面層加固法在砌體結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用

彭媛媛，聶會元，冉偉

（重慶大學 基建規(guī)劃處，重慶 400045）

面層加固法在砌體結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用

彭媛媛，聶會元，冉偉

（重慶大學 基建規(guī)劃處，重慶 400045）

建成年代較久遠的砌體結(jié)構(gòu)在高烈度地震中極易發(fā)生破壞，是我國建筑結(jié)構(gòu)加固的重點對象之一。該文總結(jié)了砌體結(jié)構(gòu)常用的加固方法及其優(yōu)缺點，并以某砌體結(jié)構(gòu)的加固工程為例，對面層加固法在砌體結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用進行了詳細介紹，可為砌體結(jié)構(gòu)抗震加固領(lǐng)域的相關(guān)工作提供參考。

砌體結(jié)構(gòu)；抗震加固；面層加固法

0 引言

大量震害調(diào)查表明，砌體結(jié)構(gòu)是在地震中最易發(fā)生破壞和倒塌的建筑結(jié)構(gòu)。我國砌體結(jié)構(gòu)在中小城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)大量存在，尤其在農(nóng)村地區(qū)，砌體結(jié)構(gòu)量大面廣[1-3]。砌體結(jié)構(gòu)以墻體為承重構(gòu)件，其剛度較大、自振周期較小、地震作用較大，而砌體結(jié)構(gòu)的材料抗剪和抗拉強度低，延性較差，因此砌體結(jié)構(gòu)在地震中往往震害嚴重。相關(guān)文獻中的數(shù)據(jù)表明：海城地震和唐山地震中，地震烈度達到6度時砌體結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞，達到8度時有40%的砌體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞并倒塌，達到9度時有80%的砌體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和倒塌[4-7]。因此，我國砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固是建筑結(jié)構(gòu)抗震加固領(lǐng)域的重點之一。本文以某建筑的加固工程為例，對砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固技術(shù)和管理進行詳細闡述。

1 工程概況

某建筑于上世紀60年代中期修建，現(xiàn)為地上五層磚混結(jié)構(gòu)房屋（局部三層），總建筑面積約11620m2。該建筑基礎(chǔ)采用素混凝土條形基礎(chǔ)，地基土為強風化或中風化巖層；房屋主體結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，縱、橫墻承重，主要承重墻厚度為370mm和240mm，采用紅磚（燒結(jié)普通磚）和混合砂漿砌筑，其中局部墻體有青磚混合；樓板主要為預(yù)制空心板；屋面為上人平屋面，未設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱。該建筑的總體情況如圖1和圖2中所示。

圖1 工程實景照片

圖2 結(jié)構(gòu)平面圖(mm)

2 結(jié)構(gòu)加固方法選擇

砌體結(jié)構(gòu)的加固需要滿足以下原則：（1）提高結(jié)構(gòu)的整體性；（2）砌體結(jié)構(gòu)加固后的抗震能力應(yīng)滿足《抗震設(shè)計規(guī)范》的設(shè)計要求；（3）加固后的砌體結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免出現(xiàn)質(zhì)量分布不均勻和出現(xiàn)局部剛度突變的問題；（4）加固施工應(yīng)不影響既有砌體結(jié)構(gòu)的強度。

在實際工程實踐中，砌體結(jié)構(gòu)的加固主要分為間接加固和直接加固兩類方法。間接加固法是通過在原有結(jié)構(gòu)體系中增設(shè)構(gòu)件，改變結(jié)構(gòu)傳力途徑，降低原結(jié)構(gòu)構(gòu)件承擔的荷載，該方法的施工簡單和方便，但新增加的構(gòu)件會對既有結(jié)構(gòu)的使用功能產(chǎn)生一定的影響，在實際工程中的應(yīng)用相對較少。直接加固法是采用一些加固措施，直接對既有砌體結(jié)構(gòu)的墻體、樓板等構(gòu)件及其連接進行加固，從而提高其剛度、承載力、耗能能力等抗震性能，在實際工程中應(yīng)用廣泛，目前常用的直接加固法有以下幾種[8-10]。

（1）面層加固法：該方法施工簡單易行，適用范圍廣，加固后構(gòu)件力學性能提高明顯，加固經(jīng)濟性好，其工程設(shè)計和施工經(jīng)驗均較為成熟；但該方法的現(xiàn)場濕作業(yè)時間較長，混凝土或砂漿的養(yǎng)護期也較長，會在一定程度上對既有建筑的使用產(chǎn)生影響，且加固后的建筑使用凈空間有一定的減小。

（2）外包鋼加固法：該方法是在構(gòu)件周邊設(shè)置型鋼，通過界面構(gòu)造措施使型鋼與既有結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件共同參與受力，從而提高既有構(gòu)件的剛度、承載力、耗能能力等抗震性能。該方法的施工簡單易行，現(xiàn)場施工的工作量小，基本不存在濕作業(yè)，加固后的構(gòu)件受力性能提高明顯，對不允許增加既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面大小，但又要求大幅提高既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能的砌體結(jié)構(gòu)非常適用。但該方法需要對新增型鋼構(gòu)件采用與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相當?shù)姆阑鸫胧┖头栏胧?，導致其加固費用相對較高。

（3）體外預(yù)應(yīng)力撐桿加固法：在被加固構(gòu)件的表面增設(shè)具有預(yù)應(yīng)力的撐桿，使體外預(yù)應(yīng)力撐桿和既有結(jié)構(gòu)的構(gòu)件共同參與受力，從而提高既有構(gòu)件的剛度、承載力、耗能能力等抗震性能，并減少既有結(jié)構(gòu)的構(gòu)件裂縫寬度和變形。該方法對既有建筑的空間占用較少，施工速度較快，優(yōu)勢明顯。但該方法的施工難度較大，施工專業(yè)性較強，體外預(yù)應(yīng)力撐桿與既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接節(jié)點構(gòu)造較為復(fù)雜。

（4）粘貼纖維增強復(fù)合材加固法：該方法是將纖維增強復(fù)合材料通過界面劑粘貼到既有結(jié)構(gòu)中需要加固的構(gòu)件表面，從而提高既有構(gòu)件的剛度、承載力、耗能能力等抗震性能。該方法具有高強高效、耐腐蝕、施工方便、濕作業(yè)量少、不增加結(jié)構(gòu)尺寸等優(yōu)點，但纖維增強復(fù)合材料的價格高，且需要對其進行防火保護。

（5）注漿加固法：該方法是通過施加壓力，將粘接性能較好的注漿材料壓入既有結(jié)構(gòu)中待加固構(gòu)件的裂縫等內(nèi)部缺陷中，從而提高既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的密實性和整體性能。該方法主要用于砌體結(jié)構(gòu)的裂縫等內(nèi)部缺陷的修復(fù)加固，對承載力和剛度的提高幅度不大，一般適用于對加固要求不高的砌體結(jié)構(gòu)中。

該工程原結(jié)構(gòu)體系抗震驗算結(jié)果表明，其抗震承載力滿足要求，僅抗震構(gòu)造措施不滿足要求。通過對各樓棟進行中震驗算和性能化設(shè)計，結(jié)果表明需要針對原結(jié)構(gòu)體系中抗震性能薄弱的區(qū)域，如樓梯間及房屋四周等位置進行加固。綜合考慮各類砌體結(jié)構(gòu)加固方法的優(yōu)缺點，結(jié)合工程的實際情況，采用鋼筋混凝土面層和鋼筋網(wǎng)砂漿面層對該砌體結(jié)構(gòu)進行加固，增加原結(jié)構(gòu)體系的整體性與抗震能力。

3 工程加固技術(shù)

3.1 墻面裂縫處理

該工程的墻面裂縫處理主要采用填縫密封修補法和配筋填縫密封修補法。當墻面裂縫較淺時采用填縫密封修補法，其工序為先將裂縫清理干凈，再將水泥砂漿或摻有107膠的聚合水泥砂漿填入磚縫內(nèi)；當裂縫較寬時采用配筋填縫密封修補法，其工序為在與裂縫相交的灰縫中嵌入細鋼筋，然后再用水泥砂漿填縫。

3.2 墻體面層加固設(shè)計

對于長度較短的墻肢，由于其加固要求較高，因此采用鋼筋混凝土面層進行雙面加固，加固層厚度為60mm，設(shè)置單排鋼筋網(wǎng)片，豎向配筋為12@200，水平配筋為8@200。其余墻體采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層進行加固，包括單面加固和雙面加固兩種情況，如圖3所示。加固層厚度40～45mm，設(shè)置單排鋼筋網(wǎng)片，豎向配筋為8@200，水平配筋為6@300。圖4給出了墻體節(jié)點典型加固構(gòu)造。

圖3 鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固墻體(立面圖)

圖4 墻體節(jié)點典型加固構(gòu)造(俯視圖)

對于雙面鋼筋混凝土面層，兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)片應(yīng)采用S形拉結(jié)筋錨固，拉結(jié)筋采用8@600，所有的拉結(jié)筋應(yīng)呈梅花形布置，如圖5所示。在樓板處設(shè)置搭接鋼筋連接相鄰上下兩層的鋼筋混凝土面層中的豎向鋼筋，如圖6所示。鋼筋混凝土面層在底部區(qū)域設(shè)置基礎(chǔ)，埋置深度滿足豎向鋼筋的錨固要求。

圖5 拉結(jié)筋布置方式

圖6 樓板處墻體加固構(gòu)造(立面圖)

對于單面鋼筋網(wǎng)砂漿面層，鋼筋網(wǎng)片采用8@600的L形錨筋錨固，所有拉結(jié)筋及錨筋均呈梅花形布置。為保證鋼筋網(wǎng)片應(yīng)與原墻體的牢固連接，在鋼筋網(wǎng)片的周圍采用設(shè)置錨筋、拉結(jié)筋與樓板進行可靠連接，以減少對原墻體的破壞。砂漿面層中的水平鋼筋在門窗洞口處采用L形錨筋錨入墻體，錨固深度為120mm。

3.3 墻面鋼筋網(wǎng)綁扎

首先將面層中豎向鋼筋與少量預(yù)先穿入孔洞的鋼筋進行綁扎連接，豎向鋼筋布置完成后進行水平鋼筋的綁扎，最后形成鋼筋網(wǎng)片。然后在墻體中開設(shè)孔洞并穿入L形錨固鋼筋或S形拉結(jié)筋。對于單面鋼筋網(wǎng)砂漿面層中的L形錨固鋼筋，應(yīng)重點控制其錨入墻體的長度和伸出墻體的長度，保證其能與鋼筋網(wǎng)片有效連接，且伸出墻體的長度不超出墻體加固層厚度。L形錨固鋼筋與鋼筋網(wǎng)片連接固定后，采用微膨脹細石混凝土灌入孔洞內(nèi)將L形錨固鋼筋固定。對于雙面鋼筋混凝土面層中的S形拉結(jié)筋，首先將一端具有彎鉤而另一端為平直的拉筋制作好并穿過墻體中的孔洞，然后用彎鉤拉住鋼筋網(wǎng)片的十字交叉點并綁扎好，在墻體的另一側(cè)將穿出墻體孔洞的拉筋平直端采用人工打彎的方式形成彎鉤，并鉤住該側(cè)墻體的鋼筋網(wǎng)片，最后采用微膨脹細石混凝土灌入孔洞內(nèi)將S形拉結(jié)筋固定。

3.4 砂漿、混凝土面層處理

砂漿面層和混凝土面層施工前，墻面應(yīng)按要求進行打耙，打耙厚度滿足設(shè)計墻板要求，灰耙間距不大于2500mm。對于砂漿面層，采用砂漿噴射機進行墻面噴漿，噴漿順序第一遍從下向上，第二遍從上向下噴射，一次噴射厚度不大于30mm。對于混凝土面層，混凝土原料應(yīng)采用級配良好、和易性良好的細石混凝土，分多次噴射逐步達到設(shè)計厚度。在面層達到厚度要求時，采用人工括杠進行初次收平，再進行收平壓光，如遇到面層中顆粒過粗表面無法收光時，采用抗裂砂漿單獨收平。

4 結(jié)語

相對于新建砌體結(jié)構(gòu)工程，砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固工程更為復(fù)雜，需要在實踐中不斷探索和總結(jié)。本文首先總結(jié)歸納了砌體結(jié)構(gòu)不同加固方法的優(yōu)缺點，并對某工程中采用的面層加固法關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細介紹，包括墻體面層加固設(shè)計、墻面裂縫處理、墻面鋼筋網(wǎng)綁扎及砂漿混凝土面層處理等方面，可為采用面層加固法的砌體結(jié)構(gòu)相關(guān)加固工程的設(shè)計和施工做參考。

[1]羅輝，宋文，宮鶴.既有老舊砌體加固研究現(xiàn)狀[J].建筑與預(yù)算，2014（2）：26-29.

[2]王萍，于江.砌體房屋墻體加固方法研究與應(yīng)用[J].江蘇建筑，2011（5）：43-45.

[3]孔慶銀.砌體結(jié)構(gòu)墻體加固方法述評[J].商品與質(zhì)量，2009（S6）：66-68.

[4]何建.砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體加固技術(shù)及其應(yīng)用[J].四川建筑，2009（4）：136-137，140.

[5]郭亮.現(xiàn)代檢測加固技術(shù)在近代建筑修護中的應(yīng)用[J].科技信息，2011（29）：761.

[6]王巧琳,趙剛.樓層建筑加固方法探析[J].科學咨詢：科技·管理，2011（8）：66-67.

[7]張哲.淺析建筑結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2009（10）：272.

[8]邢其榮，邵成剛.淺談砌體加固的施工[J].黑龍江科技信息，2009（23）：289.

[9]顧輝，程才淵.砌體結(jié)構(gòu)裂縫成因與加固措施[C]//全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議，2006：5.

[10]胡坤生，楊雪強，丁方明.砌體加固改造設(shè)計與施工方案[J].山西建筑，2005（21）：73-74.

Application of Surface Reinforcement Method in Seismic Reinforcement of Masonry Structure

The masonry structure constructed years ago is easily damaged in high earthquake intensity,so it has been an important building structure calling for reinforcement.This paper summarizes the commonly used reinforcement methods and their advantages and disadvantages for masonry structure reinforcement.Then based on an actual reinforcement engineering of a masonry structure,this paper introduces in detail the application of surface reinforcement method for the seismic reinforcement of the masonry structure,which offers a reference for the relevant seismic reinforcement work of the masonry structures in actual engineering.

masonry structure;seismic reinforcement;surface reinforcement method

TU362

A

1671-9107（2017）12-0045-04

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.45

2017-08-30

彭媛媛（1986-），女，湖南保靖人，研究生，工程師，主要從事建筑工程設(shè)計及管理工作。

責任編輯：孫蘇，李紅