在建項(xiàng)目剪力墻混凝土強(qiáng)度不足處理方案的探討

屈創(chuàng)，王超 （安徽同濟(jì)建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

本工程為剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積12190㎡，地下1層，地上30層，建筑高度89m。建筑場(chǎng)地類別Ⅲ類，抗震設(shè)防類別丙類，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年。

在首層拆模的過程中，發(fā)現(xiàn)剪力墻多處出現(xiàn)蜂窩、部分露筋和墻體裂縫等多種質(zhì)量問題，且部分混凝土顏色異常，但并未引起足夠的重視，未采取處理措施。在混凝土達(dá)到齡期28天后，經(jīng)過對(duì)首層剪力墻混凝土全面回彈，并根據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）及安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)推算出混凝土的實(shí)際強(qiáng)度。原設(shè)計(jì)首層混凝土強(qiáng)度為C50，經(jīng)回彈推算出的實(shí)際混凝土強(qiáng)度僅在C30～C40，跟設(shè)計(jì)強(qiáng)度相差較多，存在結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目立即停工，但此時(shí)結(jié)構(gòu)已施工至8層，需要采取措施提高混凝土強(qiáng)度。

2 影響混凝土強(qiáng)度的因素

影響混凝土強(qiáng)度的因素很多，包括水泥組成及細(xì)度、水灰比、骨料級(jí)配、外加劑及現(xiàn)場(chǎng)施工管理等。

水泥對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響取決于水泥的成分、強(qiáng)度及細(xì)度。水泥主要礦物組成包含硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等，主要強(qiáng)度貢獻(xiàn)為硅酸三鈣和硅酸二鈣，硅酸三鈣決定著硅酸鹽水泥四個(gè)星期內(nèi)的強(qiáng)度，混凝土28天強(qiáng)度主要依據(jù)，而硅酸二鈣的強(qiáng)度貢獻(xiàn)大于硅酸三鈣，且28天后才開始發(fā)揮強(qiáng)度。水泥細(xì)度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響也很大。水泥細(xì)度則影響水化反應(yīng)的速率，細(xì)度增加后水化速率就增大，混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)就快。在一定范圍內(nèi)，水灰比越小，混凝土強(qiáng)度會(huì)越高。合理的骨料級(jí)配，可以提高界面水泥粘結(jié)，提高和易性，降低混凝土離析的概率。在現(xiàn)場(chǎng)施工中一般會(huì)加入適量的外加劑，如粉煤灰等，可以改善混凝土的性能，降低水化熱，節(jié)約水泥。但是經(jīng)過大量的工程實(shí)踐證明，粉煤灰外加劑也帶來了混凝土的早期強(qiáng)度偏低的現(xiàn)象，所以在配制高強(qiáng)度混凝土?xí)r，要注意粉煤灰摻量的比例，否則影響混凝土強(qiáng)度?，F(xiàn)場(chǎng)的施工管理也是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素，混凝土澆注、振搗和養(yǎng)護(hù)是一個(gè)連續(xù)性工作，應(yīng)對(duì)操作者進(jìn)行素質(zhì)教育和技術(shù)交底，提高操作者業(yè)務(wù)能力，加強(qiáng)監(jiān)督力度，將責(zé)任落實(shí)到人。

3 混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)原因及采取的措施

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真分析，初步得出此次重大質(zhì)量問題的原因?yàn)橐蚴┕みM(jìn)度較緊，拆模較早，帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足，且養(yǎng)護(hù)期間，天氣干燥少雨，早期強(qiáng)度主要取決于鋁酸三鈣和硅酸三鈣，混凝土養(yǎng)護(hù)期間沒有補(bǔ)充足夠的水分，其水泥水化反應(yīng)不完全，混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場(chǎng)施工采用混凝土粉煤灰摻量較高，約占水泥量的25%，影響了混凝土的早期強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)交底不夠充分，工人素質(zhì)低且混凝土澆筑方法不對(duì)，首層層高較高，混凝土在澆筑時(shí)振搗不足而出現(xiàn)了離析現(xiàn)象。

經(jīng)過充分溝通，并咨詢業(yè)內(nèi)專家，決定繼續(xù)加強(qiáng)混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)，并覆蓋麻布、草簾等保濕養(yǎng)護(hù)，加速水化反應(yīng)，盡可能利用硅酸二鈣及粉煤灰的后期強(qiáng)度。一周后重新檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，混凝土強(qiáng)度基本都得到了提高，強(qiáng)度范圍在C35～C45之間，但與設(shè)計(jì)強(qiáng)度仍存在較大差距，需要設(shè)計(jì)方復(fù)核計(jì)算。

4 結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)核算及處理意見

甲方委托設(shè)計(jì)單位對(duì)該質(zhì)量事故進(jìn)行復(fù)核計(jì)算分析并提出處理方案，確保其結(jié)構(gòu)承載能力能滿足建筑物的安全及使用要求，現(xiàn)將計(jì)算分析過程簡(jiǎn)述如下。

剪力墻作為結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值除了影響結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求及承載力計(jì)算外，其彈性模量EC的變化還引起整體剛度ΣECI的變化，當(dāng)實(shí)際強(qiáng)度為C35～C45時(shí)，與設(shè)計(jì)強(qiáng)度C50的彈性模量之比為 EC35～EC45/EC50=0.91～0.97，首層的剛度大約降低3%～9%左右。影響結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)（剛度比、位移角、位移比、軸壓比、穩(wěn)定性）及內(nèi)力重新分配等。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（2015）4.1.2 規(guī)定，采用400MPa及以上鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016）表 3.4.3-2 豎向不規(guī)則的主要類型，復(fù)核側(cè)向剛度及樓層承載力變化。從計(jì)算分析中得知，不管在風(fēng)荷載還是地震荷載作用下，底層的層作用力較小，層間位移角小于1/1000，且樓層側(cè)向剛度及剛度比變化均在規(guī)范合理范圍內(nèi)，對(duì)本層及層間位移比也幾乎無影響。對(duì)整體結(jié)構(gòu)而言，因其它樓層剛度不變，故最大位移角（樓層1/3～2/3）也幾乎無變化，建筑物位移受到影響很小。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016）6.4.1，二、三級(jí)抗震等級(jí)剪力墻軸壓比不宜大于0.6。經(jīng)修改剪力墻混凝土實(shí)際強(qiáng)度重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，本工程四周及樓、電梯核心筒剪力墻軸壓比低于規(guī)范限值，能滿足混凝土抗震延性要求，而剪力墻復(fù)核面積較大的中部和南邊軸壓比均超過規(guī)范要求，且根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）附錄 D，復(fù)核首層墻體穩(wěn)定性，少數(shù)墻體因混凝土彈性模量的降低而出現(xiàn)墻體穩(wěn)定性計(jì)算不足等情況。

因樓層剛度的變化，導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)力重新分布，且混凝土強(qiáng)度的變化導(dǎo)致剪力墻墻身及邊緣構(gòu)件的配筋出現(xiàn)變化。經(jīng)計(jì)算，該層各構(gòu)件內(nèi)力略有變化，不影響連梁及框架梁的配筋。剪力墻墻體墻身及邊緣構(gòu)件的實(shí)際配筋，也都大于計(jì)算值。

綜合上述分析可知，由于本工程施工造成剪力墻混凝土強(qiáng)度不足情況下，基本不影響結(jié)構(gòu)整體工作性能，但因強(qiáng)度不足出現(xiàn)軸壓比超限及墻身穩(wěn)定性不足的墻體需要采取措施提高剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)，以保證結(jié)構(gòu)的安全性能。

5 剪力墻混凝土置換

對(duì)于混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重不足的加固方案主要有增大截面法、粘鋼加固、包碳纖維復(fù)合材料以及置換混凝土等。增大截面法可有效提高混凝土抗壓承載力，可解決混凝土強(qiáng)度不足引起的軸壓比及穩(wěn)定性超限問題，但由于首層作為售賣影響建筑內(nèi)部有效面積，而降低建筑的商品價(jià)值未被采用。粘鋼及碳纖維加固也可有效提高混凝土抗壓承載力，但由于后期業(yè)主裝修帶來麻煩或結(jié)構(gòu)認(rèn)知引起恐慌而發(fā)生業(yè)主投訴，且此加固方式與原混凝土結(jié)構(gòu)抗震延性并不匹配。采用置換方法將剪力墻混凝土不足部分鑿除，采用混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度重新澆筑，可有效解決混凝土不足問題，但是考慮本樓已施工至8層，置換樓層以上有7層荷載，技術(shù)難度較大，需充分研究論證。

剪力墻混凝土層間置換的難點(diǎn)在于剪力墻荷載的傳遞，要考慮設(shè)置臨時(shí)豎向支撐體系，使置換樓層以上剪力墻豎向荷載傳遞途徑發(fā)生改變，并驗(yàn)算該種臨時(shí)支撐體系的承載力，保證臨時(shí)體系的工作性能。單片剪力墻拆除時(shí)，需分批次拆除，一次拆除長(zhǎng)度不宜過大，盡可能采用人工鑿鉆，不得損壞剪力墻豎向及水平分布筋。剪力墻拆除前，由于之前與之連接的梁板失去了支點(diǎn)，需設(shè)置臨時(shí)支撐，并應(yīng)及時(shí)觀測(cè)梁板、上部剪力墻結(jié)構(gòu)變形情況。因分批次拆除，置換混凝土要考慮新舊混凝土的結(jié)合共同作用，盡量采用微膨脹或無收縮混凝土，且置換的混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行后批次混凝土的拆除及澆筑工作。