某綜合樓火災(zāi)后結(jié)構(gòu)加固實踐

黃穗瑜，程 曄

（1、東莞市莞城招投標(biāo)服務(wù)所 廣東東莞 523129；2、仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 廣州 510080）

0 引言

鋼筋混凝土建筑物在遭受火災(zāi)后，結(jié)構(gòu)構(gòu)件如柱、梁、板等被高溫損傷，可能造成破壞、承載能力下降或耐久性降低，需要結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、取樣和檢測等進行綜合評估，評估火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性［1-5］，進而提出處理加固方案，為結(jié)構(gòu)構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)修復(fù)提供依據(jù)［6-7］。

評估構(gòu)件的承載力時，應(yīng)按不同受災(zāi)等級對構(gòu)件進行分類。根據(jù)火災(zāi)后各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面裂縫、構(gòu)件整體變形、連接構(gòu)件和受高溫灼傷的混凝土材料、鋼筋等受損情況，綜合判斷該結(jié)構(gòu)是否需要加固補強或不具有加固補強價值或無法加固補強，進而提出具體處置方法［8-9］。

1 工程概況

某市1 棟框架剪力墻結(jié)構(gòu)綜合樓工程地上11 層，地下2 層，建筑面積約26 500 m2。建筑高度為41 m，高寬比為2.24，建筑主要跨度為7.2 m、8.1 m、6.4 m、5.2 m。2013 年10 月，該綜合樓一層用戶不慎導(dǎo)致失火，引燃該房間內(nèi)堆放的保溫材料，消防部門迅速到場將該火災(zāi)撲滅，但該火災(zāi)已經(jīng)造成了該房間及附近房間和部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞?；馂?zāi)后1～3 層損壞情況如圖1所示。

圖1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)綜合樓工程火災(zāi)后1～3層損壞情況Fig.1 Damage Situation of the First to Third Floors of the Commercial Complex Building with Frame Shear Wall Structure after Fire

2 現(xiàn)場檢測鑒定結(jié)果

根據(jù)《某綜合樓火災(zāi)受報結(jié)構(gòu)檢測鑒定報告》，檢測鑒定綜合評級如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測鑒定綜合評級Tab.1 Comprehensive Rating of Structural Component Inspection and Appraisal

損傷類型主要涉及如下幾個方面：

⑴梁板構(gòu)件損傷

由圖2所示可以看到，梁板構(gòu)件火災(zāi)損壞明顯，一層樓板尤為嚴重，混凝土保護層脫離，可見大范圍裸露鋼筋。2層與3層樓板也出現(xiàn)了明顯裂縫。

圖2 梁板構(gòu)件火災(zāi)后損壞情況Fig.2 Damage of Beam and Slab Components after Fire

⑵墻柱結(jié)構(gòu)損傷

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，墻柱構(gòu)件火災(zāi)損壞也較為嚴重，1層損壞更為嚴重，墻體出現(xiàn)混凝土脫離現(xiàn)象，各層門窗損毀嚴重。

圖3 墻柱構(gòu)件火災(zāi)后損壞情況Fig.3 Damage of Wall Column Components after Fire

⑶樓梯損傷

作為大空間連接構(gòu)件，樓梯的火災(zāi)損壞程度較為嚴重，如圖4 所示，混凝土結(jié)構(gòu)層損壞嚴重，明顯的混凝土裂縫導(dǎo)致樓梯的繼續(xù)使用存在較大風(fēng)險。

圖4 樓梯火災(zāi)后損壞情況Fig.4 Damage Situation of Stairs after Fire

3 火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能評價及相應(yīng)處理措施

3.1 設(shè)計范圍與設(shè)計依據(jù)

根據(jù)《某綜合樓火災(zāi)受報結(jié)構(gòu)檢測鑒定報告》，本工程加固補強維修設(shè)計范圍為1 層D～E/（1/3）～4 軸線房間及周邊，2 層D～E/（1/3）～4 軸線房間及周邊。不包含火災(zāi)受損以外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

設(shè)計的依據(jù)主要包括《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB 50010—2010》［7］、《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范：GB 50367—2006》、《混凝土后錨固技術(shù)規(guī)程：JGJ145—2004》、《某綜合樓火災(zāi)受損結(jié)構(gòu)檢測鑒定報告》、《某綜合樓施工圖》、《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖：11G101-3》、《建筑結(jié)構(gòu)加時工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范：GB 50550—2010》、《混凝土結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造：06SG 311-1》等。

3.2 火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能及處理措施

未直接遭受火的高溫灼傷作用，混凝土和鋼筋材料本身及結(jié)構(gòu)整體性能未受任何影響的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般鑒定綜合評級為a 級，這類結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可不采取處理措施。

⑴遭受輕微灼傷作用，混凝土和鋼筋材料本身及結(jié)構(gòu)整體性能僅受輕微影響的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，檢測鑒定綜合評級一般為b級，這類結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般僅耐久性遭受損失，結(jié)構(gòu)承載力未受到損傷，可采用聚合物砂漿修復(fù)表面來處理。

⑵遭受輕度至中度高溫灼傷作用，但未對混凝土和鋼筋材料本身及結(jié)構(gòu)整體性產(chǎn)生明顯影響，略影響結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)件，檢測鑒定綜合評級一般為c級，對這類結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采取結(jié)構(gòu)補強措施，可采用增加結(jié)構(gòu)材料如構(gòu)件外增加鋼絞線+聚合物砂漿的做法處理。

⑶遭受中度至重度高溫灼傷作用，出現(xiàn)混凝土剝落等現(xiàn)象，對結(jié)構(gòu)整體安全和正常使用已產(chǎn)生顯著不利影響但尚未失效的這類構(gòu)件，其檢測鑒定綜合評級為d 級，可采用鋼絞線+聚合物砂漿加固做法處理、部分鑿除原結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土再外包混凝土加固、全部鑿除原結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土重新澆筑做法（樓板混凝土置換）處理。樓板鑿除時，根據(jù)現(xiàn)場情況若樓板鋼筋損壞嚴重時，及時經(jīng)過設(shè)計修改加固配筋。

3.3 加固材料選擇

①鋼筋：光圓鋼筋采用HPB300，熱軋螺紋鋼筋采用HRB400；②混凝土：梁外包混凝土、板置換混凝土為C40 細石混凝土，柱外包灌漿料為加固專用高強無收縮灌漿料；③鋼紋線：采用6×7+1WS 高強不銹鋼鋼絞線網(wǎng)，規(guī)格為?3.0@30；④界面劑：采用高強不銹鋼鋼絞線網(wǎng)聚合物砂漿加固專用界面劑；⑤聚合物砂漿：采用Ⅰ級加固用聚合物砂漿，材料性能指標(biāo)應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范：GB 50367—2013》規(guī)定；⑥植筋膠：目前多采用JGN 型植筋膠，材料性能指標(biāo)符合《混凝士結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范：GB 50367—2013》規(guī)定檢測其材料性能。

4 構(gòu)件加固方法

4.1 加固補強維修

鋼絞線-聚合物砂漿面層加固做法與補強流程如圖5 和圖6 所示。高強不銹鋼絞線網(wǎng)規(guī)格為?3.0@30單向網(wǎng)，其設(shè)計抗拉強度為1 050 MPa。

圖5 鋼絞線-聚合物砂漿面層加固做法Fig.5 Reinforcement Method of Steel Strand Polymer Mortar Surface Layer

圖6 鋼絞線-聚合物砂漿面層補強做法Fig.6 Reinforcement Method for Steel Strand Polymer Mortar Surface Layer

具體施工工藝如下：

4.1.1 表面處理

首先清理需加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土表面，并鑿除構(gòu)件表面一定深度的混凝土面層，并用水沖刷干凈，晾干。

4.1.2 高強不銹鋼絞線網(wǎng)片鋪設(shè)

根據(jù)梁或板的實際尺寸下料鋼絞線，編成鋼絞線網(wǎng)片。先在構(gòu)件一側(cè)安裝錨栓和錨固件，再在易于張拉操作的另一側(cè)安裝匹配的錨栓，采用輕便張拉工具按照設(shè)計要求對鋼絞線進行張拉，張拉后固定在該側(cè)錨栓上。每隔一定距離安裝一個錨拴，用卡子和錨栓固定整個絞線網(wǎng)片，卡子和錨栓按梅花樣布置，間距宜為400 mm或按其它設(shè)計要求。

4.1.3 混凝土界面劑涂刷

再次清理已鑿除表層混凝土的構(gòu)件表面，用水完全潤濕并達到飽和，再將配置好的界面劑漿液均勻涂刷在構(gòu)件表面。

4.1.4 表面聚合物砂漿施工和養(yǎng)護

按照要求配制聚合物砂漿。在界面劑均勻涂刷上去后沒有干的情況下開始第一遍聚合物砂漿抹灰。按照抹灰施工要求在第一遍的基礎(chǔ)上抹第二遍聚合物砂漿，并壓光。聚合物砂漿初疑后用噴水槍進行噴水養(yǎng)護，條件允許可以采用覆蓋養(yǎng)護，養(yǎng)護期不小于7 d。

4.2 外包混凝土加固

外包混凝土加固做法如圖7所示。

圖7 外包混凝土加固做法Fig.7 Reinforcement Method of Outer Concrete

鋼筋制作與安裝、模板安裝、以及混凝土施工應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范：GB 50204—2015》的要求。具體工藝如下：

⑴澆筑混凝土前，對原有結(jié)構(gòu)表面損傷混凝土面層進行剔除并鑿毛，然后除去加固表面的浮渣。

⑵直接在加固部位按設(shè)計要求放線。按設(shè)計要求進行植筋、鋼筋制作與安裝。

⑶表面涂刷加固用界面劑。保證加固混凝土與原有混凝土面有效的結(jié)合。

⑷模板安裝和澆筑混凝土。

4.3 重新澆筑混凝士（樓板混凝上置換）

4.3.1 拆除工程

評定為d 級且損傷嚴重的樓板進行拆除，采用電動工具拆除，減少損壞原板鋼筋，僅鑿除混凝土即可。評定為d 級、c 級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面燒灼損傷嚴重混凝土面層進行剔除，可采用電動工具剔除混凝土面層，剔除損傷面層至設(shè)計深度或密實處后再進行加固補強。拆除加固范圍內(nèi)已砌筑的填充墻。

具體工藝包括：鑿除結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土，鑿除時不得破壞鋼筋；補充植筋加固增加鋼筋（板底雙向鋼筋）并涂刷加固用界面劑；模版制作并澆筑混凝士；拆模、養(yǎng)護。

4.3.2 植筋工程

按要求綁扎加固用鋼筋、鋼筋在梁、剪力墻、框架柱處采用植筋錨固。在梁、剪力墻、框架柱處植筋，使外包深凝土加固鋼筋可靠生根。主要的工藝流程如下：

⑴打孔。根據(jù)設(shè)計圖紙選擇合適的鉆頭，保證開孔的深度、大小和中心位置。如遇到原有鋼筋，應(yīng)將開孔位置向有利于結(jié)構(gòu)受力的方向略微移動一定距離，避開原有鋼筋。如無法判斷，應(yīng)咨詢加固設(shè)計方。

⑵清孔?？状蚝煤?，應(yīng)將孔洞中的雜物完全清理干凈。

⑶注膠。采用專業(yè)注膠槍從孔底開始注膠，直至注滿孔體積的2/3為止。

⑷植入鋼筋。核對鋼筋編號，核對無誤后將鋼筋均勻緩慢插入注膠孔內(nèi)，將鋼筋插入至最底部。植入的鋼筋一般不允許再調(diào)整位置，如確需調(diào)整，應(yīng)在5 min 內(nèi)調(diào)整完成且不允許向外拔出。植入的鋼筋，包括整個構(gòu)件應(yīng)在2 h內(nèi)不允許活動、敲擊或者震動，意避免影響其粘接加固強度。

5 結(jié)語

本文結(jié)合某鋼筋混凝土框架剪力墻綜合樓火災(zāi)后結(jié)構(gòu)檢測評估的具體情況，分析了火災(zāi)后建筑物結(jié)構(gòu)檢測鑒定工作，通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固處理措施設(shè)計，綜合提出了火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固方法，該方案實施后經(jīng)檢驗，加固效果良好，為同類工程提供了可參考借鑒的實踐經(jīng)驗。主要結(jié)論如下：

⑴采用聚合物砂漿修復(fù)方法對受到輕微灼傷作用構(gòu)件進行表面加固處理，可有效解決構(gòu)件耐久性降低的問題，加固后，構(gòu)件耐久性可滿足正常使用要求。

⑵采用構(gòu)件外增加鋼絞線+聚合物砂漿加固方法對受到輕度-中度高溫灼傷作用構(gòu)件進行加固處理，可解決結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力略微降低的問題，加固后，構(gòu)件承載力能夠完全滿足承載要求。

⑶通過鋼絞線-聚合物砂漿面層加固補強方法對受到中度-重度高溫灼傷作用的構(gòu)件進行加固處理，消除了受損構(gòu)件對結(jié)構(gòu)整體安全和正常使用產(chǎn)生的不利影響，加固后的構(gòu)件達到了正常使用所需的承載力和耐久性。