后，須對新澆筑的混凝土進行養(yǎng)護處理，養(yǎng)護時間一般在7 d以上，灑水并保證100%的養(yǎng)護濕度，養(yǎng)護期間由專人負責對新澆筑混凝土進行強度檢測，在滿足設(shè)計強度的80%以上的條件下，逐步對剪力墻鋼管支撐體系進行拆除。

4施工注意事項

(1)編制合理可行的專項施工方案和支撐拆除方案，并嚴格按照方案搭設(shè)支撐與卸荷體系。加固施工應由具有專業(yè)加固資質(zhì)的施工隊伍施工，施工中應嚴格按有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

(2)加固工程施工所需要的支撐鋼管和扣件必須滿足規(guī)范要求，現(xiàn)場嚴格管理。

(3)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力計算出該處剪力墻所受的最大壓力，然后確定千斤頂?shù)墓ぷ鲏毫?。螺旋千斤頂?shù)牟僮魇褂靡袑Ｈ素撠煛?/p>

(4)各種原材料必須有出廠合格證和檢驗報告，不合格的材料嚴禁使用。

5結(jié)束語

(1)本文所采用的剪力墻置換混凝土方法已在實際工程中成功應用，加固效果良好。

(2)結(jié)構(gòu)加固方案應結(jié)合工程實際情況，在分析已有資料的基礎(chǔ)上對加固方案進行靈活的選取。

(3)采用混凝土置換加固法能從根本上解決混凝土強度不足的問題，施工過程中應重點做好卸載和支撐措施。在施工過程中進行創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計，不斷完善加固方案，在施工過程中進行信息化質(zhì)量控制。

參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范:GB 50367—2006[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]鄭育新.高層建筑混凝土柱整體置換混凝土加固施工方法[J].施工技術(shù),2011(21):91-93,100.

[3]陳尚建,劉海波,歐陽普英,等.置換混凝土法在結(jié)構(gòu)加固設(shè)計中的應用[J].武漢大學學報(工學版),2008(S1):77-79.

[4]江方文,許慶峰,王勝天,等.抽條式置換混凝土-剪力墻加固技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā),2013(12):20-23.

[5]上海市建工設(shè)計研究院有限公司.鋼管扣件式模板垂直支撐系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)程:DG/TJ 08-16—2011[S].

[6]劉雄.混凝土局部分期置換法在結(jié)構(gòu)加固中的應用研究[D].長沙：湖南大學,2011.

Replacement of concrete reinforcement method in application of shear wall reinforcement

MA Jian-hua, YUAN Dong-liang

(CollegeofCivilEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454003，China)

Abstract：Combining with the actual project,the concrete strength of severe low some high-rise residential shear wall reinforce,reinforcement scheme compared,the displacement of concrete reinforcement method is used.In the process of construction,the reinforcement scheme is being improved and the implementation process is controlled as well,which has obtained good effect.

Key words：displacement of reinforced concrete;reinforcement method;high-rise flats;shear wall

中圖分類號：TU37

文獻標識碼：A

DOI:10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.01.012

文章編號:1674-7046(2016)01-0066-05

作者簡介：馬健華(1989—),男， 河南鶴壁人，碩士研究生。

收稿日期：2015-09-10