地下室結(jié)構(gòu)梁裂縫檢測及加固處理

林昭平

（福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，福建 福州 350108）

0 引言

隨著我國建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，結(jié)構(gòu)裂縫問題日益突出。引發(fā)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因有多種，如溫度、混凝土養(yǎng)護(hù)不到位、結(jié)構(gòu)荷載增加等［1?2］。對于結(jié)構(gòu)開裂寬度超過規(guī)定限值的構(gòu)件，須分析裂縫產(chǎn)生的原因，及時采取相應(yīng)的加固處理措施［3］。本研究結(jié)合某地下室混凝土結(jié)構(gòu)梁開裂工程，對其結(jié)構(gòu)檢測的程序及內(nèi)容進(jìn)行探討，并根據(jù)檢測結(jié)果提出裂縫加固處理措施，為此類工程檢測與加固提供參考。

1 工程概況

某在建工程于2017年開工，結(jié)構(gòu)形式為地上30層、地下1層的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，該工程主樓區(qū)域內(nèi)采用樁筏基礎(chǔ)，純地下室及裙樓區(qū)域內(nèi)采用柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。目前上部主體結(jié)構(gòu)已封頂，地下室頂板尚未覆土，且未采取降水防護(hù)措施。2020年5月，受當(dāng)?shù)靥卮蟊┯暧绊?，局部地下室上浮，?dǎo)致部分地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的損傷。地下室結(jié)構(gòu)平面布置如圖1。

2 結(jié)構(gòu)檢測

建設(shè)單位為了解地下室問題構(gòu)件的工作狀態(tài)，為后續(xù)進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)提供依據(jù)，委托第三方檢測機(jī)構(gòu)對地下室指定區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測。

2.1 構(gòu)件裂損及外觀質(zhì)量檢查

首先，繪制構(gòu)件主要裂縫分布示意圖，包括裂縫分布位置、長度、數(shù)量等。對于寬度較大的裂縫，可用肉眼直接檢查；對于較細(xì)小的裂縫，可通過浸潤構(gòu)件表面，待擦干后根據(jù)水印來觀察裂縫。同時，應(yīng)區(qū)分抹灰裝修層裂縫和混凝土結(jié)構(gòu)層裂縫。本工程案例現(xiàn)狀大部分混凝土結(jié)構(gòu)梁表面為膩?zhàn)庸伟?，少部分為拆模后原漿面。對于拆模后原漿面可直接檢測其混凝土結(jié)構(gòu)面層開裂損傷狀態(tài)；對于有膩?zhàn)臃鬯拥牧?，首先判斷哪些位置可能開裂，如該處膩?zhàn)訉佑虚_裂、凸鼓、修補(bǔ)痕跡等，剔除該處膩?zhàn)雍髾z查混凝土結(jié)構(gòu)面層開裂情況。

裂縫寬度是分析裂縫性質(zhì)、影響程度的關(guān)鍵性指標(biāo)，也是混凝土裂縫檢測的必要項(xiàng)目。經(jīng)現(xiàn)場檢測，地下室指定區(qū)域內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)梁存在不同程度的開裂現(xiàn)象，其中人防區(qū)有28根、非人防區(qū)18根。人防區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)梁開裂受損程度較為嚴(yán)重，最大裂縫寬度測讀值為0.60 mm，超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）（2015年版）［4］中表3.4.5規(guī)定的最大寬度限值ωlim=0.20 mm（環(huán)境類別為Ⅱa類）。此外，部分混凝土結(jié)構(gòu)梁梁底存在夾渣、箍筋露筋、銹蝕等外觀質(zhì)量缺陷。

所檢地下室指定區(qū)域內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)梁裂縫的走向及分布較為一致，走向以豎向裂縫及斜向裂縫為主，位置分布多數(shù)集中在梁跨中位置處，主要為靜止非貫通裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)梁裂縫走向分布示意如圖2所示。

2.2 構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測

根據(jù)現(xiàn)場檢測條件，采用回彈法對地下室指定區(qū)域內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測。所檢混凝土結(jié)構(gòu)梁單構(gòu)件現(xiàn)齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度推定值介于41.2～53.9 MPa，批構(gòu)件現(xiàn)齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為41.2 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)C30的強(qiáng)度等級要求。檢測結(jié)果見表1。

表1 混凝土強(qiáng)度檢測批推定結(jié)果表

2.3 構(gòu)件布置及截面尺寸檢測

根據(jù)現(xiàn)場檢測條件，盡量全數(shù)復(fù)核地下室指定區(qū)域內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)梁的結(jié)構(gòu)布置情況，并采用鋼卷尺對其截面尺寸進(jìn)行實(shí)測。所檢混凝土結(jié)構(gòu)梁截面尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 構(gòu)件主筋根數(shù)與角筋公稱直徑檢測

根據(jù)現(xiàn)場檢測條件，抽取地下室指定區(qū)域內(nèi)裂損較為嚴(yán)重的混凝土結(jié)構(gòu)梁，掃描主筋根數(shù)，并采用局部破損法，鑿除局部混凝土保護(hù)層使角筋外露，采用游標(biāo)卡尺原位直接測量公稱直徑。所檢混凝土結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件主筋根數(shù)及角筋公稱直徑滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 構(gòu)件箍筋加密區(qū)長度及平均間距檢測

根據(jù)現(xiàn)場檢測條件，抽取地下室指定區(qū)域內(nèi)裂損較為嚴(yán)重的混凝土結(jié)構(gòu)梁，掃描箍筋分布情況，采用鋼卷尺量測構(gòu)件箍筋加密區(qū)長度，并計(jì)算箍筋平均間距。所檢混凝土結(jié)構(gòu)梁箍筋加密區(qū)長度及平均間距滿足設(shè)計(jì)要求。

2.6 檢測結(jié)論

所檢地下室指定區(qū)域內(nèi)多數(shù)梁構(gòu)件存在不同程度的裂損狀況，其中部分梁構(gòu)件的裂縫寬度測讀最大值超過規(guī)范規(guī)定的限值要求；所檢受損構(gòu)件的損傷狀況已影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性能。

3 裂縫處理及加固方案

裂縫主要分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身剛度及強(qiáng)度不足，當(dāng)荷載增大時導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生的裂縫屬于結(jié)構(gòu)裂縫；而非結(jié)構(gòu)裂縫并非由于構(gòu)件本身的強(qiáng)度不足所導(dǎo)致，而是在施工過程中，受到材料質(zhì)量、施工及養(yǎng)護(hù)工藝、環(huán)境等因素影響而導(dǎo)致構(gòu)件開裂。

本工程案例中，主要受當(dāng)?shù)靥卮蟊┯暧绊憣?dǎo)致局部地下室上浮，從而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開裂，并非構(gòu)件本身強(qiáng)度及剛度不足，屬于非結(jié)構(gòu)裂縫。

混凝土結(jié)構(gòu)梁的主要加固方法有增大截面加固法、外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法及粘貼碳纖維布加固法。增大截面法加固法、外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法主要針對構(gòu)件強(qiáng)度不足采取的加固補(bǔ)強(qiáng)方案，但加固后構(gòu)件尺寸將增大、結(jié)構(gòu)自重增加、施工工期較長、加固費(fèi)用較高。根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果，本工程案例中地下室人防區(qū)內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)梁存在裂縫數(shù)量較多、寬度較大、受損較為嚴(yán)重的現(xiàn)象，比選后采用粘貼碳纖維布加固法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)較為合理。

綜上，裂縫處理及加固方案為：先進(jìn)行裂縫處理修復(fù)，后粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)。即先對結(jié)構(gòu)梁裂縫進(jìn)行清理、封縫且符合防水要求后，采用粘貼碳纖維布進(jìn)一步封閉裂縫。

3.1 裂縫處理

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）［5］要求設(shè)計(jì)裂縫修補(bǔ)方案。裂縫具體數(shù)量及位置根據(jù)現(xiàn)場核查確定，針對不同寬度的裂縫應(yīng)采取相應(yīng)的修補(bǔ)方法。具體如下：若裂縫寬度<0.2 mm時，采用表面閉法進(jìn)行修復(fù)；若0.2 mm<裂縫寬度≤1.5 mm時，則采用注射法修復(fù)；若裂縫寬度>1.5 mm時，采用壓力注漿法修復(fù)。

3.1.1 表面封閉法。

①裂縫修補(bǔ)前要求根據(jù)現(xiàn)場核查裂縫詳細(xì)情況并記錄（例如裂縫所在部位、長度、是否穩(wěn)定等情況）。

②清潔混凝土構(gòu)件表面裝飾層、污漬等，直至露出堅(jiān)實(shí)的混凝土面層。

③用毛刷沿著裂縫方向反復(fù)涂刷環(huán)氧樹脂漿料，直至涂層厚度達(dá)到規(guī)范要求。

3.1.2 注射法（低壓慢注法）。

①裂縫表面處理。先初步清除混凝土構(gòu)件裂縫表面的灰塵、浮漿、油垢等污物，而后采用毛刷蘸取環(huán)氧稀釋劑，反復(fù)擦拭裂縫兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)的混凝土表面，直至擦拭干凈晾干備用，最后用扁鏟或刨刀修飾不平整的部位。

②封縫處理。預(yù)留好注膠嘴安裝位置后，沿裂縫刮抹一道封縫膠，刮抹寬度為30～40 mm且厚度不大于5 mm。封縫膠要刮嚴(yán)刮實(shí)，以避免產(chǎn)生小孔和氣泡，影響后續(xù)注膠質(zhì)量。

③安裝注膠嘴。采用黏結(jié)力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)膠粘貼注膠嘴，每米安裝4個。待封縫膠凝固后，沿著裂縫方向涂抹肥皂水并灌入無油氣壓以檢查密閉效果，若發(fā)現(xiàn)漏氣部位需要重新用封縫膠封閉。

④配制注膠材料。將注膠材料分為甲、乙兩組，采用稱量裝置按配合比稱取注膠材料，而后再使用攪拌器攪拌，攪拌約5 min至混合均勻即可倒入注膠罐內(nèi)。膠液需要現(xiàn)配現(xiàn)用，避免凝膠。

⑤注膠。在排氣嘴開始出膠時采用增壓自動注漿器進(jìn)行保壓，且保壓時間不低于2 h。長度較短的裂縫，可先從低標(biāo)高處注膠嘴進(jìn)行注膠；對于長度較長的裂縫，可選擇單端注膠或分段注膠。注膠環(huán)境溫度及構(gòu)件溫度不宜低于12℃。

⑥拆除注膠嘴。待膠液固化后便可拆除注膠嘴，使用扁鏟或刨刀剔除注膠嘴，后用角磨機(jī)打磨注膠部位，力求構(gòu)件表面平整、均勻、光潔、美觀。

3.1.3 壓力注漿法。

①裂縫表面處理。先清掃附著在混凝土構(gòu)件表面的灰塵，而后采用高壓空氣吹干備用，構(gòu)件表面若有油污用丙酮擦拭清除。

②安裝注漿嘴、封縫。沿裂縫方向每10~30 cm鉆孔安裝一個注漿嘴，旋緊注漿嘴上旋鈕。用封閉膠封嚴(yán)裂縫表面及注漿嘴四周。待封閉膠凝固后檢查封閉效果，若發(fā)生泄漏，需要重新補(bǔ)刮封閉膠封閉密實(shí)。

③配置壓漿液。根據(jù)項(xiàng)目所處地區(qū)的氣溫、裂縫的走向、寬度、深度及使用部位配置壓漿液。

④壓力注漿。注漿前構(gòu)件表面保持干燥無水狀態(tài)，注漿材料選用改性環(huán)氧基裂縫注漿料。注漿時采用專業(yè)的壓力注漿器灌注，灌注壓力保持在0.2 MPa。當(dāng)整體灌漿順暢且最末端出漿口出漿率穩(wěn)定后，繼續(xù)灌注半分鐘后即可停止。

⑤拆除注漿嘴。壓漿結(jié)束后關(guān)閉壓漿嘴，次日待漿液凝固后拆除壓漿嘴進(jìn)行外觀修整處理。

3.2 結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)

對于只有單條裂縫的構(gòu)件，在完成裂縫注膠封縫處理后，沿著裂縫走向粘貼一層200 mm寬的碳纖維布進(jìn)行封閉裂縫，碳纖維布兩端截?cái)嗵幷迟N100 mm碳纖維布壓條，再于碳纖維布表面涂抹20 mm厚的1∶3水泥砂漿起防護(hù)作用，如圖3所示。碳纖維布材料強(qiáng)度要求采用高強(qiáng)度Ⅰ級，材料規(guī)格為300 g/m2。

對于本工程案例地下室人防區(qū)內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)梁，采用粘貼碳纖維布加固法進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。加固開始前，對待加固構(gòu)件表面進(jìn)行處理，打磨直至露出嶄新的混凝土界面層。接著沿混凝土結(jié)構(gòu)梁中心線方向，在凈跨長度范圍內(nèi)的梁底滿鋪粘貼雙層寬度為200 mm的碳纖維布；而后垂直于梁中心線方向，粘貼單層寬度為100 mm的碳纖維布U形箍，箍與箍間距為200 mm；最后于U形箍末端粘貼單層寬度為100 mm的碳纖維布壓條，如圖4及圖5所示。粘貼碳纖維布要求鋪設(shè)平整、無褶皺、無扭曲，用滾輪沿著碳纖維布方向多次滾壓，排除空氣使碳纖維布緊密貼合于構(gòu)件上，讓黏結(jié)劑充分浸潤碳纖維布間隙。

碳纖維布膠一般采用改性環(huán)氧樹脂A級膠，單層粘貼時用膠量不少于1.3 kg/m2。對于多層碳布的粘貼，碳纖維布層間搭接寬度應(yīng)大于50 mm，截?cái)帱c(diǎn)延伸長度應(yīng)超過200 mm；碳纖維布間隔布置時，搭接位置不應(yīng)在同一截面上。

待完成碳纖維布粘貼后在其表面涂抹20 mm厚的1∶3水泥砂漿防護(hù)。碳纖維布表面黏結(jié)劑膠結(jié)前，在其表面拍灑適量干燥粗砂，為后續(xù)面層抹灰增加附著力，保證抹灰層的質(zhì)量。黏結(jié)劑固化期間謹(jǐn)防干擾，在常溫下固化。

4 結(jié)語

綜上所述，在實(shí)際工程中混凝土結(jié)構(gòu)開裂是常見的工程問題。混凝土結(jié)構(gòu)裂縫也是影響建筑安全性、適用性及耐久性的重要指標(biāo)。為避免裂縫問題造成的安全事故，及時對結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行檢測，排查構(gòu)件開裂原因，確定裂縫類型，針對實(shí)際工程情況采取相應(yīng)的裂縫處理方法，并結(jié)合碳纖維布加固法進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，是裂縫加固處理工程的一般步驟。在碳纖維布環(huán)向束箍作用下，對構(gòu)件抗壓強(qiáng)度及變形能力的提升作用顯著，具有較高的可行性和可靠性，值得在加固領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。