某在建工程框架柱分批置換混凝土加固技術(shù)

李其廉　宋　帥　郭顏茹　敬旭初

(1.河北科技大學(xué)，河北 石家莊　050018；　2.河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊　050021)

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某在建工程框架柱分批置換混凝土加固技術(shù)

李其廉1宋帥1郭顏茹2敬旭初1

(1.河北科技大學(xué)，河北 石家莊050018；2.河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊050021)

針對某在建工程框架柱混凝土強度等級偏低的情況，確定了分批置換混凝土加固方案，對置換期間被置換柱及其周圍構(gòu)件進(jìn)行沉降變形監(jiān)測，并對結(jié)構(gòu)卸荷系統(tǒng)進(jìn)行了承載能力與穩(wěn)定性監(jiān)測，實踐證明，該方案取得了良好的加固效果。

結(jié)構(gòu)加固,結(jié)構(gòu)卸荷,置換混凝土,灌漿料

1　工程概況

2　加固方案的選擇

對于混凝土強度偏低的情況，可采取以下3種加固方案：

1)拆除后重新施工。對標(biāo)高+4.750 m以上的結(jié)構(gòu)拆除后重新施工，這種方法的工程隱患和風(fēng)險最小，但經(jīng)濟成本較高、影響施工進(jìn)度。2)增大截面加固法。這是比較常用的加固方法，技術(shù)措施可靠。但原混凝土強度嚴(yán)重偏低，采用增大截面加固法，加固后的框架柱與原柱相比，截面尺寸相差太多，影響建筑外觀和使用功能，同時會導(dǎo)致框架柱周圍梁系端部承載力不滿足要求，甚至?xí)绊懙揭院蟮匿N售問題。3)分批置換混凝土加固法。這種加固方法就是分批將不滿足設(shè)計要求的混凝土完全剔鑿，保留原結(jié)構(gòu)鋼筋，用高于設(shè)計強度一個等級的混凝土重新進(jìn)行澆筑，從而達(dá)到原設(shè)計要求。由于只對原混凝土進(jìn)行置換，截面尺寸不發(fā)生變化，而且周圍梁系承擔(dān)的荷載和內(nèi)力也不會發(fā)生變化，不需對周圍梁系加固處理即可滿足原設(shè)計要求。通過從經(jīng)濟指標(biāo)、施工進(jìn)度、使用功能、結(jié)構(gòu)承載能力等方面對比論證，得出方案3)經(jīng)濟成本適中、施工工期較短、不改變原建筑布局，而且可以從根本上解決混凝土強度偏低的問題，因此，最終采用方案3)對該工程進(jìn)行加固。

3　分批置換混凝土加固方案

分批置換混凝土加固施工應(yīng)按下列工序進(jìn)行：

結(jié)構(gòu)卸荷→被置換柱混凝土分批剔鑿→結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測→界面處理→鋼筋修復(fù)→支模→澆筑高性能水泥基灌漿料→混凝土的養(yǎng)護(hù)→拆?！鷻z查驗收→下一批混凝土剔鑿到拆?！鸪逗上到y(tǒng)。以上各個工序環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。下面從總體角度介紹該方案應(yīng)該注意的幾個關(guān)鍵點。

3.1置換混凝土材料

置換混凝土選用高性能水泥基灌漿料，該材料具有早強、高強、環(huán)保、流動性強等特點。通過抽取試樣進(jìn)行檢驗，其各項性能符合GB 50550—2010建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范要求。

拌合混凝土應(yīng)采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，當(dāng)采用其他水源時，應(yīng)進(jìn)行抽驗，水質(zhì)應(yīng)符合JGJ 63—2006混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

3.2支撐卸荷

由原設(shè)計圖紙計算得出各標(biāo)高支頂梁位置(如圖2所示)以及承擔(dān)的荷載(見表1)，根據(jù)各梁承擔(dān)的荷載確定鋼管的位置、個數(shù)、規(guī)格。

表1　各層梁承擔(dān)的荷載

標(biāo)高梁ZDL1/kNZDL2/kNZDL3/kNZDL4/kN-7.900188———-4.000135———-0.050166——1334.750,9.55021218511810214.35019320012411119.45020822122112423.050210211211114注:該表中荷載為板、梁自重標(biāo)準(zhǔn)值

1)梁下鋼管承載力計算。 由表1可知：ZDL1在標(biāo)高-7.900 m以下支頂管承擔(dān)的荷載最大，選用鋼管規(guī)格φ48×2.5，Q235支頂卸荷。

N=2 122 kN，An=357 mm2，i=16.1 mm，ZDL1凈跨7 300 mm。

GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第5.1.1條有：

由上式可知：

由ZDL1凈跨7 300 mm,n=31,則鋼管間距需不大于500 mm,梁下布置兩排，板下一排，需要45個，所以按構(gòu)造即能滿足承載力要求。

2)梁下鋼管穩(wěn)定計算。由以上可知：

由GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄C可知：長細(xì)比需控制在88以內(nèi),即：

l0≤88×i=88×16.1=1 417 mm。

即立管縱(橫)向水平桿間計算長度不得大于1 417 mm。

參考JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范附錄C,取立桿計算長度系數(shù)為2.0，則縱(橫)向水平管間距(步距)不得大于708.5 mm。

通過計算分析：鋼管架設(shè)計滿足承載能力、穩(wěn)定性要求。因此，各梁系按照上述要求布置，如圖3所示。

3.3分批剔鑿框架柱混凝土

根據(jù)某工程建設(shè)質(zhì)量檢測中心出具的混凝土強度檢測報告，確定置換柱ZHZ1(標(biāo)高+4.750 m～+9.550 m),ZHZ2(標(biāo)高+9.550 m～+14.350 m)的剔鑿范圍。剔鑿時應(yīng)分批進(jìn)行，由于卸荷后置換柱還承受自重，且柱截面尺寸(1 100 mm×1 100 mm)較大,若整體剔鑿可能會導(dǎo)致柱鋼筋變形過大，不利于原結(jié)構(gòu)的安全。若分批剔鑿，其余混凝土仍然可以起到承載和傳力的作用，減小柱鋼筋的變形。在分批剔鑿過程中，置換柱ZHZ1在標(biāo)高+4.750 m～+9.550 m出現(xiàn)最大軸壓比，承受的荷載為標(biāo)高+4.750 m～+9.550 m段1/2截面柱自重加上標(biāo)高+9.550 m以上全截面柱自重。

需置換混凝土強度等級按C20。置換柱ZHZ1承擔(dān)的荷載設(shè)計值如下：

NZHZ1=1.35×(1.1×1.1×13.5+1.1×0.55×4.8)×25=649.3 kN。

由GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范第6.3.6條可知：

同理可得：

μZHZ2=0.078 1。

3.4結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

在置換施工期間設(shè)置多個沉降變形監(jiān)測點，在框架柱上設(shè)置監(jiān)測點，采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測。在框架柱周圍梁系端部設(shè)置監(jiān)測點，采用千分表進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測時間節(jié)點從框架柱拆除至置換混凝土達(dá)到設(shè)計強度為止。從整個沉降變化情況來看，梁、柱變形極其微小，測得監(jiān)測點變形最大值分別為0.137 mm，0.210 mm,幾乎可忽略不計。在卸荷系統(tǒng)單支鋼管底部設(shè)置壓力傳感器，用來測量卸荷過程中其承載能力。整個置換過程中測得的單肢鋼管的承載力小于其極限承載力。結(jié)果表明，置換部分與原結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)受力良好，未發(fā)現(xiàn)柱及周圍梁系的變形和裂紋過大現(xiàn)象。

3.5澆筑混凝土及養(yǎng)護(hù)

待第一批混凝土剔鑿?fù)瓿梢院?，清除混凝土表面的粉塵，在新老混凝土交接處涂抹與混凝土同性能的界面劑，保證新舊混凝土能夠較好的結(jié)合。若有破壞的鋼筋，按照原設(shè)計要求進(jìn)行鋼筋修復(fù)。施工現(xiàn)場應(yīng)留同條件試塊2組，根據(jù)試驗室測得同條件試塊抗壓強度，確定下一批的施工時間。澆筑完畢后，按照要求及時養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不宜少于7 d。

4　結(jié)語

對于框剪結(jié)構(gòu)—框架柱混凝土強度等級偏低的情況，須進(jìn)行加固處理，采用分批置換混凝土法進(jìn)行加固。實踐證明，該項技術(shù)可靠性高，從根本解決混凝土強度偏低的問題，但在加固設(shè)計和施工過程中有一定的難度，因此，通過該工程實例提出了幾點建議，以供類似混凝土結(jié)構(gòu)加固工程參考：

1)置換混凝土材料宜選用高性能水泥基灌漿料，該材料具有早強、高強、對周圍環(huán)境無污染等特點。在施工方面具有質(zhì)量可靠、縮短工期和使用方便等優(yōu)點。

2)設(shè)置可靠的卸荷系統(tǒng)是整個置換加固過程中一個重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，須嚴(yán)格設(shè)計和施工。

3)在置換施工過程中，應(yīng)對被置換構(gòu)件及相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行變形監(jiān)測，以確保置換施工的順利進(jìn)行。

[1]GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50550—2010，建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3]GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JGJ 130—2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[5]鄭育新.高層建筑鋼筋混凝土柱整體置換混凝土加固方法[J].施工技術(shù)，2011(21)：91-93.

[6]費廣清.置換混凝土加固剪力墻在某工程中的應(yīng)用分析[J].安徽建筑，2015(4)：71-73.

[7]周曉悅，章雪峰.分批置換混凝土在高層框剪結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用實例[J].建筑技術(shù),2012(4)：365-367.

The reinforcement technology of a construction in progress frame column partial replacement concrete

Li Qilian1Song Shuai1Guo Yanru2Jing Xuchu1

(1.HebeiUniversityofScienceandTechnology,Shijiazhuang050018,China;2.HebeiResearchInstituteofArchitectureScience,Shijiazhuang050021,China)

According to the situation of low strength of a construction in progress frame column, determined the partial replacement concrete reinforcement scheme, made sedimentation deformation monitoring to replacement column and its surrounding members during displacement period, made bearing capacity and stability monitoring to structure unloading system, the practice proved that this scheme achieved good reinforcement effect.

structural reinforcement, structural unloading, replacement concrete, grouting material

1009-6825(2016)19-0025-03

2016-04-27

李其廉(1965- )，男，副教授；宋帥(1988- )，男，在讀碩士

TU755

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