框架結(jié)構(gòu)改造為磚混結(jié)構(gòu)的加固施工及管理

鄭嘉新，張超,李慶濤

（1. 徐州市泉山國(guó)有資產(chǎn)投資經(jīng)營(yíng)有限公司，江蘇 徐州 221009；2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

1 工程概況

某學(xué)校教1 樓建于1982 年，采用裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，部分為7 層，部分為5 層，位于抗震設(shè)防烈度為7 度區(qū)域。層高為3.9 m，總建筑面積6 000 m2?；炷林欠侄晤A(yù)制，樓板采用預(yù)制鋼筋混凝土空心樓板，屋頂采用預(yù)制多孔板和鋼屋架組成的屋頂板。改造前教學(xué)樓的外觀如圖1 所示，底層大廳及屋頂分別如圖2 和圖3 所示。

圖1 改造前教學(xué)樓外觀圖

圖2 改造前1 層大廳

圖3 改造前屋頂

經(jīng)過(guò)檢測(cè)鑒定后發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)樓為D 級(jí)危房，需要立即進(jìn)行加固，其框柱不滿(mǎn)足安全要求、框架梁不滿(mǎn)足構(gòu)造要求。目前，常見(jiàn)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的加固方法主要是貼碳纖維布法[1-3]、粘鋼法[4-6]和增大截面法[7-9]。經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采用把框架結(jié)構(gòu)改造成為磚混結(jié)構(gòu)的方案性?xún)r(jià)比最高。具體方案是，首先將結(jié)構(gòu)降低為5 層，拆除第6 層和第7 層除兩端樓梯間結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件，在磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，充分運(yùn)用原來(lái)的框架柱和框架梁，分別將原框架結(jié)構(gòu)中的框架柱和框架梁轉(zhuǎn)換為磚混結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱和圈梁。改造前框架結(jié)構(gòu)三維圖如圖4 所示，改造后磚混結(jié)構(gòu)三維圖如圖5 所示。

圖4 改造前框架結(jié)構(gòu)三維圖

圖5 改造后磚混結(jié)構(gòu)三維圖

2 結(jié)構(gòu)加固重點(diǎn)工序

2.1 加固主要內(nèi)容

在經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)單位和施工單位制定相關(guān)的改造圖紙和加固后，明確了本加固改造工程的主要內(nèi)容，如圖6 所示。

圖6 加固改造流程圖

由此可見(jiàn)，此次加固改造項(xiàng)目的主要內(nèi)容包括增設(shè)改造后的承重墻下基礎(chǔ)； 采用貼碳纖維布增強(qiáng)框架梁的抗剪承載力；采用增大截面法加固原框架梁使之達(dá)到圈梁的標(biāo)準(zhǔn)；變隔墻為承重墻；在梁底和墻頂部用灌漿料澆筑、加強(qiáng)墻體和圈梁之間的共同承載性能。

2.2 主要加固施工工序

2.2.1 填充墻底部改造為承重墻的基礎(chǔ)加固

需要將磚墻底部挖至原基礎(chǔ)底面，然后用膨脹混凝土增大澆筑基礎(chǔ)斷面，基礎(chǔ)加固示意圖如圖7 所示。

圖7 基礎(chǔ)加固斷面圖示意

2.2.2 框架梁側(cè)面貼碳纖維布

貼碳纖維布的目的主要是增加混凝土梁的抗剪性能，加固示意圖如圖8 所示。需要進(jìn)行相關(guān)加固工作主要包括：剔除原框架梁表面抹灰層，打磨處理混凝土表面、配制并涂刷底層膠，然后配制找平膠并修復(fù)混凝土表面，配制并涂刷浸漬膠，粘貼碳纖維布，表面防護(hù)。

圖8 碳纖維布加固梁斷面圖示意（單位：mm）

2.2.3 梁底與墻頂改造加固

拆除原框架梁底部的斜砌磚、支設(shè)模板、澆筑灌漿料，將原來(lái)的框架承重改為磚混承重。新增墻體改造斷面圖如圖9所示。

圖9 框架梁下隔墻改為承重墻斷面圖示意

2.2.4 加寬框架梁改造為圈梁

對(duì)于原框架梁寬度無(wú)法滿(mǎn)足圈梁構(gòu)造要求的部位，需要進(jìn)行植筋、支設(shè)模板、澆筑灌漿料從而加寬框架梁至滿(mǎn)足圈梁的要求。加寬框架梁為圈梁的斷面示意圖如圖10 所示。

圖10 加寬框架梁為圈梁的斷面示意圖

3 改造與加固的現(xiàn)場(chǎng)管理

3.1 拆除施工的管理

本工程主要拆除第6 層和第7 層整體拆除，只保留兩端部的樓梯間和外墻。為確保拆除安全施工前應(yīng)制訂嚴(yán)格的安全保障方案。設(shè)計(jì)要求拆除區(qū)域四周應(yīng)搭設(shè)鋼管外架，中間大廳位置應(yīng)搭設(shè)鋼管內(nèi)腳手架，對(duì)拆除結(jié)構(gòu)先有效支撐后拆除。

鑿除混凝土構(gòu)件時(shí)，嚴(yán)禁破壞原構(gòu)件周邊結(jié)構(gòu)。為了保證對(duì)框架結(jié)構(gòu)的安全拆除，應(yīng)當(dāng)預(yù)先加固，當(dāng)加固效果達(dá)到后再進(jìn)行拆除。被拆除構(gòu)件未設(shè)置臨時(shí)支撐進(jìn)行拆除則必須經(jīng)過(guò)計(jì)算復(fù)核，保證不影響安全后方可進(jìn)行。需要充分利用被拆構(gòu)件中的鋼筋時(shí)，破拆進(jìn)程中必須謹(jǐn)慎施工，設(shè)法安全留置需要被再次利用的鋼筋。人工拆除墻體時(shí)，禁止掏掘或直接推倒墻體。由于是空心樓板，因此不得在樓板上集中多人或重物。拆除時(shí)應(yīng)采取可靠的吊裝措施，吊裝過(guò)程中應(yīng)謹(jǐn)慎，操作應(yīng)輕緩，嚴(yán)禁超負(fù)荷吊裝。

如果破拆位置較高，并且被破拆的對(duì)象塊體很大，存在安全隱患的情況下，禁止直接拋到地面，需要用吊車(chē)等機(jī)械安全運(yùn)至地面，安置在合適的位置。如果在破拆構(gòu)件的時(shí)候監(jiān)測(cè)到房屋存在變形較大，受力鋼筋嚴(yán)重銹蝕，構(gòu)件開(kāi)裂等癥狀時(shí)，相關(guān)人員需要做好記錄，聯(lián)系技術(shù)人員進(jìn)行綜合分析，采取相應(yīng)的技術(shù)手段保證結(jié)構(gòu)的安全和施工的正常開(kāi)展。拆除施工前應(yīng)做好詳盡的專(zhuān)項(xiàng)施工方案，并經(jīng)監(jiān)理等多方確認(rèn)后方可進(jìn)行拆除。拆除墻體時(shí)應(yīng)從頂層向下拆除。

3.2 加固施工關(guān)鍵步驟的管理

依據(jù)以上加固設(shè)計(jì)流程，對(duì)相應(yīng)的工序質(zhì)量控制管理的主要內(nèi)容如下。

1）結(jié)構(gòu)加固是本工程項(xiàng)目質(zhì)量控制的重點(diǎn)，應(yīng)使所有對(duì)本工程質(zhì)量有影響的施工、 安裝和服務(wù)等各項(xiàng)工序始終處于受控狀態(tài)。加固工程進(jìn)行的時(shí)候，需要非常細(xì)致地按照預(yù)定的方法，同技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員溝通相應(yīng)的進(jìn)展和工況，現(xiàn)場(chǎng)中存在的問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)即刻解決，施工人員需要有較強(qiáng)的操作經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，確保加固質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。

2）本工程在施工的全過(guò)程中實(shí)行質(zhì)檢員旁站制度。

3）全過(guò)程的施工，質(zhì)檢員全過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督質(zhì)檢員交接班時(shí)，必須填寫(xiě)交接卡（包括施工部位、內(nèi)容、施工過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題及正在整改的質(zhì)量問(wèn)題），交接卡交項(xiàng)目質(zhì)檢部存檔，作為項(xiàng)目考核質(zhì)檢員工作的一項(xiàng)依據(jù)。

3.2.1 貼碳纖維布加固

該項(xiàng)工作必須緊密結(jié)合設(shè)計(jì)方案，施工人員熟悉貼布的部位、貼布的方向、貼布的層數(shù)以及碳纖維布的尺寸，在貼布的時(shí)候設(shè)備齊全并且適用。同時(shí)做好相應(yīng)的材料準(zhǔn)備和質(zhì)量控制。如果不能控制質(zhì)量則有可能出現(xiàn)碳纖維布加固鋼筋混凝土構(gòu)件失效的問(wèn)題[10]。

首先對(duì)混凝土構(gòu)件的表面進(jìn)行預(yù)處理，碳纖維布需要被粘貼在牢固完整具有相應(yīng)強(qiáng)度的混凝土構(gòu)件界面上，才能保證碳纖維布與原來(lái)的混凝土構(gòu)件協(xié)同工作，共同承受荷載。貼碳纖維布之前，需要把構(gòu)件的表面修平，每次刷結(jié)構(gòu)膠和貼布都要嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行，不同的刷膠和貼布工序之間根據(jù)質(zhì)量要求，需要安排合適的時(shí)間。

貼完碳纖布后，需要施工人員及時(shí)檢查構(gòu)件與碳纖維之間的黏結(jié)效果。探測(cè)時(shí)，應(yīng)將粘貼的纖維復(fù)合材料分區(qū)，逐區(qū)測(cè)定空鼓面積（即無(wú)效黏結(jié)面積）。若單個(gè)空鼓面積不大于10 000 mm2，允許采用注射法充膠修復(fù)； 若單個(gè)空鼓面積≥10 000 mm2，應(yīng)割除補(bǔ)修，重新粘貼等量纖維復(fù)合材。粘貼碳纖維布的時(shí)候，按照規(guī)范要求沿著拉力軸線(xiàn)的覆蓋長(zhǎng)度需要大于20 cm，如果碳纖維布的層數(shù)多于3 層，覆蓋長(zhǎng)度要大于30 cm，另外一個(gè)方向的覆蓋寬度一般不小于10 cm。

纖維復(fù)合材與基材混凝土的正拉黏結(jié)強(qiáng)度必須進(jìn)行見(jiàn)證抽樣檢驗(yàn)。其檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合指標(biāo)要求，若不合格應(yīng)揭去重貼，并重新檢查驗(yàn)收。

3.2.2 植筋加大截面加固

作為加大截面法加固施工的關(guān)鍵工序，植筋的質(zhì)量必須得到保證。因此在鉆孔的時(shí)候，必須避開(kāi)主筋，不能損傷主筋；采用電錘鉆孔后需要吹灰清塵，孔周?chē)幕炷敛荒荛_(kāi)裂；在孔內(nèi)充填結(jié)構(gòu)膠的時(shí)候需要確保充填的量滿(mǎn)足要求。

加固的過(guò)程中，若有現(xiàn)場(chǎng)與圖紙不一致的時(shí)候，需要即刻與相關(guān)技術(shù)人員溝通，做出合理的處理。植筋施工完成后，在24 h 以?xún)?nèi)不得擾動(dòng)鋼筋；在與植筋焊接時(shí)，必須用粘滿(mǎn)水的棉紗保護(hù)植筋根部，以免溫度過(guò)高影響植筋質(zhì)量。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理的時(shí)候，不能只是遠(yuǎn)程問(wèn)詢(xún)，需要在現(xiàn)場(chǎng)全程參與加固的進(jìn)程，及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)的非預(yù)計(jì)工況。及時(shí)做好相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，如處理方法及原因分析，為日后的工作留存檔案。

加固工程中的管理，有別于新建工程的管理，需要技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)參與各道工序，合理安排關(guān)鍵工作節(jié)點(diǎn)，避免工期的延誤。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了將框架結(jié)構(gòu)改造為磚混結(jié)構(gòu)的加固施工關(guān)鍵工序及其管理要點(diǎn)，教學(xué)樓順利在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成了填充墻下條形基礎(chǔ)的增設(shè)，頂部框架結(jié)構(gòu)的拆除，框架聯(lián)系梁加寬改造為圈梁，填充墻頂部斜磚的平砌和灌漿充實(shí)，并且改造工程造價(jià)合理，可為類(lèi)似工程的借鑒使用。