工業(yè)遺址改造中煙囪體內(nèi)隱形錨桿加固技術(shù)研究

汪方勇，吳 真

(江蘇筑镹營(yíng)造科技有限公司，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

巴庫(kù)為阿塞拜疆共和國(guó)首都，為保存城市建設(shè)與工業(yè)歷史發(fā)展的聯(lián)系，保留了擬建大型商業(yè)綜合體地塊中的工業(yè)煙囪(見(jiàn)圖1)。為充分展現(xiàn)工業(yè)遺址與新建商業(yè)綜合體的協(xié)調(diào)性，以工業(yè)煙囪為中心，設(shè)計(jì)了雙子塔建筑(見(jiàn)圖2)。煙囪高56m，底部直徑約5m，頂部直徑約3m，下部為八邊形構(gòu)造，上部為圓臺(tái)形構(gòu)造。受多種因素影響，煙囪局部存在缺失磚塊及豎向開(kāi)裂等情況，但煙囪整體仍堅(jiān)固、穩(wěn)定。經(jīng)多次研討、論證，最終采用體內(nèi)隱形錨桿加固技術(shù)保證煙囪安全。

圖1 煙囪原貌

圖2 項(xiàng)目效果

2 病害分析

煙囪內(nèi)部磚塊因高溫灼燒已出現(xiàn)局部釉面，在熱脹冷縮的交替作用下出現(xiàn)多條淺表裂縫，對(duì)內(nèi)部磚塊強(qiáng)度造成影響。受地震作用等影響，煙囪壁出現(xiàn)明顯的豎向裂縫(見(jiàn)圖3)。在風(fēng)荷載長(zhǎng)期作用下，煙囪頂部磚塊剝落(見(jiàn)圖4)。受雨水侵蝕作用，煙囪基礎(chǔ)磚塊出現(xiàn)風(fēng)化、酥損現(xiàn)象(見(jiàn)圖5)。

圖3 煙囪豎向裂縫

圖4 煙囪頂部磚塊剝落

圖5 煙囪基礎(chǔ)磚塊風(fēng)化

3 煙囪加固要求

針對(duì)煙囪現(xiàn)狀，提出以下加固要求。

1)避免發(fā)生煙囪意外倒塌或人身傷害事故。

2)保證原結(jié)構(gòu)安全，不能影響煙囪歷史原貌，不能造成二次損傷。

3)解決已有結(jié)構(gòu)病害，綜合考慮地震、風(fēng)荷載等的影響。

4)避免商業(yè)綜合體施工對(duì)煙囪造成影響。

4 體內(nèi)隱形錨桿加固技術(shù)

4.1 體內(nèi)隱形錨桿組成部件及其作用

體內(nèi)隱形錨桿由不銹鋼桿件(強(qiáng)度高、耐腐蝕)及包裹著無(wú)機(jī)質(zhì)水泥基漿料(易于流動(dòng)，強(qiáng)度適中，無(wú)收縮)的襯套組成。不銹鋼桿件起抗拉、抗剪作用，如果與體內(nèi)光纖感應(yīng)器配合使用，可起到監(jiān)測(cè)構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力變化、預(yù)警結(jié)構(gòu)安全的作用。無(wú)機(jī)質(zhì)水泥基漿料起鎖鍵咬合、提升錨桿整體抗拉強(qiáng)度的作用。襯套具有約束漿料的作用，防止因漿液過(guò)量注入而對(duì)孔壁周圍基材產(chǎn)生側(cè)向壓力，且可減少對(duì)建筑物表面的污染。襯套在注漿壓力作用下產(chǎn)生的鼓脹可使其與孔壁凹凸面形成有效的鎖鍵咬合，增強(qiáng)錨桿整體抗拉性能。

4.2 鉆孔要求

體內(nèi)隱形錨桿施工時(shí)要求在結(jié)構(gòu)基材上精準(zhǔn)鉆孔，鉆孔角度需精準(zhǔn)控制，不得采用對(duì)基材穩(wěn)定性產(chǎn)生擾動(dòng)的錘擊或鉆孔方式，多采用水鉆和干鉆鉆孔。如有內(nèi)、外裝飾或構(gòu)件內(nèi)部存在土體填料時(shí)，須采用無(wú)水干鉆鉆孔。

4.3 技術(shù)特點(diǎn)

采用體內(nèi)隱形錨桿加固技術(shù)時(shí)，錨桿植入與受力均發(fā)生在建筑物構(gòu)件內(nèi)部，不會(huì)對(duì)建筑物表面產(chǎn)生影響，有利于保存建筑物歷史原貌。在砌體基材自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下，錨桿未參與過(guò)多的受力，尤其是豎向錨桿。當(dāng)存在基礎(chǔ)沉降或受地震、風(fēng)荷載作用時(shí)，錨桿參與受力，以起到保護(hù)原結(jié)構(gòu)的作用。

對(duì)煙囪原結(jié)構(gòu)及加筋后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，以確定錨桿數(shù)量、錨桿布置間距、錨桿直徑、鉆孔直徑、錨固深度、錨固角度，并分析鉆孔可行性，保證原結(jié)構(gòu)安全。

4.4 施工要點(diǎn)

為增強(qiáng)建筑物整體抗震、抗風(fēng)性能，自煙囪頂部至基礎(chǔ)設(shè)置8根豎向錨桿(采用通長(zhǎng)桿件)。為解決地震導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)豎向裂縫病害，采用橫向錨桿對(duì)開(kāi)裂受損部位進(jìn)行拉結(jié)。為減小新建建筑施工對(duì)煙囪的擾動(dòng)，并提高煙囪基礎(chǔ)承載能力，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)大處理。

為減少施工成本，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于煙囪上部圓臺(tái)形主體結(jié)構(gòu)，自上而下分別布置24，12，18m長(zhǎng)錨桿進(jìn)行加固，每段錨桿采用同材質(zhì)的不銹鋼套筒連接件進(jìn)行連接。根據(jù)錨桿受力及長(zhǎng)細(xì)比要求，24m長(zhǎng)錨桿采用φ27mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為101mm；12m長(zhǎng)錨桿采用φ33mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為86mm；18m長(zhǎng)錨桿采用φ33mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為101mm(見(jiàn)圖6)。

圖6 錨桿布置

為增強(qiáng)下部八邊形承臺(tái)的承載能力，并提高煙囪整體抗震性能，布置8根15m長(zhǎng)豎向錨桿(采用φ33mm不銹鋼桿件，伸入原有基礎(chǔ)內(nèi)部)，鉆孔孔徑為85mm。

為增強(qiáng)煙囪基礎(chǔ)承載能力，采用鋼筋混凝土對(duì)基礎(chǔ)截面進(jìn)行擴(kuò)大，且新舊基礎(chǔ)采用鋼筋錨接，形成整體受力體系。煙囪原基礎(chǔ)采用強(qiáng)度較低的燒結(jié)磚制成，傳統(tǒng)淺埋深植筋工藝無(wú)法滿足新舊基礎(chǔ)抗拉強(qiáng)度要求。為此，植入磚塊部分采用體內(nèi)隱形錨桿加固技術(shù)進(jìn)行處理，錨桿長(zhǎng)6m，采用φ25mm不銹鋼桿件，鉆孔深度為3m，鉆孔孔徑為40mm；新澆筑混凝土部分采用裸筋處理，并與新基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋進(jìn)行綁扎連接。

采用短錨桿對(duì)煙囪壁豎向裂縫進(jìn)行橫向加固，防止裂縫繼續(xù)發(fā)展。短錨桿采用φ16mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為40mm。

鉆孔施工與錨桿安裝難度較大，為保證原結(jié)構(gòu)絕對(duì)安全，且不發(fā)生人身傷害事故，沿?zé)焽柰鈧?cè)搭建鋼結(jié)構(gòu)操作平臺(tái)(見(jiàn)圖7)，對(duì)煙囪進(jìn)行支撐、保護(hù)，既可保證施工人員安全，方便施工，又便于錨桿位置、鉆孔角度的確定。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)操作平臺(tái)

加固過(guò)程中及加固完成后通過(guò)內(nèi)置光纖感應(yīng)器對(duì)結(jié)構(gòu)變形、建筑物穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

作為傳統(tǒng)錨桿加固技術(shù)的衍生運(yùn)用，體內(nèi)隱形錨桿加固技術(shù)可有效增強(qiáng)原結(jié)構(gòu)抗壓、抗拉、抗剪性能，無(wú)機(jī)質(zhì)水泥基漿料具有抗老化及防火性能，不銹鋼桿件具有防腐性能。整個(gè)加固過(guò)程在建筑物構(gòu)件內(nèi)部完成，不會(huì)對(duì)建筑物表面產(chǎn)生影響，且快速、高效，不受模板限制，滿足對(duì)原建筑影響小、保持歷史原貌的修繕要求。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)受荷載作用時(shí)，尤其是橫向水平荷載，可通過(guò)豎向錨桿使主體結(jié)構(gòu)具有抵抗水平荷載的能力，有效保證原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。橫向錨桿可連接破損開(kāi)裂的磚、石，使結(jié)構(gòu)整體受力。

采用體內(nèi)隱形錨桿加固技術(shù)時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算分析等，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)分析可視化，加固過(guò)程可控制，加固結(jié)果可監(jiān)測(cè)，符合我國(guó)文物建筑、近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)加固要求，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。