老舊砌體結(jié)構(gòu)抗震加固研究綜述

沈江元，毛信芳

（1.北京維拓時(shí)代建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，北京 100025；2.南京高科股份有限公司，南京 210023）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地資源變得稀缺，在現(xiàn)有建筑中，磚混結(jié)構(gòu)建筑占很大比例。磚混結(jié)構(gòu)建筑具有承重和抗震性能，但磚墻材料的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度較低，具有自重大、整體性差和易發(fā)生脆性破壞等特點(diǎn)，導(dǎo)致抗震性能較低。

在唐山、汶川和玉樹的地震中，磚混建筑倒塌，造成許多人員傷亡。但重建既不理想，也不滿足可持續(xù)發(fā)展要求。專家指出，改造費(fèi)用占重建成本1/15。解決這些磚混建筑問題的最佳途徑是合理改造以提高其使用壽命，因此可以在抗震評估的基礎(chǔ)上采取各種加固措施，以滿足抗震防護(hù)的需要。

1 老舊砌體（磚混）結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞原因及破壞形式

1.1 影響磚混結(jié)構(gòu)抗震性能的主要因素

磚混結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本較低，建造時(shí)所需材料簡單易于獲取，建造技術(shù)簡單，且受經(jīng)濟(jì)影響，導(dǎo)致現(xiàn)階段在使用建筑中占較大比例。影響磚混結(jié)構(gòu)抗震性能的因素有以下幾點(diǎn)。

1）房屋主體結(jié)構(gòu)的損傷。因風(fēng)化、使用過程中的意外損壞等，產(chǎn)生一定的裂縫問題，伴隨裂縫不斷延伸，磚混建筑主體結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)較多的損傷，會影響磚混結(jié)構(gòu)的承載能力和抗剪能力。

2）地基存在不均勻沉降的情況。由于地下水位的下降、地基在建造時(shí)未夯實(shí)、密實(shí)等原因，造成地基的不均勻沉降，一旦這種情況發(fā)生，會對磚混結(jié)構(gòu)的使用性能造成直接的影響，出現(xiàn)明顯的裂縫，甚至造成部分結(jié)構(gòu)的破壞。

1.2 破壞形式

1）地震時(shí)對于墻體的主要破壞模式為斜向裂縫、X向裂縫、水平裂縫及垂直裂縫，通常出現(xiàn)在樓梯頂層休息平臺上方的外縱墻和開放式房間外縱墻的窗臺下方。

2）樓板和屋面的破壞模式是屋面保溫層和蓋板的散落和倒塌；樓板、頂板與墻體之間的水平裂縫、樓板與磚墻之間的錯(cuò)動、樓板與墻體之間的洞口等。

3）屋外艙室周邊墻體主要存在單向斜裂縫或X形裂縫，墻體轉(zhuǎn)角處存在環(huán)形水平裂縫。

4）當(dāng)兩側(cè)墻體變形時(shí)，平拱磚過梁將在跨中位置或支座處出現(xiàn)裂縫，甚至發(fā)生掉磚的情況。

2 老舊砌體（磚混）結(jié)構(gòu)抗震加固原則及注意事項(xiàng)

2.1 抗震加固原則

未經(jīng)專項(xiàng)技術(shù)鑒定的房屋不作加固設(shè)計(jì)；不接受未完成或不符合要求的工程。施工時(shí)必須遵循設(shè)計(jì)方法，嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范，確保以有序的方式進(jìn)行加固工作。同時(shí)兼顧美觀，確保安全、經(jīng)濟(jì)和高效，減少對建筑物正常使用的影響。

2.2 抗震加固過程中的注意事項(xiàng)

應(yīng)當(dāng)避免損壞原有結(jié)構(gòu)。在鋼筋施工中，應(yīng)避免或盡量減少對原有墻體和結(jié)構(gòu)各部分的損壞，特別是在樓板或砌體中鉆孔時(shí)，鉆孔不得損壞原有鋼筋，砌體洞口應(yīng)盡量減少振動；注意柱墻柱鋼筋搭接。后壁柱必須有基礎(chǔ)，延伸的主加強(qiáng)筋不得在同一截面上斷裂，重疊長度也應(yīng)符合規(guī)范要求；圈梁及伸縮縫處理后，在伸縮縫處斷開環(huán)梁；只有確保伸縮縫的功能并分別閉合伸縮縫兩側(cè)，才能達(dá)到抗震目的；拆卸新老墻紙、混凝土筏，先用清水清洗干凈，施工后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保證新舊結(jié)構(gòu)整體成型。還應(yīng)注意的是，磚的最低強(qiáng)度應(yīng)為MU10，并可在高于原計(jì)劃的水平上使用。

新老墻體接縫及混凝土接縫應(yīng)先用清水清洗干凈，施工完畢后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，確保新老結(jié)構(gòu)形成整體。且更需注意的是，磚的強(qiáng)度不應(yīng)低于MU10，可采用比原設(shè)計(jì)高一級的砂漿。

3 老舊砌體（磚混）結(jié)構(gòu)常用加固技術(shù)分析

3.1 面層加固法

3.1.1 水泥砂漿面層或鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固法

在使用該方法時(shí)，通過在磚墻的外側(cè)采用一定厚度的水泥砂漿面層或鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層，提高磚墻抗震能力。水泥砂漿面層的厚度為20～40 mm，砂漿強(qiáng)度等級一般采用M10，鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑宜為4 mm或6 mm，鋼筋間距一般為300 mm×300 mm，鋼筋網(wǎng)通過每隔一定間距布置的錨筋與墻體連接。使用這種加固方法后，磚砌墻體自重增加較少，故加固位置無需自下而上不間斷，但可以基于建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定結(jié)果，可只對不滿足抗震承載力要求的樓層或墻段進(jìn)行加固。

3.1.2 高延性混凝土面層加固技術(shù)

將高延性混凝土抹壓在砌體結(jié)構(gòu)層表面對砌體墻體進(jìn)行加固。一般采用10～25mm厚的高延性混凝土面層即可，對結(jié)構(gòu)自重的影響不明顯。當(dāng)進(jìn)行室外加固時(shí)，不用拆除空調(diào)、護(hù)欄等設(shè)施，有節(jié)省大量人力物力、提高施工效率和降低工程成本的優(yōu)點(diǎn)。主要工藝包括：墻體刨鑿、混凝土現(xiàn)場攪拌、抹灰等。該方法的操作流程，與傳統(tǒng)抹灰工藝基本一樣，操作簡單，對墻體主體要求較低。與增設(shè)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層的加固方法相比，加固墻體的開裂荷載明顯增加，承載力緩慢下降，在遭遇地震時(shí)，破壞具有一定延性。當(dāng)采用面層厚度超過30mm高延性混凝土?xí)r，要增設(shè)鋼筋網(wǎng)片，形成“砌體-高延性混凝土”的組合墻體。研究表明，由于高延性混凝土的延性在高溫下會顯著降低，因此該方法適用的環(huán)境溫度一般不宜超過80℃。

3.1.3 碳纖維布（CFRP）加固技術(shù)

CFRP加固是用結(jié)構(gòu)膠將CFRP粘在墻體基面上，達(dá)到增強(qiáng)整體承載性能的目的。相關(guān)工藝包括：墻面鑿毛、打磨、CFRP粘貼、粘貼后CFRP表面抹灰砂漿保護(hù)等。碳纖維布是一種高強(qiáng)、耐腐蝕及防潮的材料，不怕火，經(jīng)久耐用，用于不同條件下的建筑物加固。然而，碳纖維加固石材砌體的設(shè)計(jì)相對較晚，且施工成本較高，因此該加固技術(shù)尚未得到普及。

3.2 鋼筋混凝土板墻加固法

該方法是在被加固磚墻的一側(cè)或兩側(cè)澆筑或噴射一定厚度的鋼筋混凝土墻，以提高原有墻體的抗震承載能力的加固方法。采用該方法加固時(shí)，混凝土強(qiáng)度應(yīng)確定為C20，鋼筋宜采用HPB235級或HRB335級熱軋鋼筋；板墻一般設(shè)置單排雙向鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距為150～200 mm。單板墻通常與主墻連接，錨固深度不小于120 mm，雙面墻與墻體連接。鋼筋混凝土墻體厚度大，自重大，因此，鋼筋應(yīng)以自底向上的連續(xù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，必須有自己的基礎(chǔ)，墻基一般與原地基一樣深。一樓室外的板墻在地面以上部分必須足夠厚以提高其耐久性。

3.3 外加圈梁或構(gòu)造柱加固法

增設(shè)構(gòu)造柱不僅可以提高墻體的抗剪承載力，還可以抑制墻體開裂，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，增加結(jié)構(gòu)在地震中的整體剛度，結(jié)構(gòu)在斷裂時(shí)有一定張力，從而防止房屋的突然倒塌。但是結(jié)構(gòu)柱本身很大，固定后會增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載，所以加筋柱必須有相應(yīng)的基礎(chǔ)。外支撐應(yīng)與墻連接，通過拉結(jié)鋼筋、銷鍵、壓漿錨桿、錨筋與墻連接。

附加圈梁應(yīng)封閉在同一樓層平面和樓層標(biāo)高內(nèi)；附加圈梁應(yīng)通過陽臺、雨篷和樓梯窗附近的標(biāo)高轉(zhuǎn)換，并局部加固；變形縫兩側(cè)附加圈梁分別封閉，交叉環(huán)在變形縫段內(nèi)封閉。可采用拉桿或型鋼代替混凝土圈梁。

3.4 增設(shè)抗震墻加固法

抗震墻砌筑時(shí)，砂漿強(qiáng)度等級應(yīng)高于原墻實(shí)際強(qiáng)度一個(gè)等級，且不低于M2.5。增設(shè)的砌體抗震墻厚度不應(yīng)小于190 mm，一般采用現(xiàn)澆帶或鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行加強(qiáng)。墻頂應(yīng)設(shè)置與墻等寬的現(xiàn)澆鋼筋混凝土蓋梁，并與樓蓋、屋蓋梁及板進(jìn)行可靠的連接，附加防震墻必須與原墻牢固連接。防震墻必須有基礎(chǔ)，其深度必須與相鄰防震墻相同。防震墻應(yīng)與既有磚墻、柱、梁和板可靠連接并加固。鋼筋適用于建筑物的綜合抗震潛力不能滿足鑒定要求，或抗震橫墻間距超過要求的情況。

4 老舊砌體（磚混）結(jié)構(gòu)常見抗震加固技術(shù)的缺點(diǎn)

1）磚混結(jié)構(gòu)大多數(shù)抗震加固設(shè)計(jì)方法都是“抗”，即增加結(jié)構(gòu)截面和配筋數(shù)量以抵抗地震。但是其缺點(diǎn)如下：①結(jié)構(gòu)斷面越大，剛度就越大，地震作用力也就越大，因此，為了提供必要的截面和鋼筋，施工成本越大；②在超高烈度的突發(fā)性地震中，由于地震的突發(fā)性，可能會對附加建筑物造成嚴(yán)重破壞；③無法保證建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會受損。

2）常見的磚混結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)方法多以濕法施工作業(yè)，施工時(shí)揚(yáng)塵較大，對環(huán)境有一定的影響，加之現(xiàn)在許多城市制定了環(huán)保規(guī)范，濕法作業(yè)會受到一定的影響。水泥砂漿面層或鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固法在施工時(shí)，由于混凝土面層厚度較小，如使用混凝土砂漿，施工時(shí)間較強(qiáng)且用量較少，必將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)；如人工攪拌混凝土砂漿，會因攪拌技術(shù)問題導(dǎo)致部分砂漿質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)；鋼筋混凝土板墻加固法施工時(shí)，噴射混凝土，石子會掉落，導(dǎo)致混凝土不符合標(biāo)準(zhǔn)。而且濕法施工工期較長，混凝土養(yǎng)護(hù)又是一個(gè)技術(shù)問題。

3）對于有一定紀(jì)念意義的磚混結(jié)構(gòu)建筑，對其進(jìn)行抗震加固時(shí)必須保證建筑物的完整性和外貌完整性，故需要根據(jù)建筑物各個(gè)部位實(shí)際情況運(yùn)用不同種抗震加固技術(shù)。這樣就增加了工程項(xiàng)目的復(fù)雜性，需要更多進(jìn)場施工的工種及設(shè)備，可能會對建筑造成二次破壞。

5 新型老舊砌體（磚混）結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)

5.1 預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法是在配筋磚墻預(yù)應(yīng)力筋兩側(cè)沿?zé)o粘結(jié)方向按一定間距對稱布置，對磚墻施加豎向預(yù)應(yīng)力，以提高墻體的抗震能力。對于帶構(gòu)造柱的磚混墻體，采用豎向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋加固后，大大提高了墻體的受剪承載力和延性，大幅增強(qiáng)耗能能力。無筋磚墻采用豎向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋加固后，加固效果不如帶構(gòu)造柱磚墻。另外，施加豎向預(yù)應(yīng)力后，可以顯著提高墻體的抗裂能力，這對磚混結(jié)構(gòu)在小震和中震下的抗震性能將有很大改善，若設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)脑挘梢詫?shí)現(xiàn)“中震不壞”的抗震性能目標(biāo)。

5.2 磚混結(jié)構(gòu)隔震支座托換技術(shù)

首先，對鋼筋混凝土銷梁進(jìn)行預(yù)制，同時(shí)進(jìn)行磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的加固施工。安裝隔震支座的磚混結(jié)構(gòu)墻體應(yīng)打孔，并安裝銷梁。銷梁施工完成后，進(jìn)行上、下路肩梁施工。當(dāng)肩梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上時(shí)，才應(yīng)在安裝隔震支座的墻體上開孔施工。接下來，應(yīng)建造上下密封板，并安裝隔震支座。當(dāng)所有混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的70%后，可拆除上下路肩梁之間的剩余墻體，并對磚混結(jié)構(gòu)隔震支座進(jìn)行托換。

隔震托換技術(shù)用于隔離建筑的地震能量輸入，并通過過濾提高建筑結(jié)構(gòu)的剛度和延性。通常，在建筑物和地基之間安裝一個(gè)特殊裝置“隔離墊”，將建筑物與地面隔絕，防止地震能量傳遞給建筑物，減少地震災(zāi)害的影響。

6 結(jié)束語

磚混結(jié)構(gòu)建筑物目前存在數(shù)量很多，而且在未來的很長一段時(shí)間內(nèi)，磚混結(jié)構(gòu)建筑物依舊在使用。但是我國是地震多發(fā)的國家，從幾次大地震中得到教訓(xùn)，由于磚混結(jié)構(gòu)本身抗震性能較差，而且十幾年之前，受經(jīng)濟(jì)條件和施工技術(shù)的影響，建造磚混結(jié)構(gòu)建筑時(shí)，材料性能很差，施工技術(shù)欠缺，導(dǎo)致建造的房屋在工程質(zhì)量上有很大的安全隱患。對于磚混結(jié)構(gòu)建筑的抗震加固，目前具有很大的發(fā)展?jié)摿?，有很多機(jī)構(gòu)對抗震加固投入大量的研究。加之磚混結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)的發(fā)展，可根據(jù)鑒定結(jié)果，采用更為合理的抗震加固技術(shù)。

研發(fā)新材料運(yùn)用于磚混結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)研究，比如高強(qiáng)度高延性混凝土的研發(fā)，使面層加固技術(shù)、夾板墻加固技術(shù)得到很大程度的發(fā)展，也提高這些技術(shù)的加固效果。預(yù)應(yīng)力加固方法也是目前磚混結(jié)構(gòu)抗震加固發(fā)展的一個(gè)方向，該技術(shù)會大大減少工程成本及工程量。但是設(shè)計(jì)階段時(shí)計(jì)算較為復(fù)雜，且施工技術(shù)有一定的限制，故該項(xiàng)技術(shù)還需繼續(xù)發(fā)展下去才能廣泛應(yīng)用。磚混結(jié)構(gòu)抗震加固領(lǐng)域中隔震層設(shè)置及托換技術(shù)是較為先進(jìn)的技術(shù)。