框架結(jié)構(gòu)建筑加固技術(shù)應(yīng)用分析

宋明宇 （安徽省特種建筑技術(shù)承包有限公司，安徽 合肥 230061）

0 前言

在實際的加固技術(shù)應(yīng)用期間，施工人員主要通過直接加固和間接加固兩種方式達(dá)到相應(yīng)的施工目的，在直接加固法中，主要有增大截面加固法、置換混凝土加固法、外粘型鋼加固法、外粘鋼板加固法，間接加固法中，主要有外加預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支撐加固法、消能減震等多種加固方法，建筑施工人員應(yīng)密切關(guān)注老舊結(jié)構(gòu)的特點和性能使用情況，對各類結(jié)構(gòu)進(jìn)行完整的加固分析，達(dá)到國家規(guī)定的加固抗震要求。

1 工程施工概況

1.1 基本情況

本次施工項目位于安徽省合肥市濱湖新區(qū)的附近區(qū)域，建設(shè)方要求對已經(jīng)建成的商業(yè)辦公樓地下二層至七層進(jìn)行改造加固處理，滿足設(shè)備機(jī)房的荷載和后續(xù)廚房的投入使用要求。經(jīng)過建筑施工企業(yè)多方交流后，在合理工期內(nèi)對此座地下2 層、地上22 層的商業(yè)辦公樓裙房商業(yè)等室內(nèi)改造工程進(jìn)行施工，整個加固改造范圍在7000m2左右。

1.2 加固方法

由于此次施工工程要實施諸多加固管理措施，建筑施工企業(yè)通過合理方式對相關(guān)區(qū)域頂板進(jìn)行滿堂腳手架頂撐卸載處理后進(jìn)行梁加大截面施工，此次施工的樓層梁板混凝土等級為C35，樓層頂板整體模板厚度在100mm 左右，在加固設(shè)計過程中，經(jīng)過施工人員的精準(zhǔn)測量后，辦公樓結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)區(qū)格大多數(shù)為3.5×9m/12.15m 左右，在實際的加固設(shè)計過程中，頂板設(shè)計及樓板自重恒荷載為12.5kN/m2。整個施工項目以扣件式帶支撐頂鋼管為主要支撐架構(gòu)滿足整個頂板的安全穩(wěn)定要求[1]。

其他的加固形式還有對三至七層邊柱進(jìn)行包鋼加固處理；梁加大截面混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后進(jìn)行支撐卸載；在新梁之間架設(shè)鋼梁（噴涂防火涂料）從而縮短板跨度；板底與板面拆除地面裝飾層后粘貼碳布；包鋼和碳布做1：2.5 砂漿保護(hù)層。

1.3 材料要求

①首先，針對鋼管等基礎(chǔ)生產(chǎn)材料，采購部門應(yīng)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)批量引進(jìn)Φ48×3.5 焊接鋼管，在確保鋼管表面平整光滑的基礎(chǔ)上，適當(dāng)在其表面涂抹些許防銹漆，避免裂紋、結(jié)疤的現(xiàn)象，確保切斜偏差不超過1.7mm，鋼管外表面銹蝕深度不超過0.5mm。同時，應(yīng)按照鋼管腳手架扣件管理規(guī)定，滿足鋼管和扣件吻合面完全結(jié)合，與此同時，螺栓結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)松動滑絲，當(dāng)對鋼管材料進(jìn)行加固處理時，應(yīng)滿足開口處最大距離不超過6mm 的條件[2]。當(dāng)扣件螺栓的擰緊扭力矩達(dá)到65N·m 時，可鍛鑄鐵扣件不得破壞。

②鋼筋：原材料質(zhì)量證明書中廠名、生產(chǎn)日期、爐罐號、鋼筋級別、直徑等信息是否與每捆鋼筋上的掛牌一致（重點注意捆數(shù)、直徑、爐罐號）。

③植筋膠：A 級植筋膠、耐濕熱老化及長期應(yīng)力應(yīng)滿足圖紙及設(shè)計年限要求。

④混凝土：現(xiàn)場考察有資質(zhì)的廠家，對其原材料質(zhì)量和供貨能力進(jìn)行詳細(xì)了解。

2 梁加大截面施工要求及遇到的難點解決方法

2.1 各荷載區(qū)域頂撐鋼管材料支撐搭建的施工要求

針對整個綜合辦公樓的整體框架，建筑設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)對4-7 層頂板空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)處理，例如，建筑設(shè)計人員應(yīng)在頂板底部安設(shè)適量的滿堂頂撐鋼管支撐架，通過合理方式確保鋼管支撐架立桿縱向距離0.9m[3]、橫向距離1.2m，通過合理的計算方式確保樓層頂板頂撐支撐架的區(qū)域高度為5.2m左右。

2.2 頂撐鋼管支撐架構(gòu)造方案

首先，借助先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備將大量荷載壓力傳遞給加固立桿等結(jié)構(gòu)。施工作業(yè)人員應(yīng)采用統(tǒng)一方式在頂托施加諸多頂力，確保立桿等結(jié)構(gòu)利用頂托、木方板支撐頂板，值得注意的是，應(yīng)在頂托內(nèi)加設(shè)6×10cm 的木方，整體伸出長度在155-305mm 左右。同時，在安裝過程中，應(yīng)確?？奂菟ǖ目古ち卦?2N·m～68N·m 之間[4]，整個扣件抗滑荷載在12kN左右，在對每個區(qū)域進(jìn)行連接操作時，應(yīng)用盤扣進(jìn)行連接；其次，在實際的加固過程中，應(yīng)設(shè)置適量的剪刀撐在外側(cè)結(jié)構(gòu)立面，在支架四周和中間的適當(dāng)區(qū)域設(shè)置1-2 道縱向剪刀撐，在整個架構(gòu)內(nèi)均勻安設(shè)后，應(yīng)在每個剪刀撐內(nèi)部設(shè)置6-8 根立桿，保證間距不超過6.2m，在立桿與地面形成46°～61°夾角后，通過旋轉(zhuǎn)扣件方式，將相關(guān)構(gòu)件扣在橫向水平桿的伸出部位與立桿上，旋轉(zhuǎn)扣件中心部到關(guān)鍵支撐部位的距離應(yīng)低于155mm，最上端水平拉桿到頂托的距離應(yīng)小于502mm，最后，應(yīng)通過加設(shè)橫向掃地桿，利用頂撐鋼管進(jìn)行加固處理，同樣，樓層底板頂應(yīng)通過頂撐鋼管支撐架進(jìn)行管理，支撐的每根立桿應(yīng)加設(shè)底座，在立桿底部設(shè)置方木。具體的鋼管支撐架構(gòu)圖詳見現(xiàn)場計算書[5]。

2.3 植筋

打孔深度按設(shè)計要求≥25d，主筋采用?22 的，植筋深度為525mm。驗孔合格后，植筋前應(yīng)對原植筋范圍內(nèi)鋼筋進(jìn)行除銹，注膠采用專用膠槍邊注邊緩慢拔出。將處理好的鋼筋旋轉(zhuǎn)緩慢插入孔道內(nèi)，使植筋膠飽滿附著在鋼筋表面。植筋時錯開原有受力鋼筋。

2.4 鋼筋綁扎

因植筋深度要求在550mm 左右且底部有兩排鋼筋，在鉆孔時遇到原有鋼筋需要避讓，造成孔位不對齊。植筋后鋼筋不在一個平面，鋼筋安裝綁扎焊接時就會造成如下困難：

①開口箍筋從下部套入后采用人工彎折時會造成彎折面不平齊、中間和腰部突出，難以封模板和控制梁面標(biāo)高；

②貫通筋和植筋焊接、箍筋開口處彎折后焊接都會出現(xiàn)錯位難焊接。

處理措施：經(jīng)過摸索在植完筋固化后進(jìn)行校正，現(xiàn)場自制針對開口箍筋彎折的扳手；對需要彎折的部位在下料時進(jìn)行標(biāo)記。工人按照標(biāo)記的位置采用一個特制扳手固定，另一個專用扳手進(jìn)行扳彎，立即用扎絲綁扎校正使其平整便于后期焊接。

對于主筋和腰筋與貫通筋的連接主要以控制在上下一個平面，綁扎時先對連接處進(jìn)行綁扎和焊接，后再進(jìn)行箍筋與主筋其他部位的連接；這樣就能避免綁扎完焊接時發(fā)現(xiàn)兩個鋼筋上下不在一個平面，又因綁扎固定不能調(diào)整的問題。

圖1 梁增大截面配筋類型

2.5 模板安裝

加大截面不方便使用對穿螺桿，通常加固的方式是植螺桿緊固側(cè)模板。但本工程工期緊、工程量大，采用傳統(tǒng)的方式需要鉆孔、植螺桿還要等植筋膠固化，會造成成本和工期的增加。

考慮到本工程采用滿堂架，第一次打半層的時候利用方木頂住滿堂架支撐鋼管的側(cè)面，在澆筑時出現(xiàn)架體邊部鋼管被頂彎。針對此問題，總結(jié)經(jīng)驗后采用新的加固的方法：對支撐側(cè)模板的方木設(shè)置兩道斜撐加固，架體上方四周用鋼管和方木頂在原有四周梁和剪力墻上使其架體和原結(jié)構(gòu)形成一個整體。

2.6 混凝土澆筑

澆筑時采用從梁的中間（原梁的頂部）向兩邊進(jìn)行，避免從梁的一側(cè)澆筑；澆筑時從遠(yuǎn)至近先澆筑1/3，再回頭澆筑剩余部分混凝土。

3 柱外包鋼加固的施工要求及遇到的難點解決方法

3.1 柱外包鋼加固法

根據(jù)圖紙及設(shè)計要求對柱加固構(gòu)件的四周包裹角鋼、綴板等材料，本工程采用濕式外包鋼的加固方式。主要是指在被加固構(gòu)件和角鋼之間留有一定的間距，通過選用一些性能較好的包鋼灌漿料將相關(guān)結(jié)構(gòu)填滿塞實。經(jīng)過施工建筑人員的不斷完善和改進(jìn)，外包鋼加固法被應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，不會對構(gòu)件截面的尺寸作出巨大的調(diào)整，并且節(jié)約大量的施工材料，采用合理方式確保構(gòu)件承載力、延展性和剛度逐漸增強(qiáng)。與此同時，應(yīng)用此種加固施工方法也將面臨諸多現(xiàn)實應(yīng)用問題，施工作業(yè)人員需要調(diào)整好梁柱混凝土的表面處理、角鋼及扁鋼綴板結(jié)合面處理、結(jié)合面黏結(jié)劑的選擇及施工、鋼構(gòu)套的保護(hù)和角鋼通過樓板的施工等施工環(huán)節(jié)。在加固過程中，此種加固方法也存在一些困難。

3.2 施工中的具體問題和解決方法

3.2.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→搭設(shè)排架→界面處理→鋼材規(guī)格制作→鋼材除銹→鋼板粘貼→化學(xué)錨栓或膨脹螺栓固定加壓→保養(yǎng)固化→檢查。

鑿除加固處的粉刷層至混凝土表面結(jié)構(gòu)，將混凝土表面打磨平整，表面沒有浮漿等雜物。

所有鋼結(jié)構(gòu)件在制作前按要求1:1施工大樣，按現(xiàn)場實際尺寸復(fù)核準(zhǔn)確后進(jìn)行下料。

按圖紙及現(xiàn)場施工要求在原混凝土結(jié)構(gòu)上打孔，預(yù)埋專用化學(xué)螺栓。

將已去銹和粗糙處理的角鋼骨架貼附于需加固的混凝土表面，用步步緊卡緊后對綴板的粘接面進(jìn)行緊固處理，再將其與已經(jīng)固定住的角鋼骨架焊牢。

用環(huán)氧樹脂材料和膩子粉均勻攪拌出來的膠泥將角鋼及綴板與周圍結(jié)構(gòu)留有的縫隙封閉，留出100mm 排空氣塑料管，同時兼做灌漿材料的灌漿嘴，間距為2～3m。

待灌漿嘴粘牢后，用空壓機(jī)將包鋼灌注膠從灌漿嘴壓入；當(dāng)排氣孔出現(xiàn)灌膠材料后，停止加壓，用扎絲扎緊塑料管口；再以較低壓力繼續(xù)10min 左右方可停止灌漿。

灌注完成后對角鋼穿樓板處洞口用混凝土澆實。

圖2 柱外包鋼加固平面圖

包鋼表面進(jìn)行1：2.5 砂漿防護(hù)層施工。

3.2.2 遇到的問題

①原柱表面的粉刷層鑿除后出現(xiàn)凹凸不平的面；柱結(jié)構(gòu)表面原來留有的油污層、混凝土澆筑質(zhì)量差，漲模后存在的部分鑿出及松散混凝土需要剔除。

②焊接時角鋼及鋼板材料不好固定。

③柱包鋼焊接完成后灌膠時發(fā)現(xiàn)灌膠材料因為角鋼及鋼板與柱貼合過于緊密灌不進(jìn)去、灌不密實。

3.2.3 處理方法

①鋼材與混凝土結(jié)合面處理是重中之重，在修復(fù)過程中，可以使用鋼絲刷等器具將異物清洗干凈，針對角鋼和扁鋼綴板結(jié)合面，應(yīng)將銹垢去除后磨掉金屬光澤表面，并借助先進(jìn)的二甲苯清洗劑完成。對混凝土澆筑質(zhì)量問題產(chǎn)生的漲模和松散部位鑿除后用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)后再大面積施工。

②焊接前對于角鋼及鋼板連接處用膨脹螺栓固定。

③角鋼及鋼板與柱貼合過于緊密灌不進(jìn)去、灌不密實的處理辦法是在組裝焊接前，在鋼板和角鋼背面墊焊一個墊片處理；再去與原結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接組裝后就有間隙能夠灌注進(jìn)去了。

4 結(jié)語

總而言之，加固技術(shù)應(yīng)用于此商業(yè)框架結(jié)構(gòu)改造加固能夠滿足使用方貴重設(shè)備承載力及使用年限要求。