加固組合技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故處理中的應(yīng)用

周紅萍 （安徽建工集團(tuán)股份有限公司建筑設(shè)計研究院，安徽 合肥 230000）

隨著中國建筑業(yè)的高速發(fā)展，加固技術(shù)在改、擴(kuò)建工程及新建工程的質(zhì)量事故處理中得到廣泛應(yīng)用。例如：老舊工程的改、擴(kuò)建，建筑使用功能的改變，導(dǎo)致實際使用荷載超過原設(shè)計的使用荷載；房屋使用功能改變，導(dǎo)致抗震設(shè)防類別提高；建筑工程施工過程中的缺陷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)需要加固等等。加固技術(shù)方法較多，本文就某辦公樓結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故處理工程，簡述混凝土結(jié)構(gòu)多種加固技術(shù)的具體組合運(yùn)用。

1 工程概況

某辦公樓地上23層，地下2層，為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，框架和剪力墻的抗震等級為二級，設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，設(shè)計地震分組為第一組，嵌固端設(shè)在正負(fù)零地下室頂板，框架柱混凝土強(qiáng)度等級三層以下C60，以上C55～C30，地下室梁板的混凝土強(qiáng)度等級為C35。由于主樓負(fù)二層框架柱（墻）與梁板混凝土強(qiáng)度設(shè)計的相差超過一個等級，為確保柱頭部位混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，設(shè)計要求梁柱節(jié)點做法如圖1、圖 2。

圖1 梁柱節(jié)點做法

圖2 框架柱柱頭水平裂縫

該項目竣工驗收時發(fā)現(xiàn)地下室負(fù)二層有2根框架柱柱頭出現(xiàn)水平裂縫，柱頭缺陷處，柱角崩裂、豎向開裂，通過對被測負(fù)二層框架柱受損程度的檢測，發(fā)現(xiàn)距負(fù)二層頂板底約1000mm處柱頭有厚度約為25mm～110mm砂漿缺陷層，柱西側(cè)面存在數(shù)道長度較短（約200mm～250mm）豎向裂縫，裂縫位于柱頭缺陷處下方，裂縫基本與該側(cè)主筋位置重合，測得裂縫最大寬度約為0.10mm，裂縫深度約為28.0mm（基本與柱主筋保護(hù)層厚度一致），發(fā)現(xiàn)柱腳有混凝土崩裂，無鋼筋外露現(xiàn)象。

被測負(fù)二層框架柱柱頭部位混凝土內(nèi)部密實性根據(jù)規(guī)范要求在被測框架柱混凝土表面平整、清潔部位布置超聲測點，布置區(qū)域主要位于柱頭梁下部位（檢測高度約為800mm～900mm），框架梁測點網(wǎng)格間距為150mm×150mm、200mm×150mm兩種。采用對測和斜測相結(jié)合的方法對混凝土密實性進(jìn)行檢測，觀測結(jié)果表明框架柱均存在聲速值及波形異常情況，異常測點主要位于砂漿缺陷層上方一排測點，波形異常部位混凝土存在明顯的內(nèi)部孔洞缺陷，現(xiàn)場通過在負(fù)二層框架柱柱頭部位鉆取芯樣發(fā)現(xiàn)缺陷砂漿層貫穿這個柱截面。

被測負(fù)二層框架柱截面尺寸、主筋根數(shù)及箍筋間距等均符合原設(shè)計要求，被測負(fù)二層框架柱頂點層間側(cè)向位移值滿足現(xiàn)行國家規(guī)范要求。

被測負(fù)二層框架柱柱身部位現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值均達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級C60要求，框架柱柱頭部位現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值在（53.0～53.9）MPa之間，砂漿缺陷層貫穿整個柱截面且未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級C60要求。

2 加固處理原理分析

經(jīng)過檢測，被測兩根框架柱柱頭100mm左右砂漿缺陷層為施工潤泵砂漿夾雜到柱混凝土所致，經(jīng)復(fù)核被測框架柱柱頭部位混凝土出現(xiàn)崩碎、開裂等均系結(jié)構(gòu)受力引起，結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在安全隱患。因此必須及時加固處理。

經(jīng)查計算結(jié)果，負(fù)二層兩根有缺陷框架柱均為邊柱，柱截面900mm×900mm，框架柱的抗震等級原設(shè)計負(fù)一層為二級，負(fù)二層為三級，柱軸壓比分別0.69、0.81，缺陷層約100mm 厚，在長期豎向荷載作用下，強(qiáng)度不均勻的缺陷層有壓潰趨勢，產(chǎn)生內(nèi)力重分布，周邊一道框架梁出現(xiàn)斜裂縫。為確保結(jié)構(gòu)安全，迅速對框架柱缺陷層范圍外包鋼板先期處理，對框架柱有束箍作用，同時能作為缺陷上下部傳遞豎向荷載的橋梁，有效地傳遞豎向荷載，避免在高應(yīng)力作用下缺陷部分繼續(xù)受壓變形加劇原柱的損傷破壞，外包鋼板與原混凝土柱之間采用壓力灌注結(jié)構(gòu)膠灌注密實，為了后期柱周邊新增鋼筋混凝土后澆層能有效的與原柱共同受力，在外包鋼板側(cè)面焊接直徑19的栓釘，長度75mm，栓釘間距200mm，具體做法詳圖3。

圖3 框架柱缺陷先期外包鋼板處理立面詳圖

第二步對缺陷柱采取加大截面法，偏安全的按等截面替代加固原框架柱，計算以箱型柱建模計算，按計算結(jié)果配置縱筋、箍筋。為保證原框架柱的豎向荷載有效傳遞到外包箱型柱上，首先在缺陷位置外包鋼板外焊接栓釘（詳見以上說明），其次考慮二次受力擴(kuò)散效應(yīng)，本工程加固的外包箱型柱往缺陷所在層上一層延伸了一層，同時對外包箱型柱與原柱結(jié)合處嚴(yán)格按照《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50550-2010）要求采取鑿毛處理加強(qiáng)協(xié)同工作能力以達(dá)到有效傳遞豎向荷載的目的，具體做法如圖4。

圖4 加大截面法具體做法

第三步對出現(xiàn)斜裂縫的框架梁在梁側(cè)、梁底粘貼碳纖維加固處理，同時對裂縫采用有恢復(fù)截面整體性及補(bǔ)強(qiáng)要求的裂縫修復(fù)膠灌注密實，或采用裂縫封閉膠對裂縫進(jìn)行表面封閉處理。

3 加固處理施工注意事項

3.1 裂縫修復(fù)技術(shù)

裂縫寬度小于等于0.20mm時，采用裂縫封閉膠對裂縫進(jìn)行表面封閉，施工步驟如下：①沿裂縫走向，在裂縫中作出臨時性標(biāo)志以保證打磨后能找到裂縫；②對裂縫兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)的原構(gòu)件表面進(jìn)行打磨，直至露出堅實的骨料新面；③將混凝土表面的油漬、污垢清理干凈后采用壓縮空氣清理灰塵、白灰、浮渣及松散層等污物；④采用工業(yè)丙酮擦拭一遍后涂抹裂縫封閉膠。

裂縫寬度大于0.20mm時，采用裂縫修復(fù)膠對裂縫進(jìn)行灌注修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，施工步驟如下：①沿裂縫走向，在裂縫中作出臨時性標(biāo)志以保證打磨后能找到裂縫；②對裂縫兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)的原構(gòu)件表面進(jìn)行打磨，直至露出堅實的骨料新面；③將混凝土表面的油漬、污垢清理干凈后采用壓縮空氣清理灰塵、白灰、浮渣及松散層等污物，再采用工業(yè)丙酮擦拭一遍；④按裂縫走向布置針筒注膠嘴及其底座同時設(shè)置排氣嘴，針筒注膠嘴設(shè)在裂縫交叉處、裂縫較寬處和端部同時控制間距在100mm～300mm；⑤注膠嘴的底座上抹一層厚約1mm的環(huán)氧膠泥，再騎縫粘貼在預(yù)定的位置上，注膠嘴底座之間的裂縫表面應(yīng)采用封閉膠封閉；⑥封閉膠固化后進(jìn)行壓氣試驗，檢查密封效果，觀察注膠嘴之間的連通情況，若有不通氣的注膠嘴應(yīng)重新埋設(shè)并縮短其間距；⑦配置裂縫修復(fù)膠，并按產(chǎn)品使用說明書的注膠壓力對裂縫進(jìn)行壓力注膠；⑧當(dāng)上部注膠嘴或排氣嘴有膠液流出時，應(yīng)及時關(guān)閉上部注膠嘴，并維持壓力1min～2min，待封內(nèi)的膠液初凝時立即拆除注膠嘴和排氣嘴，并用環(huán)氧膠泥將嘴口部位抹平、封閉。

3.2 外包鋼板灌注結(jié)構(gòu)膠加固技術(shù)

本工程先期外包鋼板是為了暫時消除原柱繼續(xù)損傷隱患，故施工重點是快速有效地形成外包鋼板傳力橋梁，同時在施工過程中不能造成原柱的二次削弱，施工步驟大略如下：鑿除加固處的粉刷層至混凝土表面不得損傷原混凝土，將混凝土表面打磨平整，除去表面浮漿等雜質(zhì)；鋼板根據(jù)圖紙要求施按現(xiàn)場實際尺寸下料；將已除銹和粗糙處理的鋼板貼附于柱表面，用卡具卡緊，再將其與相鄰面鋼板焊牢，用環(huán)氧膠泥將鋼板周圍封閉，留出排氣孔，并在有利灌漿處做灌漿嘴。待灌漿嘴粘牢后，用壓力將環(huán)氧樹脂漿從灌漿嘴壓入；當(dāng)排氣孔出現(xiàn)漿液后，停止加壓，以環(huán)氧膠泥堵孔，再以較低壓力維持10min以上方可停止灌漿，鋼板結(jié)構(gòu)膠灌注完畢后不得再在鋼板上進(jìn)行焊接操作。

3.3 碳纖維加固技術(shù)

碳纖維加固施工的重點是原混凝土面的基層處理，其直接影響碳布的作用效果，其施工步驟大略如下：首先鑿除框架梁表面的粉刷層至混凝土基層；對原混凝土基層嚴(yán)格按照《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50550-2010）要求進(jìn)行處理；碳纖維下料和粘結(jié)期間要保持碳纖維材料的干凈整潔，嚴(yán)防褶皺、受損。拌膠的配比和操作嚴(yán)格按產(chǎn)品說明進(jìn)行，攪拌充分和均勻。粘結(jié)時保證碳纖維膠密實無氣泡，厚度合適且均勻；碳纖維布膠能充分浸透碳纖維。碳纖維布多層粘結(jié)時要分層進(jìn)行；最后一層碳纖維布表面應(yīng)均勻面涂一層。保證粘結(jié)平整，應(yīng)盡量少搭接，無褶皺和扭曲。碳纖維膠固化期間應(yīng)嚴(yán)防受到干擾按相關(guān)要求進(jìn)行表面防護(hù)處理。如果需要進(jìn)行粉刷防護(hù)，在面涂層進(jìn)行拍砂處理，拍砂施工不得影響已粘貼的碳纖維。

3.4 植筋技術(shù)

本工程基礎(chǔ)形式為大直徑人工挖孔樁，加大截面的框架柱為單樁承臺，新增箱型柱縱筋通過植筋錨固于原承臺內(nèi)，植筋施工步驟如下：首先按設(shè)計要求的孔位、孔徑、孔深鉆孔；用吹風(fēng)機(jī)與刷子清理孔道直至孔內(nèi)壁無浮塵水漬為止；要求鋼筋必須順直，植筋前應(yīng)對原鋼筋進(jìn)行除銹，且除銹長度大于植筋長度；注膠采用粘膠灌注器邊注邊緩慢拔出灌注器。將處理好的鋼筋旋轉(zhuǎn)緩慢插入孔道內(nèi)，使植筋膠均勻附著在鋼筋表面及螺紋縫隙中；鋼筋錨入后按建議固化時間等待藥劑固化，期間不要對鋼筋碰撞或敲擊；植筋時，其鋼筋宜先焊后種植；若有困難必須后焊，其焊點距基材混凝土表面應(yīng)大于15d，且應(yīng)采用冰水浸潤的濕毛巾包裹植筋外露部分的根部。

4 結(jié)語

本工程通過綜合運(yùn)用碳纖維加固法、外包鋼法、加大截面法以及裂縫修補(bǔ)技術(shù)等加固技術(shù)，對出現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行處理，后期投入使用后，情況良好，未發(fā)現(xiàn)其他問題。該案例也提醒了各參建責(zé)任主體，要加強(qiáng)質(zhì)量意識，做好每個環(huán)節(jié)的管控，避免工程質(zhì)量事故造成經(jīng)濟(jì)、社會效應(yīng)等的巨大損失。