高層建筑混凝土柱置換加固施工方法

吳照海

（貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院特種工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

在高層建筑的施工中，由于各種原因，包括設(shè)計(jì)階段和施工階段的不嚴(yán)謹(jǐn)，可能出現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)件達(dá)不到承載力要求。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最普遍使用的結(jié)構(gòu)形式，在這種結(jié)構(gòu)中，混凝土柱的強(qiáng)度關(guān)乎著整個(gè)高層建筑的安全和穩(wěn)定。

1 混凝土柱的加固方法研究現(xiàn)狀

對(duì)鋼筋混凝土柱的研究，從混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)始至今便不斷進(jìn)行。對(duì)于混凝土柱的加固也有了一些相關(guān)的研究，如增大截面法，這種方法是最先被提出用于混凝土柱的加固中，然而該方法也具有明顯的缺點(diǎn)，就是會(huì)嚴(yán)重影響住房的使用面積，受到業(yè)主的嚴(yán)重不滿。此后在增大截面法的基礎(chǔ)上，外包鋼法被提出并應(yīng)用于實(shí)際工程，然而這種方法也具有鋼材用量大導(dǎo)致造價(jià)難以控制。綜合來(lái)看，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)柱的加固工作是十分必要的，因而找到一種既可以有效可靠對(duì)混凝土柱進(jìn)行加固，又可以避免經(jīng)濟(jì)上和使用上的問(wèn)題，是混凝土柱加固的重中之重。

2 工程概況

某地區(qū)的一棟在建高層住宅樓，設(shè)計(jì)層數(shù)13層，高度35.4m，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層高為2.7m。結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)部分為樁基礎(chǔ)。梁、柱混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，箍筋采用HPB300，縱向鋼筋為HRB335。在結(jié)構(gòu)封頂之后，通過(guò)試塊的檢測(cè)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，在第五層的混凝土柱處，其強(qiáng)度為11.2MPa，強(qiáng)度要求不達(dá)標(biāo)，需要對(duì)其進(jìn)行加固處理。其中第5層施工圖如圖1所示。

圖1 第五層施工圖

圖2 某根不合格柱子施工圖

在第5層中，找到不合格的混凝土柱，如圖2所示，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其承載力要求為軸向力設(shè)計(jì)值5300kN，剪力設(shè)計(jì)值760kN。然而根據(jù)規(guī)范進(jìn)行實(shí)際計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其軸向抗壓承載力為4337.90kN，斜截面抗剪承載力為735.80kN，抗剪承載力降為735.80kN，不符合原設(shè)計(jì)要求，需對(duì)該柱進(jìn)行加固處理。然而考率到結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂，樓盤已經(jīng)售出，大面積拆除重建或直接增大混凝土柱的面積會(huì)嚴(yán)重影響工程效益，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)方面、使用方面等問(wèn)題，加固施工圖如圖3所示。

圖3 加固施工圖

3 施工工藝

3.1 工藝流程

工藝流程按如下進(jìn)行：

3.2 卸荷過(guò)程中支撐系統(tǒng)的應(yīng)用

在高層建筑當(dāng)中，柱子的重要性十分顯著，其越下層的柱子受到的軸向力越大，由于整體建筑為13層，在5層出現(xiàn)問(wèn)題的柱子受到的軸向力相對(duì)較大，因此需要進(jìn)行可靠的支撐，保證整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生問(wèn)題。圖4為本工程選用的支撐位置示意圖。在這個(gè)支撐體系中，為了保證施工的順利進(jìn)行并且有效進(jìn)行卸荷過(guò)程，需要在被處理柱的四周和梁的下方設(shè)置可靠的支撐，支撐形式選用鋼管進(jìn)行組合支撐。其中鋼管的兩端焊有鋼板，并將其與梁進(jìn)行連接，保證整體的受力穩(wěn)定。在支撐鋼管的下部通過(guò)千斤頂?shù)捻斏饔?，達(dá)到待加固柱的卸載目的。對(duì)于千斤頂?shù)氖褂眠^(guò)程應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格要求，需要相關(guān)專業(yè)人員嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行，保證特種作業(yè)人員和裝備在施工中不得更換。對(duì)于四周設(shè)置的鋼管支撐應(yīng)當(dāng)對(duì)稱布置，為了避免混凝土柱置換后構(gòu)件由于應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變而導(dǎo)致裂縫，應(yīng)當(dāng)控制墊板的厚度在1.5公分以上。

圖4 臨時(shí)支撐位置

3.3 剔除部分原有混凝土

在布置完成支撐系統(tǒng)，同時(shí)頂升工作也順利完成后，需要對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的混凝土柱進(jìn)行剔除。雖然混凝土柱的大部分荷載已經(jīng)轉(zhuǎn)移至支撐系統(tǒng)，但依然存在一定的承載能力，因而考慮充分利用原有混凝土柱，可以僅剔除外部混凝土，而保留內(nèi)部的混凝土部分。剔除工作按照?qǐng)D5所示分部進(jìn)行。依次為1區(qū)域—3區(qū)域—2區(qū)域—4區(qū)域。剔除的方法為人工鑿除，在剔除混凝土?xí)r，對(duì)于外部的箍筋可以去除，但縱向鋼筋應(yīng)當(dāng)保留。在剔除工作完成后，還要將剩余的混凝土部分加以處理，保證其與后續(xù)新澆筑的混凝土順利銜接。對(duì)于表面的灰塵、雜質(zhì)也應(yīng)及時(shí)清理。

3.4 放置主體型鋼

作為替換柱的主要承載部分，型鋼的設(shè)計(jì)十分重要，其承載值應(yīng)大于設(shè)計(jì)值的25%，同時(shí)需要滿足相關(guān)加固設(shè)計(jì)規(guī)范和要求。角鋼的選擇需要配合型鋼的選材進(jìn)行，在材料選用完成后，需要交替進(jìn)行角鋼的安放和混凝土的剔除工作。型鋼兩端的焊接需要同時(shí)進(jìn)行，并且要求螺旋千斤頂焊接于型鋼的下部，鋼板的上端和柱體之間應(yīng)當(dāng)使用砂漿找平。

圖5 剔除區(qū)域

3.5 灌注混凝土及養(yǎng)護(hù)

當(dāng)上述工作完成后，便可進(jìn)行混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)工作，在進(jìn)行混凝土澆筑前，需要對(duì)原有混凝土的部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠的涂刷，以確保新老混凝土的可靠粘結(jié)。新澆筑的混凝土應(yīng)選擇比原有混凝土強(qiáng)度高一個(gè)等級(jí)的C35級(jí)混凝土。在混凝土中摻入減水劑和膨脹劑，保證混凝土柱的受力協(xié)同。模板的選擇要采用新購(gòu)木質(zhì)膠合板并嚴(yán)格控制其尺寸，保證施工的有效進(jìn)行。

3.6 拆除模板

當(dāng)混凝土柱的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%以上，便可以進(jìn)行模板的拆除工作。拆除模板時(shí)需要注意分次拆除同一軸向支撐用組合鋼管柱，并且控制好兩個(gè)軸向支撐的拆除時(shí)間間隔在12個(gè)小時(shí)以上。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，出現(xiàn)需要進(jìn)行構(gòu)件加固改造的工作越來(lái)越多，混凝土柱的置換加固是進(jìn)行混凝土柱加固的有效方法。本文介紹的混凝土柱置換施工方法有效解決了工程中出現(xiàn)的混凝土柱承載能力不足的情況，為保證建筑的正常使用提供了可靠的加固處理。然而在進(jìn)行混凝土柱的加固中，要求施工人員操作熟練，如手工剔除混凝土、焊接鋼板等作業(yè)，操作水平要求較高。