置換混凝土加固剪力墻在某工程中的應(yīng)用分析

費(fèi)廣清 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

0 引 言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)得到空前的發(fā)展。在高速發(fā)展的過程中，難免有些建筑在施工過程中出現(xiàn)問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全性受到威脅。譬如，在鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中，因多種原因?qū)е聦?shí)際檢測出的剪力墻混凝土強(qiáng)度等級明顯低于設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致剪力墻承載力嚴(yán)重不足，結(jié)構(gòu)本身不能通過正常的工程驗(yàn)收，必須采取相應(yīng)措施進(jìn)行加固處理。工程實(shí)踐表明，用高一等級混凝土置換出原墻體混凝土的加固方法，可以在不改變原設(shè)計(jì)截面大小的情況下，達(dá)到結(jié)構(gòu)受力明確、安全可靠的特點(diǎn)。本文根據(jù)工程實(shí)例，著重介紹置換混凝土加固方法的原理和施工技術(shù)要求，為類似工程施工提供參考。

1 工程概況

某房地產(chǎn)開發(fā)公司開發(fā)的住宅樓工程，為18層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，帶有1層地下車庫。在進(jìn)行一層結(jié)構(gòu)的澆筑時(shí)，由于混凝土攪拌站的疏忽，所澆筑的混凝土等級明顯低于設(shè)計(jì)C35的要求。經(jīng)過權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)的回彈檢測以及取芯試驗(yàn)，有8片剪力墻混凝土等級在C25以下，其中有1片剪力墻混凝土強(qiáng)度僅達(dá)到C20。經(jīng)設(shè)計(jì)單位計(jì)算復(fù)核，剪力墻承載力嚴(yán)重不足。由于項(xiàng)目本身屬住宅樓，考慮到加大截面方式進(jìn)行加固會(huì)損失建筑空間，最終確定對此8片剪力墻用置換混凝土的方法進(jìn)行加固。

2 置換混凝土加固法的基本原理

置換法適用于承重構(gòu)件受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的局部加固。加固柱、墻等構(gòu)件時(shí)，應(yīng)對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工全過程中的承載狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算、觀測和控制，置換界面處的混凝土不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)控制有困難，應(yīng)采取支頂?shù)却胧┻M(jìn)行卸荷。采用置換法加固混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，其非置換部分的原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件置換部分的界面處理及其施工質(zhì)量符合本規(guī)范的要求時(shí)，其結(jié)合面可按整體受力計(jì)算。

其正截面承載力應(yīng)符合N≤0.9 f(fc0Ac0+acfcAc+fy0'As0')。式中：N為構(gòu)件加固后的軸向壓力設(shè)計(jì)值(kN)；f為受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）的規(guī)定值采用；ac為置換部分新增混凝土的強(qiáng)度利用系數(shù)，當(dāng)置換過程無支頂時(shí)，取ac=0.8；當(dāng)置換過程采取有效的支頂措施時(shí)，取ac=1.0；fc0、fc分別為原構(gòu)件混凝土和置換部分新混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 (N/mm2)；Ac0、Ac分別為原構(gòu)件截面扣去置換部分后的剩余截面面積和置換部分的截面面積(mm2)。

3 施工區(qū)域部署以及工藝流程

施工過程中會(huì)對墻體進(jìn)行暫時(shí)破壞，結(jié)構(gòu)豎向傳力會(huì)受到影響。故應(yīng)對施工區(qū)域和階段進(jìn)行劃分，將8片剪力墻分批分肢進(jìn)行置換施工，施工區(qū)域內(nèi)配合鋼支撐進(jìn)行，置換采用強(qiáng)度等級為C40混凝土進(jìn)行澆注，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的100%后再進(jìn)行另一批肢的置換施工。

具體施工工藝流程：現(xiàn)場勘察→搭設(shè)安全支撐及工作平臺(tái)→卸荷→剔除局部混凝土→原鋼筋除銹或增補(bǔ)新筋 (必要時(shí))→界面處理→支模→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)→非承重模板拆除→承重模板拆除→施工缺陷修復(fù)(必要時(shí))→施工質(zhì)量檢驗(yàn)。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)卸荷技術(shù)要點(diǎn)

原有結(jié)構(gòu)剪力墻在梁板的共同作用下，已經(jīng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，若直接進(jìn)行原墻體的拆除勢必會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的坍塌。因此，必須對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸荷處理，即采用臨時(shí)鋼支撐代替墻體受力。

鋼支撐荷載計(jì)算：本次設(shè)計(jì)的鋼支撐僅卸除二層樓層荷載(加固時(shí)該工程施工至三層綁扎鋼筋)。取需卸荷最大的一道剪力墻為例，經(jīng)計(jì)算上部傳至支撐層面的荷載值為740kN，加上支撐本層的荷載值340kN，鋼支撐需承擔(dān)的總荷載為1080kN。因采用分次卸荷的方法，可得出首次卸荷的荷載值為620kN。

該剪力墻首次卸荷采用在兩側(cè)梁端設(shè)置鋼管支撐的方法，鋼管規(guī)格為140×10的，截面積為4084.1mm2，根據(jù)上述計(jì)算，可得出單根鋼管承受的荷載值為320kN，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.4.1-1Q235鋼f=215N/mm2，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式5.1.1-1按軸心受壓計(jì)算該支撐的受壓承載力為Anf=4084.1×215÷1000=878kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 320kN。

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式5.1.2-1按穩(wěn)定性計(jì)算該支撐的受壓承載力為fAf=0.824×4084.1×215÷1000=723kN，大于320kN。

圖1 鋼支撐立面

圖2

圖3

根據(jù)以上計(jì)算知，鋼支撐的自身強(qiáng)度滿足要求，鋼支撐底部做為外荷載附加在地下室底板上滿足局部承壓要求。

本工程卸載方式采用臨時(shí)鋼支撐和千斤頂支頂配合的方式進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)大樣圖如圖1～圖3。

鋼支撐拆除時(shí)，混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，拆除順序、拆卸的位移控制或應(yīng)力控制應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定及施工技術(shù)方案的要求。

5 置換混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

剪力墻混凝土強(qiáng)度不足，直接導(dǎo)致構(gòu)件承載力不足，剪力墻鑿除前及后澆筑要求，其主要技術(shù)要點(diǎn)如下。

①剪力墻鑿除前應(yīng)做好相鄰梁、板的支撐，相應(yīng)的支撐方案需經(jīng)專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

②剪力墻拆除采取分批措施。

③拆除墻體時(shí)應(yīng)輕鑿慢砸，防止對原混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的擾動(dòng)，嚴(yán)禁破壞相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件及墻體鋼筋，剔除過程中也不得損傷置換墻體本身鋼筋。

④清除剪力墻鋼筋表面浮渣，檢查原鋼筋損傷情況，并通知設(shè)計(jì)人員到現(xiàn)場驗(yàn)收。

⑤重新支模板并應(yīng)留豁口及喇叭口分二次澆注混凝土，詳見圖4。澆注后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間為不少于14d。

⑥混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆除模板，并將喇叭口高出部分的混凝土鑿除。

圖4 剪力墻段混凝土澆注示意圖

6 置換混凝土施工質(zhì)量控制

在混凝土結(jié)構(gòu)工程加固施工中，影響質(zhì)量控制的因素主要有“人、材料、機(jī)械、方法和環(huán)境”等五大方面。因此，對這五方面因素嚴(yán)格控制，是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

①人的因素。結(jié)構(gòu)加固施工，應(yīng)以人為重點(diǎn)進(jìn)行控制，操作人員應(yīng)有精湛的技術(shù)技能、一絲不茍的工作作風(fēng)、嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程的法制觀念。對于特殊崗位、工種，操作人員應(yīng)嚴(yán)格持證上崗。

②材料因素。對于主要材料，如灌漿料、砂、石和界面處理劑等，采購前應(yīng)提交樣品試驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可采購；材料進(jìn)場后，應(yīng)嚴(yán)格抽樣送檢，合格后方可使用。

③機(jī)械設(shè)備因素。做好進(jìn)場作業(yè)機(jī)械設(shè)備的使用、保養(yǎng)記錄，檢查其工作狀況，保證投入的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)良好，避免因機(jī)械設(shè)備故障造成停工給加固工程質(zhì)量和工期帶來的影響。

④方法因素。認(rèn)真審查施工方案，保證施工方案正確、合理、安全；同時(shí)，在施工過程中，嚴(yán)格依據(jù)施工方案要求，加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)督管理。

⑤環(huán)境因素。施工前，應(yīng)檢查施工作業(yè)環(huán)境條件方面的有關(guān)準(zhǔn)備，做好安排和準(zhǔn)備妥當(dāng)，落實(shí)施工質(zhì)量管理環(huán)境。對于未來的施工期間，應(yīng)充分考慮自然環(huán)境條件對施工作業(yè)質(zhì)量和工期的不利影響，做好充足準(zhǔn)備和采取有效的措施與對策以保證工程質(zhì)量和工期。

7 結(jié) 語

本工程剪力墻混凝土置換加固過程中，結(jié)合結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)，合理確定加固方案，采取分批分肢進(jìn)行加固處理。施工過程中，認(rèn)真制定施工方案，做好置換前的結(jié)構(gòu)卸荷要求，在支撐體系完備后進(jìn)行置換施工，保證原墻體鋼筋不受損傷情況下用混凝土置換澆注。另外，在整個(gè)過程中對質(zhì)量有效的進(jìn)行控制和監(jiān)督，保證了剪力墻混凝土置換施工中、施工后主體結(jié)構(gòu)安全。

[1]GB50367-2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]GB50550-2010，建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2003.