高層住宅局部剪力墻置換施工技術(shù)

朱永軍 馬永強(qiáng) 趙 軍 曹團(tuán)結(jié) 張 軍

1. 西安建工實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710065；2. 西安市建總工程集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710065

在建筑剪力墻結(jié)構(gòu)施工過程中，受到一些不利因素的影響，有可能出現(xiàn)局部剪力墻混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況，導(dǎo)致建筑整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性降低，這時就要采取措施予以處理。

工程中常用的處理方法有：對問題部位及上部結(jié)構(gòu)拆除重建法、加大截面法、外包型鋼法、包碳纖維法、置換法等[1-3]。

拆除重建固然是風(fēng)險最小且結(jié)構(gòu)安全最有保障的方法，但該方法經(jīng)濟(jì)性差、會極大地延長建設(shè)工期；加大截面法是通過加大剪力墻橫截面面積來提高其承載力，這樣會增加結(jié)構(gòu)自重，減少建筑物的使用空間，不適合在住宅建筑剪力墻加固時使用。

采用外包型鋼法和包碳纖維法處理，后期剪力墻強(qiáng)度理論上可提高，但難以定量，經(jīng)加固后的剪力墻與其他混凝土墻柱在抗震時的延性不匹配，仍存在一定的安全隱患，且該做法會造成建設(shè)單位交房困難，影響用戶后期裝修和使用。

置換法僅對強(qiáng)度不符合設(shè)計要求的剪力墻混凝土進(jìn)行完全鑿除，保留鋼筋，再用高于設(shè)計強(qiáng)度一個等級的混凝土重新澆筑[4]，該做法經(jīng)濟(jì)性好，工期較短，加固成功后無任何后顧之憂且不影響建筑物的使用面積，是處理住宅建筑局部剪力墻混凝土強(qiáng)度不足的優(yōu)選。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對某高層住宅局部剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土置換加固技術(shù)進(jìn)行介紹，包括置換前的支撐體系設(shè)計、選材、搭設(shè)，“跳倉法”置換施工全過程及上部結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測等。

1 工程概況

某棟住宅樓為18層，剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)施工至6層時，施工單位回彈檢測發(fā)現(xiàn)第3層結(jié)構(gòu)10軸/B-C軸、11軸/ B-C 軸及11軸/ C-D軸的墻體混凝土強(qiáng)度未達(dá)到C40的設(shè)計強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，通過對回彈強(qiáng)度檢測值修正后得出其實(shí)際強(qiáng)度僅能達(dá)到C25，不滿足設(shè)計要求，必須進(jìn)行加固處理。

在綜合考量且與建設(shè)單位和設(shè)計單位溝通后，本著堅(jiān)持質(zhì)量第一且不給業(yè)主留質(zhì)量隱患的原則，決定采用剪力墻混凝土置換施工方案，置換剪力墻位置如圖1所示。

圖1 置換區(qū)域示意

2 工藝原理

混凝土置換法是采用新澆筑混凝土部分或全部置換存在缺陷的混凝土，以達(dá)到在原截面保持不變的條件下，承載力和耐久性滿足原設(shè)計要求的加固方法。其主要技術(shù)特征是對已完成的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全支撐，然后將不合格墻體混凝土鑿除后，整理鋼筋及預(yù)埋電線管等，二次支模并澆筑新置換的混凝土。核心是通過方案設(shè)計將整段剪力墻劃分為多段墻體，通過逐段墻體的置換完成整段墻體的置換，在多道墻體施工中采用“跳倉法”置換保證了結(jié)構(gòu)安全和施工質(zhì)量，可以從根本上解決建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的缺陷，特別適用于處理局部的不合格墻體質(zhì)量問題，具有施工時間較短、成本較低、返工影響面小、效果好的優(yōu)點(diǎn)[5-7]。

3 施工工藝流程及要點(diǎn)

3.1 工藝流程

安全支撐設(shè)計與施工→置換墻體編號劃分→墻體第1次剔鑿拆除→墻體鋼筋、預(yù)埋線管整理、增補(bǔ)→墻體支模板→墻體澆筑混凝土→拆?！鷫w養(yǎng)護(hù)→墻體第2次剔鑿拆除→墻體鋼筋、預(yù)埋線管整理、增補(bǔ)→墻體支模板→墻體澆筑混凝土→墻體拆?！鷫w養(yǎng)護(hù)→墻體驗(yàn)收

3.2 施工要點(diǎn)

3.2.1 支撐體系設(shè)計

該棟樓現(xiàn)狀是墻體置換施工層位于第3層，主體混凝土結(jié)構(gòu)已施工至6層，5層和6層頂板未拆除支模滿堂腳手架及模板。因該棟樓已暫停施工，置換墻體承受第3層頂梁板及以上混凝土結(jié)構(gòu)自重荷載，同時承受5層及6層未拆模的施工恒荷載，因此安全支撐設(shè)計計算時不考慮上部的活荷載。在墻體拆除前必須對以上結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，卸除置換墻體承受的上部荷載，所以結(jié)構(gòu)安全支撐成為本工程最重要的施工環(huán)節(jié)。

支撐體系在置換施工層的搭設(shè)范圍是沿垂直剪力墻方向兩側(cè)各擴(kuò)大一個跨度開間，同時對2層和4層中，與3層墻體置換施工范圍對應(yīng)位置內(nèi)的梁板進(jìn)行二次支撐卸荷，支撐設(shè)于剪力墻兩側(cè)及梁底回?fù)?。?jīng)統(tǒng)計上部荷載，2層支撐承受的豎向荷載約為400 kN（按4層考慮），支撐體系設(shè)計采用0.8 m×0.8 m滿堂腳手架支撐并附加梁底0.6 m間距的獨(dú)立構(gòu)造支撐，經(jīng)計算，上述措施滿足安全要求，滿堂腳手架搭設(shè)如圖2所示。

圖2 滿堂腳手架搭設(shè)示意

3.2.2 支撐體系的選材及搭設(shè)

支撐采用滿堂鋼管架加方木形成穩(wěn)定的安全支撐體系，鋼管用φ48 mm×3.6 mm鋼管，方木用項(xiàng)目在用的40 mm×60 mm方木。支撐體系承受樓板的自重及樓板上施工荷載。鋼管立桿間距0.8 m，下設(shè)方木墊板，與置換墻間留出500～600 mm的操作面，在支撐立桿最頂部安裝U形頂托，同條直線上相鄰U形頂托上安裝40 mm×60 mm方木作為支撐小梁與原有現(xiàn)澆樓板緊密相接，承受、分散上部荷載。在支撐立桿豎向搭設(shè)3道水平桿連接，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇適當(dāng)部位安裝架體剪刀撐，增強(qiáng)整體剛度。

3.2.3 墻體分段置換的長度設(shè)計

依據(jù)設(shè)計計算結(jié)果及置換論證方案，按照置換原則“先次要后主要，先中間后兩邊”，分批置換墻體且每次拆除和恢復(fù)的墻體長度不大于2 000 mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)工程師提供的方案，在梁底增加梁底回?fù)?，與滿堂腳手架支撐體系共同承擔(dān)由被拆除的剪力墻承受的上部墻體及樓板、施工荷載。對要剔鑿拆除的墻體采用“跳倉法”（根據(jù)結(jié)構(gòu)工程師的建議及現(xiàn)場墻體情況采用間一隔一或隔二法）拆除。

3.2.4 預(yù)置換混凝土墻剔鑿拆除

1）滿堂腳手架安全支撐體系搭設(shè)完成且自檢合格后，上報監(jiān)理、建設(shè)單位驗(yàn)收，合格后，可按方案設(shè)計的拆除順序開始墻體的拆除施工。按照置換原則每次拆除和恢復(fù)的墻體長度不大于2 000 mm，在本工程中置換的墻體拆除施工分2次完成，第1次從一側(cè)對墻體拆除置換，當(dāng)置換墻體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，可開始第2次拆除。2次混凝土墻體間施工縫接觸面用混凝土界面劑處理。剪力墻墻體跳倉法置換編號如圖3所示。

圖3 墻體跳倉法置換編號

2）置換墻體拆除采取風(fēng)鎬、小電鎬剔鑿相結(jié)合的施工方法，拆除時可以由上至下逐步剔鑿拆除，直至剔鑿拆除完成。鑿除不合格混凝土?xí)r，應(yīng)在明顯分界線處多鑿30 mm，確保將不合格混凝土鑿除清理徹底。施工時，首先人工剔鑿掉墻體局部保護(hù)層，露出鋼筋或用鋼筋掃描儀掃描墻體，找出鋼筋的位置，觀察鋼筋的分布情況，根據(jù)原墻體鋼筋的設(shè)計間距，可以在墻體上標(biāo)出鋼筋的位置，以便剔鑿時避免或少傷鋼筋，為以后修復(fù)鋼筋創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。注意不可直接剔鑿鋼筋，在接近鋼筋位置時應(yīng)采用人工剔鑿。對鋼筋、預(yù)埋線管要整理、修復(fù)并驗(yàn)收合格后方可安裝模板。拆除的混凝土垃圾應(yīng)及時清運(yùn)，不得堆積在樓板上。

3）新舊混凝土交界面處理時，應(yīng)對舊混凝土表面進(jìn)行鑿毛，然后用高壓水沖洗清理，并涂刷高質(zhì)量混凝土界面黏合劑，達(dá)到新舊混凝土協(xié)同受力，防止銷栓效應(yīng)。涂刷結(jié)構(gòu)界面劑前，應(yīng)對原構(gòu)件表面界面處理質(zhì)量進(jìn)行復(fù)查，不得有漏剔除的松動石子、浮砂，以及漏補(bǔ)的裂縫和漏清除的其他污垢等。另外，剪力墻新舊界面上不宜留通長冷縫，應(yīng)做分段處理。

3.2.5 鋼筋工程

對剔除混凝土后的鋼筋，依據(jù)原設(shè)計圖紙、施工規(guī)范整理，對受損鋼筋進(jìn)行修復(fù)、更換、補(bǔ)強(qiáng)。鋼筋表面留存的混凝土等雜物可采用人工剔鑿、鋼絲刷等清理干凈；在拆除過程中彎折的鋼筋采用人工鋼筋扳手調(diào)直；對于在拆除過程中遭到電鎬剔鑿破壞的鋼筋，可以將此處鋼筋切斷，新增加鋼筋與原鋼筋進(jìn)行焊接，焊接長度符合規(guī)范要求；可對暗柱部分采用補(bǔ)強(qiáng)措施。剪力墻鋼筋網(wǎng)片的質(zhì)量應(yīng)符合GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定。

3.2.6 模板施工

混凝土置換墻模的支設(shè)需在鋼筋綁扎達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后進(jìn)行，且要求墻體鑿除清理干凈。選用方木、竹膠模板、對拉螺桿及鋼管加固的模板體系，模板與原結(jié)構(gòu)接縫處粘貼雙面海綿條防漏漿。

安裝模板前要檢查模板、對拉螺桿和鋼管等材料的剛度和穩(wěn)定性，混凝土模板的質(zhì)量和支護(hù)必須按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)置，確保模板不出現(xiàn)變形。模板頂部預(yù)留的混凝土澆筑口應(yīng)設(shè)置為喇叭口[8]。

置換墻體模板支設(shè)完成后，除應(yīng)對模板及其支撐進(jìn)行驗(yàn)收外，還應(yīng)對下列項(xiàng)目進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收：補(bǔ)配鋼筋或箍筋的品種、級別、規(guī)格、數(shù)量、位置等；補(bǔ)配鋼筋和原鋼筋的連接方式及質(zhì)量；界面處理及結(jié)構(gòu)界面劑涂刷的質(zhì)量。

3.2.7 置換剪力墻澆筑混凝土及成品養(yǎng)護(hù)

1）高位混凝土料口設(shè)計：混凝土澆筑采用高位進(jìn)料，在置換層頂板上層墻體的兩側(cè)根部安裝楔形進(jìn)料口，設(shè)計尺寸為150 mm×150 mm，用人工對此部位混凝土鑿除，避免損傷原有鋼筋，預(yù)置補(bǔ)漿口及排氣口、漏斗形混凝土進(jìn)料口高于澆筑完成標(biāo)高200～300 mm。

2）采用外購預(yù)拌混凝土，粗骨料粒徑宜為10～20 mm，流動性良好，采用C45早強(qiáng)微膨脹細(xì)石混凝土（比原設(shè)計強(qiáng)度提高一個強(qiáng)度級別）。

3）混凝土澆筑必須連續(xù)進(jìn)行，合理設(shè)置較短澆筑時間。插入式振搗器振搗，嚴(yán)格依據(jù)施工交底及GB 50166—2011《混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》的相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行。在墻體混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%及以上即可拆除此施工部位模板，所有墻體置換完成且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，方可拆除安全支撐體系。

4）混凝土澆筑完成后，安排專職人員加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)時間不少于14 d。

3.2.8 上部結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

首先在置換剪力墻上一層（即第4層）同位置墻體上安裝水平標(biāo)高監(jiān)測標(biāo)志，在相鄰不置換的墻體上設(shè)置水平標(biāo)高標(biāo)志作為監(jiān)測參照標(biāo)志，拆除施工過程中實(shí)時監(jiān)測置換層上層墻體的水平標(biāo)高監(jiān)測標(biāo)志與相鄰墻體水平監(jiān)測參照標(biāo)志的數(shù)據(jù)變化值，若監(jiān)測數(shù)值變化較大（接近安全值）或變化率較快時，應(yīng)立即停止施工，啟動應(yīng)急措施并且評估確認(rèn)安全后方可繼續(xù)施工。本工程實(shí)際施工全過程未出現(xiàn)明顯變形，表明施工時對內(nèi)力和位移的控制是合理和有效的[9]。

4 施工效果

本工程歷時10 d成功置換了3面剪力墻，既保證了整體工程進(jìn)度，又確保了施工質(zhì)量和安全，置換效果顯著。在置換施工完成后，經(jīng)原檢測機(jī)構(gòu)復(fù)檢，剪力墻混凝土強(qiáng)度等級均達(dá)到C40以上，外表未見加固痕跡，不影響后期室內(nèi)裝飾裝修施工。同時，經(jīng)過后期觀測，新舊混凝土結(jié)合面位置沒有裂縫產(chǎn)生，周圍結(jié)構(gòu)也未出現(xiàn)變形過大或開裂等異?，F(xiàn)象。施工結(jié)果表明，置換加固法有效處理了高層住宅局部混凝土剪力墻強(qiáng)度不滿足設(shè)計要求的質(zhì)量問題，確保了結(jié)構(gòu)安全，滿足了用戶的使用功能要求。同時，與整體拆除重新施工的方法相比[10-11]，置換法施工最大限度地節(jié)省了工期，節(jié)約了施工費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯，且該工藝施工難度不高，由項(xiàng)目現(xiàn)場土建人員即可完成全部剪力墻置換施工任務(wù)。

5 結(jié)語

本工程缺陷混凝土剪力墻的置換施工實(shí)踐，為解決建筑剪力墻結(jié)構(gòu)缺陷提供了技術(shù)積累。尤其是結(jié)構(gòu)中間層混凝土墻體質(zhì)量事故，受制于客觀條件，不便從上到下全部拆除，而混凝土墻體置換施工技術(shù)提供了一個較根本、效果較好的解決方法。通過該工程的具體實(shí)施，可得出高層住宅局部剪力墻置換施工的實(shí)施要點(diǎn)：

1）剪力墻置換加固施工時，各墻肢宜按先中間后兩邊的置換順序施工，可根據(jù)實(shí)際情況采用更多的分段數(shù)，但必須嚴(yán)格控制分段置換量。

2）在混凝土澆筑完成且強(qiáng)度達(dá)到70%以上后可拆除模板，但安全支撐體系在混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后方可拆除。

3）新置換加固的混凝土應(yīng)選擇比原設(shè)計強(qiáng)度提高一個強(qiáng)度等級的早強(qiáng)微膨脹細(xì)石混凝土，防止新老混凝土之間產(chǎn)生收縮裂縫。

4）在拆除過程中應(yīng)實(shí)時觀測拆除置換層墻體上層墻體的水平標(biāo)高監(jiān)測標(biāo)志與相鄰墻體水平監(jiān)測參照標(biāo)志的變化情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)值變化較大或變化率較快時，應(yīng)立即停止拆除施工，采取應(yīng)急措施后方可繼續(xù)施工。