高延性混凝土在磚混結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

譚兆祥

（廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

受建造年代經(jīng)濟(jì)條件及施工技術(shù)等因素影響，建于20世紀(jì)50—70年代的住宅及宿舍樓，多為磚混結(jié)構(gòu)，目前該類房屋陸續(xù)達(dá)到50年設(shè)計(jì)使用年限，部分房屋由于使用及維護(hù)方面的問(wèn)題，大多存在墻體風(fēng)化，砂漿強(qiáng)度偏低導(dǎo)致的承載力不足的問(wèn)題。為保障住戶的使用安全，結(jié)構(gòu)加固及修繕的需求越來(lái)越多。下面以一個(gè)具體的加固實(shí)例，對(duì)高延性混凝土在磚混結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

1 工程概況

本工程位于廣州市海珠區(qū)，為一幢主體結(jié)構(gòu)5層的磚混結(jié)構(gòu)建筑物，建于20世紀(jì)60年代，建筑面積約2600m2，建成后作為職工宿舍使用。由于原始設(shè)計(jì)資料缺失，前期業(yè)主委托鑒定單位對(duì)房屋進(jìn)行安全性鑒定及結(jié)構(gòu)普查，鑒定結(jié)論為：該建筑物的安全性等級(jí)為Csu級(jí)[1]，即安全性不符合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50292—2015）對(duì)Asu級(jí)的規(guī)定，顯著影響整體承載?，F(xiàn)狀結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題如下：①主體結(jié)構(gòu)采用紅磚墻承重，樓板為預(yù)制板，墻體樓層位置未設(shè)置圈梁，外墻四角、樓梯間四角、房屋轉(zhuǎn)角未設(shè)置構(gòu)造柱，結(jié)構(gòu)整體性差。②材料老化，砂漿強(qiáng)度低，部分抽檢承重墻體不滿足承載力要求。③墻體存在抹灰嚴(yán)重脫落、空鼓情況，部分墻體紅磚風(fēng)化嚴(yán)重，部分墻體開(kāi)裂、滲水；多數(shù)梁、樓板存在混凝土脫落、鋼筋外露銹蝕情況，部分樓板滲水嚴(yán)重且存在開(kāi)裂情況。房屋現(xiàn)狀立面照片如圖1所示，三維模型如圖2所示。

圖1 房屋現(xiàn)狀立面

圖2 三維模型

2 加固設(shè)計(jì)方案

依據(jù)鑒定報(bào)告，結(jié)合房屋現(xiàn)狀實(shí)際情況，采用的加固方案如下：①增設(shè)構(gòu)造柱、圈梁提高結(jié)構(gòu)的整體性。②通過(guò)對(duì)承重墻墻面采取措施解決原結(jié)構(gòu)因砂漿強(qiáng)度低導(dǎo)致的承重墻承載力不足的問(wèn)題。對(duì)于方案的實(shí)施，具體施工做法可分為傳統(tǒng)的加固方案及高延性混凝土加固方案。③對(duì)于露筋銹蝕的位置，剔除破損混凝土，對(duì)鋼筋除銹后，采用高強(qiáng)砂漿掛網(wǎng)修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)面層，部分鋼筋銹蝕嚴(yán)重甚至鋼筋銹斷的位置，需按等截面替換的原則，補(bǔ)焊鋼筋。

依據(jù)規(guī)范相關(guān)要求，對(duì)于承重磚墻部分，傳統(tǒng)加固方案為增設(shè)鋼筋混凝土組合構(gòu)造柱，鋼筋混凝土組合圈梁或鋼拉桿解決整體性不足的問(wèn)題[2]；對(duì)于墻體加固，則采用鋼筋混凝土板墻加固并根據(jù)墻面加固的受力需求，采用單面加固或雙面加固。主要的加固做法（圖3）為典型新增組合構(gòu)造柱做法大樣，圖4為新增組合圈梁做法大樣，圖5為鋼筋混凝土板墻雙側(cè)加固或單側(cè)加固做法大樣[3]。

圖3 典型新增組合構(gòu)造柱做法大樣（單位：mm）

圖4 新增組合圈梁做法大樣（單位：mm）

圖5 鋼筋混凝土板墻雙側(cè)加固或單側(cè)加固做法大樣（單位：mm）

高延性混凝土加固方案為新增組合構(gòu)造柱、組合圈梁增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，對(duì)墻體加固則通過(guò)墻面抹15～25mm厚高延性混凝土面層加固[4]。主要的加固做法（圖6）為典型新增高延性混凝土組合構(gòu)造柱做法大樣，圖7為新增高延性混凝土組合圈梁做法大樣，圖8為高延性混凝土雙側(cè)加固或單側(cè)加固墻體做法大樣。圖6～圖8尺寸標(biāo)注均以mm為單位。

圖6 典型新增高延性混凝土組合構(gòu)造柱做法大樣（單位：mm）

圖7 新增高延性混凝土組合圈梁做法大樣（單位：mm）

圖8 高延性混凝土雙側(cè)加固或單側(cè)加固墻體做法大樣（單位：mm）

傳統(tǒng)的加固方案優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在技術(shù)成熟，現(xiàn)有的成功施工案例較多，加固施工材料費(fèi)較低這幾個(gè)方面。但后期與建設(shè)單位溝通過(guò)程中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案存在以下問(wèn)題：①由于存在大量的鋼筋綁扎及模板安裝工作，施工相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)由于構(gòu)造柱均為混凝土現(xiàn)澆，施工工期較長(zhǎng)。因?yàn)樵撍奚針欠块g均有住戶正常使用，施工工期過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致現(xiàn)有住戶的協(xié)調(diào)溝通難度加大，同時(shí)施工期間現(xiàn)有住戶的臨時(shí)安置費(fèi)用較高。②新增組合構(gòu)造柱、圈梁外凸尺寸較大，對(duì)建筑外立面影響較大，局部位置由于現(xiàn)狀宿舍與相鄰建筑間距較小，安裝模板和澆筑混凝土施工空間不足，施工難度較大。③經(jīng)分析計(jì)算，采用鋼筋混凝土面層加固法，面層最小厚度需要60mm，墻面加固面層厚度相對(duì)較厚，對(duì)住戶戶內(nèi)使用面積影響較大，且現(xiàn)狀部分走廊、衛(wèi)生間等區(qū)域原有使用的凈寬較小，加固后較難滿足后續(xù)使用要求。④采用鋼筋混凝土面層加固，新增的結(jié)構(gòu)加固面層會(huì)明顯增加結(jié)構(gòu)自重，可能導(dǎo)致原有基礎(chǔ)承載力不足的問(wèn)題。

高延性混凝土加固方案主要的優(yōu)勢(shì)有以下4個(gè)方面：①施工工藝簡(jiǎn)單，除新增組合構(gòu)造柱、圈梁的位置外，其他加固部位無(wú)須設(shè)置鋼筋，對(duì)原結(jié)構(gòu)墻面植筋少，能有效減少施工擾動(dòng)對(duì)原有結(jié)構(gòu)的損傷。且施工期間無(wú)須安裝模板，施工便捷。②施工速度快，加固施工工期約為傳統(tǒng)加固方案的1/3，由于本項(xiàng)目涉及現(xiàn)有住戶的臨時(shí)安置的問(wèn)題，施工工期短，可以極大的減少人員安置的成本。③由于加固面層的厚度較小，加固施工完成后，不會(huì)對(duì)現(xiàn)有建筑的外立面有明顯影響，同時(shí)對(duì)建筑內(nèi)部使用空間的影響也很小，可以較好的滿足住戶的使用要求。④墻體加固面層厚度為15～25mm，對(duì)結(jié)構(gòu)自重影響小，可避免基礎(chǔ)加固的問(wèn)題。而目前高延性混凝土加固方案的不足之處在于材料成本較高，每立方高延性混凝土的成本價(jià)格約為普通商品混凝土的16倍。

通過(guò)對(duì)上述兩種方案的工程造價(jià)對(duì)比，雖然高延性混凝土材料費(fèi)用較高，但由于其使用量少，施工便捷，需投入的人工較少，施工速度快，在本項(xiàng)目中以綜合成本作為評(píng)估依據(jù)，高延性混凝土方案更有優(yōu)勢(shì)。建設(shè)單位最終也決定采用高延性混凝土加固方案。

本項(xiàng)目現(xiàn)狀宿舍樓為A類丙類建筑，加固方案采用準(zhǔn)確的抗震承載力驗(yàn)算法計(jì)算墻體承載力，經(jīng)驗(yàn)算分析擬在建筑外墻內(nèi)側(cè)及內(nèi)墻單側(cè)/兩側(cè)采用高延性混凝土面層加固的方法提高結(jié)構(gòu)的承載能力的同時(shí)提高外墻的防水抗裂能力。具體計(jì)算采用抗震承載力驗(yàn)算法[5]，以提高結(jié)構(gòu)的樓層綜合抗震能力為主，加固后后續(xù)使用年限為30年。以首層為例，采用高延性混凝土面層加固后承載力均能達(dá)到規(guī)范要求，墻體受壓承載力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 1層墻受壓承載力計(jì)算

3 高延性混凝土材料性能及加固施工工藝

高延性混凝土為經(jīng)過(guò)精密配比設(shè)計(jì)而成的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度，高韌性及較強(qiáng)的彎曲變形能力，具有良好的耐久性，能有效控制可裂縫發(fā)展，能有效提高砌體結(jié)構(gòu)的抗壓，抗剪能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。以強(qiáng)度等級(jí)為Cd50的高延性混凝土為例，其力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 力學(xué)性能指標(biāo)

采用高延性混凝土面層加固墻體施工順序，具體如下：①基層處理：鏟除原墻面抹灰，清理灰縫，用鋼絲刷刷凈殘灰，吹凈表面灰粉，用水澆透墻面，刷水泥素漿一道。②壓抹高延性混凝土面層，壓抹每層厚度不得超過(guò)10mm，保證面層厚度一致。壓抹高延性混凝土面層前，應(yīng)沿墻面往返澆水濕潤(rùn)，并待墻面稍干后再進(jìn)行壓抹。③養(yǎng)護(hù)，噴水養(yǎng)護(hù)7d，施工環(huán)境溫度不低于5℃，否則應(yīng)采取冬季施工措施；夏季施工時(shí)要防止烈日暴曬。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)某多層磚混結(jié)構(gòu)宿舍樓加固設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，得到了以下兩個(gè)方面的結(jié)論。

（1）高延性混凝土作為一種新型材料能很好的滿足磚混結(jié)構(gòu)加固后的使用要求，加固后不影響建筑外立面及內(nèi)部使用空間。

（2）高延性混凝土加固磚混結(jié)構(gòu)，由于施工工藝簡(jiǎn)單，在對(duì)工期要求較高的項(xiàng)目中，比傳統(tǒng)的加固方案有明顯優(yōu)勢(shì)。