某老建筑結(jié)構(gòu)改造加固的回顧

王若茂 （中冶華天馬鞍山邁世紀(jì)工程咨詢有限公司，江蘇 南京 210000）

1 老建筑改造加固前現(xiàn)狀

該老建筑為5層鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，地處國內(nèi)某市，始建于20世紀(jì)10年代，長度76m、寬度24m、檐口高29m，建筑面積約11000m，層高4.7m、5.0m不等；使用用途多次變化，期間已經(jīng)多次加固（注：加固年代不詳、主要增大截面法）；因功能改變，建設(shè)方需要對(duì)老建筑結(jié)構(gòu)改造加固后重新繼續(xù)使用，特委托一專業(yè)檢測(cè)評(píng)估單位，深入現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)對(duì)該老建筑主體結(jié)構(gòu)安全性、抗震性能及耐久性進(jìn)行檢測(cè)鑒定，主要鑒定情況如下。

①地基基礎(chǔ)：未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)存在明顯的不均勻沉降引起的裂縫、變形和位移現(xiàn)象，地坪無沉降裂縫發(fā)生，地基穩(wěn)定，但其基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度較低、推定值17.6MPa、18.4MPa。

②上部結(jié)構(gòu)：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，梁板柱構(gòu)件存在不同程度的露筋、銹脹現(xiàn)象，其中樓面以及屋面板露筋現(xiàn)象普遍且嚴(yán)重、構(gòu)件碳化及鋼筋銹蝕嚴(yán)重；經(jīng)鉆芯檢測(cè)，所測(cè)部分構(gòu)件混凝土強(qiáng)度低于20 MPa，不滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第4.1.2條對(duì)混凝土強(qiáng)度最低要求，其中1層柱至3層柱、5層柱部分框架柱構(gòu)件承載力不滿足規(guī)范要求。

③安全性：根據(jù)規(guī)定，對(duì)“地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)系統(tǒng)”的承重單元部分的安全性等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，其地基基礎(chǔ)B、上部結(jié)構(gòu)C、圍護(hù)系統(tǒng)C，為此整體結(jié)構(gòu)安全性鑒定結(jié)果C（注：C/C級(jí)：表示安全性不符合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)Au/Asu級(jí)的要求，顯著影響整體承載，應(yīng)采取措施，可能有個(gè)別構(gòu)件必須立即采取措施）。

④抗震性：經(jīng)鑒定評(píng)定，該老建筑抗震承載力不滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，其綜合抗震能力評(píng)定為不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)C類鋼筋混凝土房屋抗震鑒定的要求。

⑤耐久性：經(jīng)鑒定評(píng)定，該老建筑框架柱構(gòu)件耐久性不能滿足后續(xù)50年使用要求，框架梁構(gòu)件已達(dá)到耐久性極限狀態(tài)。

⑥鑒定評(píng)估結(jié)論：

a.該建筑安全性等級(jí)為Csu級(jí)，表示安全性不符合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)Au/Asu級(jí)的要求，顯著影響整體承載，應(yīng)采取措施，可能有個(gè)別構(gòu)件必須立即采取措施；

b.該建筑綜合抗震能力不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)C類鋼筋混凝土房屋抗震鑒定的要求；

c.該建筑柱構(gòu)件耐久性不能滿足后續(xù)50年使用要求，梁構(gòu)件已達(dá)到耐久性極限狀態(tài)。

圖1 改造加固前

圖2 改造加固前

2 老建筑改造加固設(shè)計(jì)方案

專業(yè)設(shè)計(jì)單位，根據(jù)業(yè)主轉(zhuǎn)交的老建筑結(jié)構(gòu)鑒定報(bào)告、結(jié)合業(yè)主方擬使用功能，本著“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、兼顧方便施工”的原則，經(jīng)過設(shè)計(jì)、甲方、監(jiān)理、施工及相關(guān)專家多輪多次比較，反復(fù)優(yōu)化、深化設(shè)計(jì)方案，最終對(duì)該老建筑提出“分構(gòu)件、分部位”，主要采取了“濕法外包鋼加固”“置換混凝土加固”兩項(xiàng)改造加固新技術(shù)，對(duì)延性混凝土、延性砂漿、型鋼、鋼板、化學(xué)錨栓、灌漿料、結(jié)構(gòu)膠、焊條等改造加固材料從材質(zhì)、型號(hào)、規(guī)格及性能等提出明確具體要求，現(xiàn)主要將老建筑結(jié)構(gòu)“梁板柱”構(gòu)件改造加固設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述如下。

2.1 原梁板混凝土面結(jié)構(gòu)修復(fù)

①對(duì)原結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù)：對(duì)于構(gòu)件面存在混凝土蜂窩、麻面、露筋等情況，要剔除混凝土疏松表面后，采用風(fēng)槍吹掃干凈、潤濕，再以C40灌漿料修復(fù)。

②對(duì)原結(jié)構(gòu)梁板耐久性修復(fù)：主要是剔除梁板底混凝土保護(hù)層至露出原鋼筋，對(duì)鋼筋銹蝕情況進(jìn)行檢查，用防銹劑處理后，對(duì)主梁用高延性混凝土抹灰修復(fù)，對(duì)次梁及板底采用聚合物砂漿抹灰修復(fù)。

③以上情況施工中如發(fā)現(xiàn)鋼筋截面銹蝕損失較大，應(yīng)及時(shí)反饋設(shè)計(jì)單位，進(jìn)行特別處理。

2.2 “柱梁”濕法外包鋼加固

①“包鋼濕法外包鋼加固”法，是將角鋼、鋼板箍通過膠栓在混凝土柱或梁外表面固定后，用專用膠封閉形成“空腔”，而后灌注高強(qiáng)度建筑結(jié)構(gòu)專用膠，使鋼板或型鋼和原混凝土面可靠連接成一個(gè)整體；經(jīng)優(yōu)選，對(duì)所有框架柱四周采用角鋼（100×100×6、75×75×6）進(jìn)行包鋼之間用鋼板箍（-100×4@200/400）相連，鋼板箍用化學(xué)錨栓（M20/16）固定老結(jié)構(gòu)上，角鋼間隙、鋼板箍間隙，均采用壓力灌注環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠（A級(jí)）充填，使型鋼和老結(jié)構(gòu)形成一體。

②對(duì)主框架梁底部?jī)申柦怯媒卿摚?5×75×6）進(jìn)行包鋼，底部及兩側(cè)用鋼板箍（-100×4@200/400）同陽角角鋼焊接相連；次梁底部及側(cè)面用“U”鋼板箍直接包裹（-100×4@200/400）；在主次梁頂設(shè)有等寬度、等間距的“U”鋼板箍，在主次梁側(cè)面用等強(qiáng)螺桿（直徑14鍍鋅圓鋼）逐一焊接相連，所有間隙均用灌注環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠充填，同樣形成整體。

2.3 “老框架柱”置換混凝土加固

“置換混凝土加固”法，是剔除原混凝土構(gòu)件低強(qiáng)度或有缺陷區(qū)段的混凝土至一定深度，重新澆筑同品種但強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土進(jìn)行局部增強(qiáng)，以使原構(gòu)件的承載力得到恢復(fù)的一種直接加固法；根據(jù)鑒定評(píng)估，經(jīng)優(yōu)選對(duì)頂層6根混凝土嚴(yán)重風(fēng)化老結(jié)構(gòu)柱，需要采用置換混凝土加固法徹底處理，主要內(nèi)容是剔除二次修復(fù)混凝土層（約厚50mm～80mm），對(duì)原芯柱混凝土面鑿除后涂刷界面劑，對(duì)二次修復(fù)的鋼筋進(jìn)行調(diào)直、必要增設(shè)縱筋和箍筋，重新立模后，再用C40混凝土灌漿料澆筑形成整體。

3 老建筑結(jié)構(gòu)改造加固的實(shí)施

通過實(shí)查現(xiàn)場(chǎng)，施工項(xiàng)目部及時(shí)熟悉圖紙，多次深化研討設(shè)計(jì)及時(shí)編制出改造加固專項(xiàng)方案提交專家論證并多次修改，最后形成切實(shí)可行、具有實(shí)戰(zhàn)型和指導(dǎo)性的改造加固專項(xiàng)施工方案；開工前，項(xiàng)目部組織兩輪技術(shù)交底，過程中又根據(jù)施工需要，針對(duì)具體施工點(diǎn)進(jìn)行專項(xiàng)交底并樣板示范，使參建人員對(duì)改造加固施工次序、質(zhì)量要求、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等心里有數(shù)，同時(shí)在設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理方共同配合協(xié)助下，工程進(jìn)展比較順利。其施工幾個(gè)重點(diǎn)主要分述如下。

圖3 改造加固中

圖4 改造加固中

3.1 主要改造加固流程

①整體加固改造施工順序：一部分為頂層置換柱區(qū)域施工，另一部分為包鋼加固區(qū)域。

②包鋼濕法外包鋼加固流程：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)查→劃線定位→螺栓固定→鋼構(gòu)件制作→鋼構(gòu)件固定→封縫→埋注膠嘴→配膠、灌膠→檢測(cè)檢查→固化→外表面處理。

③置換混凝土加固流程：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)查→搭設(shè)支撐及操作平臺(tái)→老混凝土剔除→鋼筋規(guī)整調(diào)直→結(jié)合面處理→支?！酀{料澆筑→養(yǎng)護(hù)→拆模驗(yàn)收。

3.2 改造加固主要用材

項(xiàng)目部按照設(shè)計(jì)圖紙，詳列出各種用材規(guī)格、數(shù)量及性能等要求，采購進(jìn)場(chǎng)前要求提交資信等合格證明，進(jìn)場(chǎng)后按規(guī)見證取樣復(fù)檢，合格后方可正式使用；像對(duì)鋼筋、型材及錨固鋼板按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2015）要求進(jìn)行安全性復(fù)試，對(duì)植筋、化學(xué)錨栓鋼板受拉性能按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）要求進(jìn)行復(fù)試，現(xiàn)場(chǎng)按檢驗(yàn)批次進(jìn)行拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度、相容性試驗(yàn)等，總之所有加固材料性能要求均符合設(shè)計(jì)、規(guī)范及當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)主管部門驗(yàn)收要求。

3.3 改造加固方法實(shí)施要點(diǎn)

3.3.1 濕法外包鋼加固

①結(jié)合面處理最為關(guān)鍵，包括原結(jié)構(gòu)結(jié)合面的處理、型鋼/鋼板結(jié)合面處理：

其一，原結(jié)構(gòu)表面處理，用手持銑刨機(jī)、鋼絲刷將表面松散浮渣刷去、并用氣槍吹去表面灰塵，如原結(jié)構(gòu)凹凸不平應(yīng)再用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；其二，型鋼結(jié)合面處理，用角磨機(jī)打磨、直到露出金屬光澤，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路與受力方向垂直，固定前用棉紗沾丙酮擦拭干凈。

②劃線定位：根據(jù)加固方案及施工圖，準(zhǔn)確地在混凝土表面劃出處理部位輪廊線及定出定位螺栓位置。

③螺栓固定：用電錘鉆孔，孔洞、螺栓界面處理，放膠管、安裝螺桿。

④鋼構(gòu)件制作：準(zhǔn)確鋼構(gòu)下料，長寬度確保，并對(duì)鐵銹及污物清理干凈。

⑤鋼構(gòu)件固定：將已經(jīng)處理好的鋼板固定在指定的位置，留出注膠縫隙，用螺桿固定（鋼板箍同角鋼采用焊接）。

⑥封縫：將注膠四周進(jìn)行封閉處理，留出泄氣孔，還有對(duì)螺桿四周的縫隙封閉處理。

⑦埋注膠嘴：將注膠嘴按施工要求間距，數(shù)量埋設(shè)妥當(dāng)。

⑧配膠、灌膠：按產(chǎn)品說明書要求，將建筑結(jié)構(gòu)灌注專用膠A、B兩組份倒入干凈容器內(nèi)，以人工或電動(dòng)工具將其完全調(diào)勻，注意翻看容器底部的顏色，確保配好的膠體色澤一致，從底嘴開始注膠，使膠從下向上浸透，膠從排氣孔溢出并封堵。

⑨檢測(cè)：采用非破損檢驗(yàn)，即用小錘敲擊鋼板檢驗(yàn)鋼板的有效密實(shí)面積，如無空洞聲表示已灌注密實(shí)，否則要補(bǔ)膠。

⑩固化：固化時(shí)間達(dá)到72h后可以進(jìn)行后續(xù)使用。

?外表面處理：用角磨機(jī)配鋼絲輪對(duì)鋼板外表面進(jìn)行打磨，除去鋼板表面的銹蝕、污物等，再掛網(wǎng)抹砂漿，方便后期裝修。

3.3.2 置換混凝土加固法

①加固前的卸荷處理：事前要進(jìn)行受力計(jì)算并認(rèn)真復(fù)核，對(duì)置換區(qū)域柱荷載從周周進(jìn)行可靠支撐，進(jìn)行卸載后再施工。

②結(jié)合表面處理：在卸荷狀態(tài)下，將老柱疏松風(fēng)化的混凝土鑿除，對(duì)保留的芯柱混凝土面用風(fēng)槍吹掃干凈，及時(shí)對(duì)鋼筋調(diào)直、除銹、必要增補(bǔ)豎筋和箍筋。

③新增層的施工：為增強(qiáng)結(jié)合能力，在結(jié)合面涂刷環(huán)氧樹脂或混凝土界面劑一道封閉處理，隨后嚴(yán)密牢固制安模板，并在界面劑初凝前，即用具有高流動(dòng)性、微膨脹性的H40灌漿料澆筑并養(yǎng)護(hù)。

4 老建筑改造加固的成效

盡管該單體老建筑年代久遠(yuǎn)、改造加固體量大，但是：①由于改造加固方案事前充分論證、又多次深化優(yōu)化、可靠可行；②施工專項(xiàng)方案編制嚴(yán)謹(jǐn)、又經(jīng)專家論證后多次修改完善、具有指導(dǎo)性和實(shí)操性；③參建方同心努力、積極配合，尤其經(jīng)施工方科學(xué)管理、精心施工，改造加固工作進(jìn)展十分順利。期間未發(fā)生任何質(zhì)量及安全事故，現(xiàn)場(chǎng)安全文明、物料有序、且施工形象長期保持良好，并最終較原計(jì)劃8個(gè)月工期提前近20天順利完成，過程中各種技術(shù)資料同步報(bào)審、動(dòng)態(tài)收集、基本齊全；實(shí)體內(nèi)實(shí)外美、外立面依然保持有老建筑原有風(fēng)格，用仿古砂漿飾面，其墻面質(zhì)感性強(qiáng)、不褪色、耐污染、更突出了歷史厚重感；很快就順利通過當(dāng)?shù)匚幕?、質(zhì)安站及行業(yè)專家一次性竣工驗(yàn)收，并及時(shí)交付甲方招租，擬作為“辦公、培訓(xùn)、餐飲”等功能使用；往昔殘破老建筑現(xiàn)已煥然一新，成為該地段的典型建筑，在新的時(shí)期將繼續(xù)發(fā)揮新的使命。

圖5 加固改造后

圖6 加固改造后