淺談既有建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

劉翠英 （安徽省特種建筑技術(shù)承包有限公司，安徽 合肥 230601）

0 前言

目前，中國正處于城市化快速發(fā)展時(shí)期，城市化率的不斷提高直接促進(jìn)了建筑業(yè)的快速發(fā)展。居民越來越重視建筑工程的質(zhì)量，特別是直接影響人們生活和生命財(cái)產(chǎn)安全的建筑結(jié)構(gòu)的安全性問題。當(dāng)既有建筑物的年齡逐漸增加時(shí)，建筑物的結(jié)構(gòu)會(huì)受到某些有害的環(huán)境侵蝕或混凝土等材料的老化，可能存在某些安全隱患，必要時(shí)應(yīng)采取加固措施，以確保建筑物的后續(xù)安全使用。

本文結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，圍繞既有建筑結(jié)構(gòu)加固原則和工作流程，結(jié)合具體案例探討既有建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要求，為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

1 既有建筑結(jié)構(gòu)加固原則

與新建建筑結(jié)構(gòu)不同，既有建筑結(jié)構(gòu)的加固需要考慮原有建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，加固后的結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)能夠緊密的結(jié)合在一起形成新的整體。所以，結(jié)構(gòu)的加固工作必須遵循以下原則[6-8]。

1.1 方案整體性原則

在確定方案之前，要仔細(xì)調(diào)查和分析原始結(jié)構(gòu)缺陷的原因，避免任意確定加固方案，導(dǎo)致因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)二次損傷，需要重新加固。另一方面，為避免原結(jié)構(gòu)出現(xiàn)承載力降低荷載增加，需要考慮局部加固對整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響。

1.2 正確受力分析原則

為了保證新舊結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合并協(xié)同工作，需要對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載調(diào)查，以便能夠更準(zhǔn)確的選取荷載。根據(jù)第三方鑒定機(jī)構(gòu)出具的鑒定報(bào)告，在考慮結(jié)構(gòu)是卸載、部分卸載還是不卸載的情況，綜合驗(yàn)算加固后結(jié)構(gòu)的荷載值是否滿足抗震等要求。另一方面，合并考慮加固部分的受力滯后以及加固部分和原結(jié)構(gòu)的協(xié)同情況。

1.3 材料一致性原則

加固材料應(yīng)與原結(jié)構(gòu)一致，有助于加固部分與原結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合?？墒占Y(jié)構(gòu)材料的原始技術(shù)檔案用于采購，如果原結(jié)構(gòu)材料數(shù)據(jù)丟失，則可以通過實(shí)際測量來復(fù)原原材料的性能以進(jìn)行近似選擇。

2 既有建筑結(jié)構(gòu)加固工作流程

既有建筑結(jié)構(gòu)加固為多環(huán)節(jié)、多專業(yè)協(xié)同配合的一項(xiàng)工作。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)加固之前，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，須由權(quán)威的第三方檢測鑒定機(jī)構(gòu)對原結(jié)構(gòu)的安全性或者混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測和鑒定，并出具鑒定結(jié)論。根據(jù)鑒定結(jié)論和業(yè)主的要求，對不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求部位進(jìn)行加固。

《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367-2013）要求[2]如下。

①加固后混凝土結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重性、結(jié)構(gòu)的重要性和加固設(shè)計(jì)使用年限，由委托方與設(shè)計(jì)方按實(shí)際情況共同商定。

②混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)，應(yīng)與實(shí)際施工方法緊密結(jié)合，采取有效措施，保證新增構(gòu)件和部件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，新增截面與原截面粘結(jié)牢固，形成整體共同工作；并應(yīng)避免對未加固部分，以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和地基基礎(chǔ)造成不利的影響。

③對高溫、高濕、低溫、凍融、化學(xué)腐蝕、振動(dòng)、溫度應(yīng)力、地基不均勻沉降等影響因索引起的原結(jié)構(gòu)損壞，應(yīng)在加固設(shè)計(jì)中提出有效的防治對策，并按設(shè)計(jì)規(guī)定的順序進(jìn)行治理和加固。

④混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，避免不必要的拆除或更換。

⑤對加固過程中可能出現(xiàn)傾斜、失穩(wěn)、過大變形或坍塌的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)在加固設(shè)計(jì)文件中提出相應(yīng)的臨時(shí)性安全措施，并明確要求施工單位必須嚴(yán)格執(zhí)行。

⑥混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)使用年限，應(yīng)按下列原則確定：

a.結(jié)構(gòu)加固后的使用年限，應(yīng)由業(yè)主和設(shè)計(jì)單位共同商定；

b.一般情況下，宜按30年考慮；到期后，若重新進(jìn)行的可靠性鑒定認(rèn)為該結(jié)構(gòu)工作正常，仍可繼續(xù)延長其使用年限。

⑦未經(jīng)技術(shù)鑒定或設(shè)計(jì)許可，不得改變加固后結(jié)構(gòu)的用途和使用環(huán)境。

3 典型項(xiàng)目結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)與施工

本項(xiàng)目位于安徽省，根據(jù)既有建筑加固工作流程，通過第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測與鑒定，結(jié)論如下。

①該工程基礎(chǔ)筏板、地下室剪力墻柱混凝士設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C35，實(shí)測混凝土批量抗壓強(qiáng)度推定值分別為 30.0MPa、30.1MPa。

②一層～三層剪力墻混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C35，實(shí)測混凝士批量抗壓強(qiáng)度推定值分別為31.7MPa、30.3MPa、30.2MPa。

3.1 剪力墻加固設(shè)計(jì)

根據(jù)鑒定結(jié)論和業(yè)主要求，對不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求部位進(jìn)行加固。加固設(shè)計(jì)和施工工作必須委托有資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)執(zhí)行，本項(xiàng)目剪力墻加固平面圖見圖1。

圖1 基礎(chǔ)頂～-1.200墻加固平面圖

3.2 材料要求

①鋼筋：本工程采用HRB400級(jí)鋼筋，鋼材具備出廠證明，鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有不小于95%的保證率,并有屈服強(qiáng)度及含碳量的合格證[3]。

②焊條：采用手工焊時(shí)，HRB400鋼筋采用E55焊條。使用埋弧自動(dòng)焊時(shí)，選用的焊絲焊劑應(yīng)與主體金屬的強(qiáng)度相匹配；焊絲符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《焊接用鋼絲》（GB 1300-77）的規(guī)定。

③混凝土強(qiáng)度等級(jí)：大截面采用Ⅳ類水泥基灌漿料，高強(qiáng)灌漿料需采用70%灌漿料與30%細(xì)石混凝土混合而成的漿料，且細(xì)石混凝土粗骨料的最大粒徑不大于12.5mm。

④植筋采用A級(jí)膠粘劑，使用大連某公司生產(chǎn)的JGN型植筋膠。對于潮濕環(huán)境下植筋，應(yīng)選擇適用于潮濕環(huán)境的植筋膠，同時(shí)提供廠家提供相關(guān)證明文件。植筋膠產(chǎn)品提供相關(guān)性能檢測報(bào)告，性能指標(biāo)符合《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728-2011）第4.2.2條的規(guī)定。

⑤裂縫修補(bǔ)采用A級(jí)膠，具備出廠合格證明，其性能符合《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB 50728-2011第4.6.4條的規(guī)定。

3.3 植筋工程

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，確定鋼筋植筋位置，檢查植筋處的周邊尺寸，確保所植鋼筋位于有效約束范圍內(nèi)，同時(shí)對群錨植筋的最小間距值和最小邊距值要求不小于5d。剪力墻加固植筋大樣圖見圖2、圖3。

圖2 剪力墻加固植筋大樣圖

3.4 模板工程

3.4.1 支撐內(nèi)外模

支撐內(nèi)外模用多層板和60×80方木相組合，采用Ф48×3.5縱橫鋼管作為外邊固定，用Ф14螺桿（螺桿末端絲扣長度大于等于7cm）和3型扣件穩(wěn)固整齊，墻厚采用焊接鋼筋限位，每隔40 cm水平設(shè)置一道螺桿，垂直間距為500 mm。模板拉桿見圖4。

圖3 加固墻體穿樓層、頂樓面處收頭做法

3.4.2 剪力墻模

用每排2根的φ48鋼管作為剪力墻外側(cè)模板支撐，用成品鐵板墊塊或2個(gè)山形帽作為鋼管外側(cè)的固定件并加雙螺帽擰緊。用線錘校正和校準(zhǔn)每軸，并檢查承重架是否穩(wěn)固，支撐系統(tǒng)是否穩(wěn)固。

3.4.3 質(zhì)量程序控制

模板支護(hù)應(yīng)按照現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204）要求進(jìn)行質(zhì)量控制。

二次灌漿時(shí)，模板與設(shè)備底座周邊的水平距離為100mm；模板頂部標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)備底座上表面50mm[5]。

在混凝土結(jié)構(gòu)改造加固時(shí)，在模板支護(hù)上應(yīng)留有足夠的排氣孔和灌漿孔用于灌漿施工，灌漿孔的孔徑應(yīng)大于50mm，間距應(yīng)小于800mm，灌漿孔與排氣孔不應(yīng)低于孔洞最高點(diǎn)50mm。

3.5 灌漿料施工

灌漿料進(jìn)場時(shí)，應(yīng)檢查灌漿料品種、型號(hào)、出廠日期、產(chǎn)品合格證及產(chǎn)品使用說明書的真實(shí)性。按《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50550-2010）表4.10.1規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目與合格指標(biāo)，檢查產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)報(bào)告，并見證取樣復(fù)驗(yàn)其漿體流動(dòng)度、抗壓強(qiáng)度及其與混凝土正拉粘結(jié)強(qiáng)度等3個(gè)項(xiàng)目[1]。主要施工工藝見圖5。

圖4 模板示意圖

4 結(jié)語

圖5 灌漿料施工工藝流程

本文簡要的梳理了既有建筑結(jié)構(gòu)加固原則和工作流程，同時(shí)結(jié)合具體的案例分析既有建筑結(jié)構(gòu)加固從鑒定、設(shè)計(jì)到施工工程中要注意的關(guān)鍵點(diǎn)，通過第三方出具的鑒定結(jié)論對不滿足設(shè)計(jì)要求的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)與施工，在滿足規(guī)范要求前提下，全面改善了結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。從汶川地震中可以清楚的看到，通過改變結(jié)構(gòu)力傳遞方式、外包鋼筋、鋼絞線以及增大墻體截面、對結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)等方法對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，都能夠極大地降低地震帶來的破壞程度，相對于重建，對既有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固是提高建筑抗震性能、延長建筑使用壽命的行之有效而且是相對經(jīng)濟(jì)的方法。