關(guān)于辦公樓加固工程施工技術(shù)的探討

文／閆峰 廣州市第二建筑工程有限公司 廣東廣州 510045

引言：

當(dāng)前一線城市中的老舊辦公建筑越來越多，且大多為混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件隨著使用年限的增加都會出現(xiàn)不同程度的損傷。伴隨著老舊建筑物安全性能產(chǎn)生變化和人們對辦公樓使用需求的變化，對辦公樓的加固改造需求也逐漸增加，現(xiàn)行規(guī)范對建筑物的承載能力、抗震性能的要求越來越高，對舊辦公樓的加固和改造有一定的難度。

1、常用加固方法及特點(diǎn)

1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是在原有建筑混凝土構(gòu)件的四周疊澆新的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般是在受彎構(gòu)件的受拉區(qū)或者受壓區(qū)面，或者是對軸心受壓構(gòu)件薄弱部分的受壓邊，原理是通過增加緩凝土構(gòu)件的截面積以提高整體剛度和承載能力。該施工方法的特點(diǎn)是加固后所增加的體積較小，占用空間不多，基本不會影響構(gòu)筑物原有的使用功能，施工周期較長，結(jié)構(gòu)的自重也隨截面積的擴(kuò)大而增大，該方法具有一定局限性，因?yàn)樾聺仓幕炷翗?gòu)件同時也存在應(yīng)變、應(yīng)力滯后的情況。

1.2 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是指通過在原有混凝土構(gòu)件的四面粘貼上型鋼來提高其承載能力，通常需要使用膠粘劑和螺栓等來進(jìn)行型鋼的固定。該方法的特點(diǎn)是對原有混凝土構(gòu)件增加的體積、尺寸較小，但是可以有效增大結(jié)構(gòu)的延性和構(gòu)件承載能力，缺點(diǎn)是施工工序多且繁瑣，型鋼的耐腐蝕性較差，需要增加防護(hù)層，施工成本和后續(xù)養(yǎng)護(hù)、維護(hù)的費(fèi)用花費(fèi)較多。

1.3 體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法在原有構(gòu)件的基礎(chǔ)上設(shè)置型鋼撐桿或預(yù)應(yīng)力拉桿，對受彎混凝土構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力拉桿，對受壓混凝土構(gòu)件采用型鋼撐桿進(jìn)行加固的方法。該加固方法可以改變原有結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，從而達(dá)到加固的目的。該加固方法的特點(diǎn)是不會出現(xiàn)增大截面加固方法的應(yīng)變、應(yīng)力滯后的情況，而且改變了原有結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，分散荷載，增大承載能力，有效加固構(gòu)件。缺點(diǎn)是施工成本高，施工工序繁瑣。

1.4 增設(shè)支點(diǎn)加固法

增設(shè)支點(diǎn)加固法一般用于梁、板等受彎構(gòu)件，采用在梁、板跨中增加多個支點(diǎn)的方法將構(gòu)件的計算跨度減小，從而降低了構(gòu)件受到的剪力和最大彎矩，從而避免構(gòu)件變形和開些的現(xiàn)象。該方法最大的特點(diǎn)是通過增加受力支點(diǎn)，改變了結(jié)構(gòu)的傳力途徑。

1.5 粘貼纖維復(fù)合材料加固法

粘貼纖維復(fù)合材料加固是在原有結(jié)構(gòu)表面粘貼上纖維復(fù)合材料，一般采用碳纖維布和環(huán)氧碳纖維浸漬膠配合使用，碳纖維復(fù)合材料的制作過程經(jīng)過高溫工序，具有較好的抗拉能力，該方法可通過碳纖維復(fù)合材料協(xié)調(diào)原有結(jié)構(gòu)變形，提高原有構(gòu)件的耐久性、承載力和抗震性能。纖維復(fù)合材料還可以用于結(jié)構(gòu)裂縫的處理，用途較廣。該方法的特點(diǎn)是施工簡單便捷、高強(qiáng)高效、材料自重輕、適用范圍廣等，但是纖維復(fù)合材料并不可以提高原有結(jié)構(gòu)的剛度，其耐火性能也比較差。

1.6 增設(shè)支撐加固法

增設(shè)支撐加固法是指在原有結(jié)構(gòu)中增設(shè)新的支撐系統(tǒng)，有偏心支撐和中心支撐兩種形式，一般較多采用鋼支撐和防屈曲耗能支撐。該方法的特點(diǎn)是能有效提高原有結(jié)構(gòu)的整體剛度，改變了力的傳導(dǎo)途徑，傳導(dǎo)荷載發(fā)生變化，從而影響相鄰構(gòu)件的受力情況，能夠大大地提高整體結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震能力，但是也存在一定的缺點(diǎn)，會影響到構(gòu)筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的使用。

2、工程概況

中山大學(xué)廣州校區(qū)南校園永芳堂改造項(xiàng)目，永芳堂1992年由中山大學(xué)基建處設(shè)計室設(shè)計，為一棟主體四層，局部兩層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑，樓房高度15.90m，屋面為上人屋面，基礎(chǔ)為預(yù)制樁基礎(chǔ)。該辦公樓使用超過25年，根據(jù)具有相關(guān)資質(zhì)的檢測單位出具的《中山大學(xué)永芳堂房屋改＜擴(kuò)＞建工程 可靠性及抗震性能檢測鑒定報告》結(jié)論反映，本工程整體結(jié)構(gòu)安全性評級為Bsu 級，使用性評級為Ⅱ級，綜合抗震能力不滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1 基礎(chǔ)加固方案

因原基礎(chǔ)承載力不滿足改造需要，故對原基礎(chǔ)進(jìn)行加樁加固處理，需加固基礎(chǔ)數(shù)量為38 個，主要內(nèi)容為：第一，擴(kuò)大原鋼筋混凝土承臺；第二，采用錨桿靜壓樁加固基礎(chǔ);原基礎(chǔ)加固采用錨桿靜壓樁,方樁尺寸為250x250,單樁承載力特征值為400KN。

2.2 主體結(jié)構(gòu)加固方案

對原結(jié)構(gòu)柱、梁、板進(jìn)行加固改造，加固改造部分：主要是原建筑部分結(jié)構(gòu)拆除，一層至四層柱加大截面法及纖維織物環(huán)向圍束加固，二層至屋面層梁、板加大截面法及粘貼鋼板加固等。

3、辦公樓基礎(chǔ)加固施工技術(shù)

施工流程：界面處理→植筋→新增基礎(chǔ)（預(yù)留樁孔）→上部主體結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行錨桿靜壓樁→預(yù)應(yīng)力封樁→混凝土封樁。

鋼筋混凝土工程施工：

3.1 承臺混凝土界面處理

（1）采用挖掘機(jī)開挖與人工清底相結(jié)合的施工方法。用小型挖掘機(jī)將原承臺周圍土方開挖至擴(kuò)大承臺需要尺寸及標(biāo)高，再用人工予以修整。

（2）提前將擴(kuò)大承臺混凝土接觸面進(jìn)行表面鑿毛處理，將接觸界面的混凝土表面鑿成凹凸不平的面，深度范圍約為10 ～20mm，并把表面松散的混凝土清理干凈。

（3）完成鑿毛處理后用清水將混凝土表面沖洗干凈，并充分濕潤，保證新的混凝土結(jié)構(gòu)澆搗時接觸界面保持濕潤。

3.2 植筋施工處理

工藝流程：放線定位→鉆孔→清孔→配膠→植筋→養(yǎng)護(hù)

（1）定位：按設(shè)計圖紙要求進(jìn)行防線定位。鉆孔的位置應(yīng)避開缺陷混凝土和原有結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋。若使用環(huán)氧膠進(jìn)行植筋，植筋孔與鋼筋焊接位置的間隔不得小于500mm。

（2）鉆孔：一般使用電鉆、風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆孔孔徑大于鋼筋植筋3 至8mm。如果鉆孔位置會觸碰到原有結(jié)構(gòu)的鋼筋，則因重新調(diào)整鉆孔位置。根據(jù)設(shè)計圖紙的鋼筋植入深度，鉆孔時應(yīng)加深約15mm，若設(shè)計圖紙沒有標(biāo)明深度，則一般取10 ～15d（d 為鋼筋直徑）的鉆孔深度。

（3）清孔：用壓縮空氣把鉆孔的粉塵雜物吹出，再采用刷子刷除孔壁，最后再用壓縮空氣清理鉆孔內(nèi)的粉塵等。若鉆孔內(nèi)有潮濕粉塵雜物或者積水，應(yīng)該用清水清洗干凈，再排出積水。

（4）配膠：嚴(yán)格按照使用說明的配方比例進(jìn)行配膠，配膠數(shù)量應(yīng)結(jié)合施工使用量和時間，并在30 ～60 分鐘內(nèi)使用完畢。

（5）植筋：植入的鋼筋表面應(yīng)檢查完畢。鋼筋插入前應(yīng)該在鉆孔內(nèi)擠滿膠粘劑，充滿鉆孔，并在植入段周圍抹膠，將鋼筋插入后，為保證鋼筋插入的深度，可使用錘子進(jìn)行錘擊。

（6）養(yǎng)護(hù)：鋼筋養(yǎng)護(hù)時間不得低于24 小時，植筋后不得碰撞到鋼筋，待膠粘劑凝固后，方可進(jìn)行下一步。

3.3 預(yù)留壓樁孔

在基礎(chǔ)承臺擴(kuò)大部分預(yù)留壓樁孔，根據(jù)施工圖測量放樣，定樁位，平面偏差不得大于±10mm，預(yù)留上小下大截頭錐形，上口350＊350mm、下口450＊450mm。

3.4 預(yù)埋反力架錨桿及安裝反力架

反力錨桿安裝在樁孔周邊，采用M27 錨桿與承臺鋼筋焊接，伸出承臺面800mm，反力架安裝時要保持垂直，扭緊螺母防止反力架晃動。

3.5 錨桿靜壓樁施工

3.5.1 錨桿靜壓樁施工工藝流程

安裝反力架→首段樁尖就位→安裝千斤頂→校核垂直度→施壓→下一樁段就位→校核垂直度→焊接接樁→安裝千斤頂→施壓→穩(wěn)壓→拆除反力架。

3.5.2 壓樁前準(zhǔn)備工作

（1）安裝反力架：在承臺的預(yù)留孔洞兩邊安裝反力架，裝完畢的反力架應(yīng)平穩(wěn)、垂直。

（2）在預(yù)制樁相對的兩側(cè)各設(shè)置一條豎直的線，方便在進(jìn)行壓樁時觀察和控制樁身垂直度。

（3）提前搭設(shè)作業(yè)平臺，平臺應(yīng)穩(wěn)固、安全，檢查各種設(shè)備性能完好。

3.5.3 施工方法及工藝

（1）將預(yù)制樁吊起，把樁尖放入承臺預(yù)留孔內(nèi)，在樁身垂直后在其周圍用木尖卡緊。

（2）安裝千斤頂，樁頂端面和千斤頂之間墊鋼板。

（3）使用吊線錘校準(zhǔn)預(yù)制樁樁身的垂直度。首段樁垂直度偏差須控制在5mm 以內(nèi)，之后的偏差控制在1%以內(nèi)。

（4）在施壓過程中必須隨時觀測樁的垂直度，發(fā)現(xiàn)有偏斜情況必須立即調(diào)直。

（5）各節(jié)樁的連接采用角鐵焊接，焊接中必須嚴(yán)格按照規(guī)定操作，焊縫表面焊波應(yīng)均勻，不得有裂縫、夾渣、焊瘤、燒穿等缺陷。

（6）終樁施加壓力達(dá)到2 倍設(shè)計單樁承載力時，開始穩(wěn)壓10 分鐘，樁下沉量不超過3mm，樁頭伸入承臺內(nèi)50mm ～100mm，最后由檢測機(jī)構(gòu)抽查檢驗(yàn)樁承載力進(jìn)行驗(yàn)樁。

圖1 預(yù)制樁頂鋼筋與承臺連接大樣

（7）封樁：壓樁完成，封樁前將壓樁孔周圍區(qū)域內(nèi)的泥土清洗干凈，壓樁孔內(nèi)的雜物清理干凈，樁帽采用兩根Ф18 鋼筋與錨桿用雙面交叉焊接，焊接長度不應(yīng)小于5d，然后澆搗C30 微脹混凝土。

4、辦公樓主體結(jié)構(gòu)加固施工技術(shù)

4.1 梁柱加大截面加固施工工藝

施工工藝流程：新舊界面處理→鉆孔植筋→鋼筋制安→模板制安→澆搗緩凝土→養(yǎng)護(hù)→模板拆除：

（1）新舊混凝土界面處理：對梁柱的原批蕩層鑿除，并對新舊接觸面表面進(jìn)行鑿毛處理。并用清水清洗并充分濕潤。

（2）植筋：鋼筋經(jīng)過表面檢查和丙酮擦拭后待用，配置好植筋膠并填充到孔內(nèi)，緩緩插入鋼筋并旋轉(zhuǎn)，最后用錘子敲擊鋼筋到底。在植筋膠凝固前，不得觸碰鋼筋。

（3）鋼筋制安：鋼筋應(yīng)經(jīng)過檢查表面潔凈，鋼筋調(diào)直可以采用人工或者機(jī)械調(diào)直，鋼筋下料長度應(yīng)根據(jù)構(gòu)件尺寸、鋼筋彎曲調(diào)整值、彎鉤增加長度混凝土保護(hù)層厚度等綜合計算。鋼筋綁扎前先檢查圖紙設(shè)計和鋼筋配料表是否相匹配，檢查鋼筋尺寸，與下料表是否吻合，核對無誤后方可進(jìn)行綁扎。水平鋼筋焊接可采用對焊與電弧焊，豎向鋼筋焊接按設(shè)計要求。

（4）模板安裝：采用建筑模板，先在加大截面的梁底處支設(shè)底膜，并設(shè)支撐或者方木支承牢固。將其中一邊的側(cè)模板封閉，另一邊模板封至距原梁底10cm 處，留出澆筑混凝土的空間。側(cè)膜內(nèi)側(cè)用鐵絲與鋼筋拉緊，并用斜撐支撐牢固。

（5）混凝土澆筑：混凝土澆筑前，應(yīng)檢查模板、支架的承載力、剛度、穩(wěn)定性，檢查鋼筋和預(yù)埋件的位置、規(guī)格，做好記錄，相應(yīng)接面應(yīng)鑿毛并清洗干凈，表面充分濕潤但不得有積水。檢查完畢澆筑混凝土并振搗密實(shí)，避免振搗器碰撞鋼筋和模板，混凝土終凝后及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，時間不得少于7 晝夜。

（6）模板拆除：混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計或規(guī)范強(qiáng)度方可拆除模板。

4.2 梁板粘鋼加固施工工藝

工藝流程：界面處理→鋼板制作（含成型、焊接、鉆孔）→配膠→粘貼固定（含螺栓固定）→鋼板表面防腐：

（1）界面處理：將接觸界面清掃除塵去污打鑿至露出堅實(shí)的基層，結(jié)合面應(yīng)平整，并用鋼絲刷毛。

（2）鋼板制作：按照圖紙設(shè)計尺寸加工鋼板，鋼板粘結(jié)面應(yīng)打磨光滑，形成光澤面，表面干凈，不得有污垢、鐵銹等，并按設(shè)計孔距呈梅花狀鉆好螺栓孔。

（3）配膠：膠粘劑產(chǎn)品質(zhì)檢合格后，按照說明書配置，即配即用，配置好后超過30 分鐘不得使用。

（4）鋼板粘貼：在混凝土梁表面和鋼板粘接面同時均勻涂抹膠粘劑，厚度掌控在1 ～3mm 之間，周邊薄涂，中間厚涂，涂抹完成立即將鋼板粘貼于設(shè)計的混凝土構(gòu)件位置上。確認(rèn)粘貼位置無誤后，立即固定和加壓，用螺栓和卡具固定住，并且進(jìn)行適當(dāng)加壓，確保膠粘劑充分接觸并充滿混凝土構(gòu)件和鋼板的表面。結(jié)構(gòu)膠粘劑在下可自然固化，當(dāng)室內(nèi)溫度在20℃以上時，24 小時后即可將支撐、卡具卸除，一般3 天后即可承受設(shè)計使用荷載。在膠粘劑固化期內(nèi)不得擾動混凝土構(gòu)件和鋼板。

（5）鋼板表面防腐：梁板粘鋼加固完成并經(jīng)過驗(yàn)收合格后，在鋼板面進(jìn)行掛網(wǎng)，設(shè)置25mm 厚的水泥砂漿保護(hù)層。

4.3 柱粘貼碳纖維布加固施工工藝

工藝流程：柱表面打磨清理→膠的配制→修補(bǔ)整平→涂刷底膠→粘貼碳纖維布→固化→質(zhì)量檢查→防護(hù)處理→完成：

（1）表面處表面理：原柱飾面層、批蕩層鑿除干凈，露出混凝土結(jié)構(gòu)面，接著用金剛石磨片將需要粘貼碳纖維布的接觸面的浮漿層打磨平整，清理表面的污垢等雜質(zhì)，吹凈粉塵，再用丙酮將表面清洗。

（2）修補(bǔ)找平：混凝土粘貼接觸面存在部分下凹的部分須用修補(bǔ)膠進(jìn)行找平處理，轉(zhuǎn)角部位和有段差的位置用膠將其表現(xiàn)涂抹至平滑，以防凹凸不平、臺階高差等造成后續(xù)碳纖維布粘貼不牢。

（3）涂刷底膠：將緩凝土接觸面清理完成后，將底膠按照說明書按照比例混合攪拌至顏色完全均勻，立即用毛刷或滾刷等工具將其均勻涂抹在混凝土柱接觸面上，并且其表面應(yīng)滿布底膠，不得出現(xiàn)遺漏部位。底膠要在產(chǎn)品說明時間內(nèi)使用，不得久置。常溫下約3 ～5 小時后，用手指接觸膠粘面干燥時，可進(jìn)行粘貼碳纖維布的施工。

（4）粘貼碳纖維布：將碳纖維布按照預(yù)定位置粘貼，一般采用從上到下的順序進(jìn)行粘貼。然后用刮刀刮片在碳纖維布上面反復(fù)刮壓，讓底膠滲透出碳纖維布上，并充分滲透，之后將補(bǔ)充膠粘劑涂刷在碳纖維布表面，在轉(zhuǎn)角、邊角部位應(yīng)該多涂膠，防止粘貼不良，再次用刮刀反復(fù)充分刮壓，不得有氣泡，直到碳纖維布被膠粘劑浸透并且平直、平整，并且膠粘劑充分滲入。碳纖維布長方向上的搭接長度不得小于10cm，一般在10 ～20cm 之間。當(dāng)纖維布需要延長搭接時，其搭接重疊部分不得低于20cm。碳纖維布搭接延長的位置應(yīng)避免出現(xiàn)在主要受力區(qū)域。

一般在常溫下大概經(jīng)過1 ～2 小時后，碳纖維布可能會出現(xiàn)錯動和浮起，則應(yīng)該用硬橡膠輥或塑料刮板反復(fù)碾壓，直至消除。粘貼完成后，應(yīng)該做好粘貼面的保護(hù)工作，不得再接觸和拉扯。

（5）固化：碳纖維布粘貼后為達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，固化養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)根據(jù)不同環(huán)境溫度條件來定。一般平均氣溫高于5℃時，固化時間不得低于3 天；當(dāng)遇到平均氣溫低于5℃、或者降雨等濕度較大的環(huán)境條件時，則需要進(jìn)行保溫。

結(jié)語：

綜上所述，隨著現(xiàn)行規(guī)范的要求越來越嚴(yán)格和人們對辦公樓使用要求的增加，辦公樓加固改造需求的日漸增多。辦公樓加固施工還是一項(xiàng)比較復(fù)雜且具有難度的工程，在實(shí)際是施工過程中，應(yīng)選擇適合的施工工藝，嚴(yán)格按照施工要求，以滿足改造后的抗震性、承載能力、安全性能和使用需求。常用的結(jié)構(gòu)加固方法有增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、增設(shè)支撐加固法等。

通過對中山大學(xué)廣州校區(qū)南校園永芳堂改造項(xiàng)目的檢測和實(shí)際勘察，篩選出合適的結(jié)構(gòu)加固方法，對原基礎(chǔ)采用擴(kuò)大原鋼筋混凝土承臺、錨桿靜壓樁加固處理，對原結(jié)構(gòu)柱、梁、板進(jìn)行加固改造，采用柱加大截面法及纖維織物環(huán)向圍束加固，梁、板加大截面法及粘貼鋼板加固等進(jìn)行改造，并對施工工藝進(jìn)行總結(jié)，以期為相似工程提供參考。