混凝土整體置換與加大截面加固施工技術(shù)應(yīng)用

蔣儒鋼

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

隨著我國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)加固施工技術(shù)越來(lái)越得到建筑市場(chǎng)的關(guān)注和重視，而傳統(tǒng)的加固技術(shù)已不再適合當(dāng)前的建筑市場(chǎng)。一些施工企業(yè)在加固施工過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格按施工工藝施工，仍然存在許多問(wèn)題，在一定程度上影響了建筑行業(yè)的發(fā)展[1]。

在施工過(guò)程或結(jié)構(gòu)檢測(cè)過(guò)程中，由于建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載力不足，部分建筑結(jié)構(gòu)的耐久性已經(jīng)不能滿足正常的使用功能。為了保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用，科學(xué)使用合適的加固技術(shù)尤為重要。

1 工程概況

本工程由數(shù)個(gè)3～7層的地上單體及1個(gè)2層的整體地下室組成，混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度6度，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50 a。原設(shè)計(jì)地上部分梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30，地上部分柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30～C45。結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)部分梁柱構(gòu)件混凝土強(qiáng)度未達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，經(jīng)工程五方責(zé)任主體多次專家論證后，決定對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部分混凝土構(gòu)件采取整體置換和加大截面的結(jié)構(gòu)加固處理，加固后使用年限為50 a。

2 工程重、難點(diǎn)

本工程項(xiàng)目規(guī)模非常大，加固施工內(nèi)容較復(fù)雜，專業(yè)性要求高，且工期緊迫。豎向構(gòu)件混凝土整體置換時(shí)，對(duì)臨時(shí)托換系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性要求高，要有足夠的安全余量，且置換構(gòu)件四周相鄰一跨范圍內(nèi)上方嚴(yán)禁堆載，確保加固施工期間結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

置換構(gòu)件施工前、施工中及施工后要求進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，尤其是置換構(gòu)件的位移監(jiān)測(cè)。根據(jù)測(cè)量精度要求，采用位移傳感器和精密水準(zhǔn)測(cè)量的2套系統(tǒng)對(duì)置換構(gòu)件實(shí)施位移監(jiān)測(cè)。新舊混凝土界面處理、植筋工程質(zhì)量控制、鋼筋安裝、特種混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)是加固施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)[2]。

3 加固施工技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

3.1 主要加固設(shè)計(jì)概況及施工內(nèi)容

本工程加固設(shè)計(jì)為主樓3根框架柱整體置換混凝土加固及主樓局部框架柱、梁加大截面法加固。根據(jù)加固設(shè)計(jì)圖紙及工程現(xiàn)狀實(shí)際，本工程加固施工內(nèi)容主要為：

1）置換臨時(shí)鋼支撐體系，施工操作架。

2）置換混凝土鑿除、新老結(jié)構(gòu)面混凝土鑿毛、界面處理、鋼筋除銹、鋼筋植筋、鋼筋安裝、支模架搭設(shè)、模板安裝、特種混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)。

3）混凝土截面加大加固（加大處澆筑特種混凝土）。

3.2 主要加固施工順序

根據(jù)本工程加固設(shè)計(jì)內(nèi)容，各分項(xiàng)工序組織同步展開(kāi)施工，加固施工總體上遵從先加固支撐、后拆除、再新建的順序。

3.3 混凝土柱整體置換加固施工技術(shù)

3.3.1 柱整體置換抱柱梁、鋼支撐系統(tǒng)安裝

置換柱下方層梁底以下500 mm設(shè)置抱柱梁，抱柱梁高1 100 mm、寬400 mm，抱柱梁面可根據(jù)支撐支座板錨栓位置預(yù)埋錨桿。置換柱上方層設(shè)置上抱柱梁，抱柱梁高1 200 mm，梁底距樓面板1 000 mm，寬400 mm。

置換柱置換鋼支撐采用φ219 mm×10 mm鋼支撐，配200 t自鎖液壓千斤頂，300 t軸力計(jì)、75 mm×5 mm角鋼組成。另置換柱相鄰梁底臨時(shí)鋼支撐采用φ168 mm×10 mm鋼支撐配50 t手動(dòng)千斤頂。置換柱抱柱梁及鋼支撐系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 置換柱抱柱梁及鋼支撐系統(tǒng)

置換柱鋼支撐設(shè)置于上下抱柱梁之間，穿樓層板設(shè)置6個(gè)鋼支撐，鋼支撐設(shè)置平面如圖2所示。

圖2 鋼支撐設(shè)置平面示意

抱柱梁施工時(shí)，先對(duì)柱四邊新舊混凝土交接面進(jìn)行鑿毛，并清洗鑿毛面。鉆孔植筋，植入抗剪銷，雙向?qū)ΨQ對(duì)穿。根據(jù)設(shè)計(jì)要求綁扎、焊接抱柱梁鋼筋骨架，支設(shè)模板。澆筑C50特種混凝土，特種混凝土采用人工澆筑，梁面入模，入模后輕敲模板致密。澆筑完成后的特種混凝土養(yǎng)護(hù)不少于5 d，5 d后可檢測(cè)特種混凝土同條件下的試塊強(qiáng)度，強(qiáng)度達(dá)到100%后可拆模、設(shè)置鋼支撐頂緊。

鋼支撐分段加工，上下兩段鋼管采用4個(gè)φ18 mm的高強(qiáng)螺栓擰緊連接，在安裝過(guò)程中采用2臺(tái)激光紅外線測(cè)垂儀在鋼支撐兩垂直面同時(shí)控制鋼支撐的垂直度，隨時(shí)注意糾正垂直度偏差，垂直度控制在1.5%以內(nèi)，使之滿足要求，鋼支撐間采用75 mm×5 mm角鋼連接形成橫檔。

梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)是否置換根據(jù)后期檢測(cè)結(jié)果定，若需置換，應(yīng)同時(shí)置換，各條梁端1 000 mm范圍梁底另外撐設(shè)φ168 mm×10 mm鋼支撐配50 t千斤頂臨時(shí)支撐，支撐門采用75 mm×5 mm角鋼連接形成橫檔。

3.3.2 柱反頂加載

置換柱鋼支撐安裝經(jīng)驗(yàn)收合格后，對(duì)擬置換柱加載卸荷。具體加載要求如下：

1）置換柱采用PLC同步液壓頂升系統(tǒng)對(duì)托換支撐體系進(jìn)行逐步分級(jí)加載，每次加載50～100 kN（5～10 t），首先鋼支撐系統(tǒng)千斤頂同步加載至設(shè)計(jì)軸力的40%，再同步加載鋼支撐系統(tǒng)千斤頂至設(shè)計(jì)軸力的90%（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)為80%～90%之間），然后停止加載并鑿除柱頂混凝土，待柱頂混凝土鑿除完成70%～90%后再適當(dāng)增加頂升力（5%～15%），最大頂升力不超過(guò)恒載＋活載工況。加載過(guò)程中對(duì)柱頂進(jìn)行實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)，控制反頂位移量不大于2 mm。加載采用雙控措施，以頂升軸力控制為主，位移控制為輔，即若加載過(guò)程中柱頂軸力達(dá)到設(shè)計(jì)恒載值時(shí)，控制位移量應(yīng)小于2 mm，此時(shí)應(yīng)停止加載。PLC同步液壓系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步升降的控制，滿足同步頂升、同步降落、重載稱重等功能，并能連接PC端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，便于監(jiān)視壓力和位移變化的全過(guò)程。

2）置換柱位移監(jiān)測(cè)通過(guò)每根柱設(shè)置1臺(tái)位移傳感器和水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并設(shè)專人按要求對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即上報(bào)。

置換柱各工況下單個(gè)千斤頂理論頂升力、反頂位移量數(shù)據(jù)為：置換柱內(nèi)力設(shè)計(jì)恒載值2 997 kN，柱內(nèi)力設(shè)計(jì)恒載值＋活載值3 795 kN；鑿除之前頂升系統(tǒng)頂力合力加載到90%，恒載值2 697 kN，單個(gè)千斤頂最大頂力449.6 kN，頂升位移量不大于2 mm；鑿除過(guò)程中頂升系統(tǒng)頂力合力加載到105%～115%，恒載值3 146.9～3 446.6 kN，且不大于設(shè)計(jì)恒載值＋活載值，具體以柱芯混凝土開(kāi)裂為準(zhǔn)，單個(gè)千斤頂最大頂力449.6 kN，頂升位移量不大于2 mm。

置換柱置換流程：置換柱標(biāo)高初始值觀測(cè)→上、下層抱柱梁安裝→支撐部位樓板開(kāi)孔→置換鋼支撐安裝千斤頂頂緊→千斤頂同步加載至40%荷載→千斤頂同步加載至90%荷載→置換柱鑿斷→反頂進(jìn)行位移補(bǔ)償不超過(guò)2 mm→置換柱鑿除→鋼筋制作安裝→模板制作安裝→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度→千斤頂分級(jí)緩慢同步卸載→支撐拆除及抱柱梁切割拆除→置換完成。

3.3.3 柱置換混凝土鑿除

反頂加載完成后鎖定液壓千斤頂，可進(jìn)行柱混凝土鑿除作業(yè)，鑿混凝土總體上人工可輔以電（風(fēng)）鎬開(kāi)鑿，關(guān)鍵的施工在于控制好截?cái)嘀▔Γr(shí)的荷載安全轉(zhuǎn)移。因此，柱子截面鑿斷時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)軸力監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)滿足要求時(shí)，方可截?cái)嘀印?/p>

先開(kāi)鑿上部柱混凝土，柱子開(kāi)鑿時(shí)應(yīng)逐步鑿除，先人工用電鎬較細(xì)致地剝離柱表面混凝土，待剝離出箍筋后再切割拆除箍筋，剝離、切割時(shí)要注意對(duì)鋼筋主筋的保護(hù)，不得損傷主筋。外部箍筋剝離后開(kāi)始鑿除主筋內(nèi)混凝土，內(nèi)部混凝土鑿除由上至下逐步鑿除（不得從下方或中間截?cái)啵扛鶑澢鹘顝碾娫鼔毫附宇^上下各約50 mm處采用氧氣氣割切斷，后調(diào)直原鋼筋，并重新設(shè)置綁扎1根長(zhǎng)度為置換范圍通長(zhǎng)布置、直徑不小于原設(shè)計(jì)的鋼筋，為加強(qiáng)后補(bǔ)主筋與原主筋的連接可靠性，原電渣壓力焊截?cái)嗖课簧舷赂?0d（d為鋼筋直徑）后補(bǔ)主筋，與原主筋單面搭接焊接。從上至下分層鑿除柱混凝土，（上下接頭及細(xì)部修鑿用電鎬，大面鑿除時(shí)可用風(fēng)鎬），注意保護(hù)主筋，芯箍若能保留則保留。柱置換混凝土鑿除如圖3所示。

圖3 柱置換混凝土鑿除示意

3.3.4 鋼筋綁扎、模板安裝

整柱混凝土鑿除、清理完成后，重新按原設(shè)計(jì)要求安裝柱箍筋，置換的柱箍筋若能安裝封閉箍，則加工成封閉箍，若安裝封閉箍有困難，則加工成開(kāi)口U形箍，U形箍?jī)砂胂嗷テ唇雍髥蚊娲罱雍高B接，焊縫長(zhǎng)度10d，柱箍筋與柱主筋滿扎綁扎。驗(yàn)收合格后方可封模，框架柱模板采用定制圓木模板作為面板，采用配套鋼帶固定。

3.3.5 柱置換混凝土施工

置換混凝土采用特種混凝土澆筑，強(qiáng)度等級(jí)比原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土高一級(jí)即C40。特種混凝土采用柱頂留設(shè)喇叭口澆筑或板上開(kāi)洞人工澆筑。特種混凝土澆筑不可采用振搗棒插入混凝土中振搗，為保證澆筑密實(shí)，采用人工輕輕敲打模板表面的方式或振搗棒貼模板外表面輔助振搗。

柱置換混凝土澆筑完成后至少養(yǎng)護(hù)3 d再拆模，其間噴水養(yǎng)護(hù)，拆模后包塑料薄膜澆水養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于14 d，指定專人澆水養(yǎng)護(hù)，每天澆水量應(yīng)保持塑料薄膜內(nèi)有凝結(jié)水，柱邊設(shè)置接水斗或擋水坎，防止施工用水流淌。

3.3.6 鋼支撐系統(tǒng)拆除

柱混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并送檢拆除支撐試塊達(dá)到100%，澆筑完成不小于7 d后可緩慢卸載、撤除鋼支撐系統(tǒng)。鋼支撐系統(tǒng)千斤頂卸載時(shí)上下兩層同步分次卸載至50%荷載，每次卸載50～100 kN（5～10 t），后兩層同步分次卸載至0荷載，拆除千斤頂鋼支撐系統(tǒng)，置換完成。

3.4 混凝土加大截面加固施工技術(shù)

3.4.1 鑿毛、界面處理

在老混凝土面澆筑新混凝土前，必須對(duì)混凝土接觸面進(jìn)行鑿毛，保證新、老混凝土良好結(jié)合。老混凝土面鑿毛采用人工鑿毛的方法，先將被加固的混凝土構(gòu)件表面粉刷層鑿除，再將表面鑿毛刷凈，除去浮渣或塵土，鑿除面層只能用小錘子、小鋼釬輕鑿，以免破壞老混凝土結(jié)構(gòu)。

3.4.2 鋼筋工程

植筋膠采用進(jìn)口喜利得品牌A級(jí)植筋膠，采用植筋專用機(jī)械鉆孔植筋，在植筋時(shí)不得損傷原結(jié)構(gòu)鋼筋，并保證相鄰結(jié)構(gòu)的安全，錨入深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，施工質(zhì)量應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范和規(guī)程要求。施工完成后應(yīng)按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行抗拔試驗(yàn)。

工藝流程：定位→鉆孔→清孔→注膠→插筋→調(diào)整→保護(hù)→檢測(cè)。

截面加大柱、梁鋼筋焊接接頭部位搭接原則上錯(cuò)開(kāi)35d且不小于500 mm，若有條件，搭接位置應(yīng)設(shè)置于構(gòu)件受力最小部位，可采用單面搭接焊或綁扎搭接連接。

3.4.3 模板工程

圓柱模板采用定制的木制建筑圓模板，木制建筑圓模板的安裝板用定型板拼裝，空缺部分加板補(bǔ)齊。安裝模板時(shí)，當(dāng)柱層高超過(guò)3 m時(shí)，左右兩邊模板的上下對(duì)接處需錯(cuò)位安裝，錯(cuò)位安裝可以保證圓柱的整體性和垂直度。模板拼縫外采用泡沫劑填縫，防止漏漿。

固定模板采用鋼帶水平扎捆，可以保證鋼帶受力均勻，柱配備厚1.2 mm鋼帶，間距300 mm。圓柱模板拼裝如圖4所示。

圖4 圓柱模板拼裝

截面加大梁模板采用厚12 mm木模板作為面板與60 mm×80 mm方木組合裝配，外用方木作為橫楞（間距≤300 mm），梁側(cè)模采用不小于φ14 mm螺桿點(diǎn)焊于主筋上或植筋植于梁上作緊固，配雙螺母雙山形卡與鋼管固定，梁底部緊固采用鋼管固定，間距≤300 mm，模板拼縫外采用泡沫劑填縫，防止漏漿。

3.4.4 加固混凝土施工

特種混凝土攪拌地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近澆筑施工地點(diǎn)，距離不宜過(guò)長(zhǎng)，每次攪拌量應(yīng)視使用量多少而定，以保證在40 min內(nèi)或根據(jù)施工條件確定的規(guī)定時(shí)間內(nèi)將料用完。

澆筑采用柱、梁頂留設(shè)加寬喇叭口澆筑或板開(kāi)洞方式人工澆筑。截面加大加固特種混凝土入模后用小工具輕輕敲擊模板表面，有利于特種混凝土澆筑密實(shí)。

澆筑時(shí)應(yīng)派專人在加固構(gòu)件旁，查看模板和鋼管構(gòu)件是否有位移變形和嚴(yán)重漏漿現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即停止?jié)仓?yīng)在已澆筑的混凝土初凝前整改完成。

混凝土澆筑完成后至少養(yǎng)護(hù)3 d再拆模，其間噴水養(yǎng)護(hù)，拆模后包塑料薄膜澆水養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于14 d，指定專人澆水養(yǎng)護(hù)，每天澆水量應(yīng)保持塑料薄膜內(nèi)有凝結(jié)水。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)加固施工的過(guò)程中，加固施工技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較為復(fù)雜和煩瑣，施工企業(yè)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，優(yōu)化結(jié)構(gòu)加固圖紙，制定適宜的施工方案，理清關(guān)鍵施工工藝和施工技術(shù)難點(diǎn)，有序開(kāi)展各項(xiàng)施工，對(duì)加固施工技術(shù)應(yīng)不斷規(guī)范和提升，這對(duì)保證房屋建筑工程的整體施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全有著重要的意義，有利于促進(jìn)房屋建筑施工的健康發(fā)展。