機場航站樓改造工程中的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

孫 哲，雷 勇，陳星星，羅 成

（中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430000）

隨著“十四五”期間四型機場建設(shè)縱深推進(jìn)，國內(nèi)早期建成投用的部分機場存在升級改造需求，秉承綠色低碳的建筑改造理念，在優(yōu)化功能布局及施工流程的同時，對原航站樓盡可能利舊，如圖1 所示，武漢天河機場T2 航站樓作為兩層半式國內(nèi)旅客航站樓，改造后將與T3、T1一起成為中部綜合交通樞紐，極大促進(jìn)湖北省綜合運輸體系服務(wù)效率提升，加快中部崛起步伐。

圖1 武漢天河機場

1 工程概況

武漢天河機場T2 航站樓2008 年竣工投入使用，2017 年隨著T3 航站樓建成投用之后，該航站樓隨即關(guān)閉，2021 年啟動對T2 航站樓進(jìn)行改造升級以滿足2025 年1500 萬人次旅客吞吐量。T2 航站樓改造面積15.51 萬m2，航站樓包括主樓、A 指廊，B 指廊，航站樓主樓設(shè)有地下室，結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，樓蓋結(jié)構(gòu)為后張預(yù)應(yīng)力有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土主次梁體系，主樓夾層和屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)，C 區(qū)大廳屋蓋型式為三角形空間桁架結(jié)構(gòu)，主樓平面尺寸315m×97.5m，指廊平面尺寸256.8m×38m。

本次改造涉及安檢及行李系統(tǒng)流程改造引起的樓面荷載變化及洞口調(diào)整，大廳夾層部分商業(yè)擴建，新增部分房中房屋面引起樓面荷載變化，加固改造內(nèi)容：①樓板開洞后采用新增混凝土梁或者型鋼方法進(jìn)行加固；②對夾層商業(yè)區(qū)，新增鋼結(jié)構(gòu)樓面荷載變化區(qū)域的梁頂梁底加固，板頂板底加固。

2 加固工藝的選擇

當(dāng)前結(jié)構(gòu)加固技術(shù)主要有增大截面法、置換混凝土加固法、外包型鋼加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法等，增大界面加固對航站樓內(nèi)管線裝飾吊頂排布造成較大影響，CFRP 抗拉強度高，對結(jié)構(gòu)剛度的提升不明顯，防火性能較差；體外預(yù)應(yīng)力加固施工難度較大，端部錨具安全性低，原航站樓梁板存在預(yù)應(yīng)力受力體系，預(yù)應(yīng)力加固存在預(yù)應(yīng)力加固二次效應(yīng)問題，本航站樓改造工期整體偏緊，綜合考慮施工的難易程度與經(jīng)濟性采用粘鋼加固。

3 混凝土結(jié)構(gòu)粘鋼加固

鋼板粘貼加固法是用膠粘劑將鋼板粘貼在混凝土構(gòu)件表面，以提高原構(gòu)件的承載能力的加固方法。粘貼施工時，應(yīng)采取措施卸除作用在被加固結(jié)構(gòu)上的全部或大部分活荷載。

3.1 加固后界限受壓區(qū)高度驗算

緊貼原梁底粘鋼進(jìn)行施工，以航站樓指廊一層15W-14W/Z6 軸梁JKL3-900×900 為例做簡要驗算：原混凝土梁強度C40，fc0=19.1N/mm2，原梁頂部鋼筋8C32，底部鋼筋8C32，fy0=360N/mm2，梁底粘鋼1G-3×250×3，材質(zhì)為Q345B，fsp=300N/mm2，Esp=206GPa，混凝土極限壓應(yīng)變εcy=0.0033，不考慮二次受力影響，取εSP,0=0，α′=35mm，根據(jù)GB 50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》10.2.3 規(guī)定，代入下式進(jìn)計算

求得：Ψsp=5.34＞1，取 為1；x=209.7mm，則加固后的界限受壓區(qū)高度ξb，sp=0.24＜0.85ξb=0.442，滿足規(guī)范要求。

3.2 特殊節(jié)點結(jié)構(gòu)加固處理

主要工藝流程：定位放線→混凝土基面處理→鋼板加工→確定錨栓位置、鉆孔→預(yù)安裝→混凝土基面再清理→鋼板除銹、表面清理→配制膠粘劑→粘貼鋼板→螺栓緊固、除銹、防腐。

主梁梁底加固在次梁兩邊增設(shè)U 型箍筋，距次梁邊5cm 設(shè)置U 型箍，次梁邊外兩道U 型箍筋板底下方第一道壓條，向外延伸200mm 范圍內(nèi)設(shè)置4 個M10 化學(xué)錨栓，腰間壓條改范圍內(nèi)螺栓規(guī)格參數(shù)同梁頂，工程在具體實施過程中對設(shè)計節(jié)點大樣進(jìn)行了兩處優(yōu)化：①原航站樓柱框架梁高度多數(shù)為900mm，次梁高度多數(shù)為600mm，約為主梁高度的2/3，考慮樓板的厚度140mm，在梁腹高度范圍內(nèi)梁側(cè)第二道壓條可在次梁底部拉通布置（圖2），保證整個壓條的連續(xù)性與梁體加固的整體性；②在次梁所處設(shè)置一道U型箍筋（圖2），增強次梁支座區(qū)梁底鋼板的貼合性，削弱應(yīng)力滯后的影響。

圖2 主次梁加固節(jié)點

3.3 原結(jié)構(gòu)尺寸偏差較大對包鋼加固造成的影響

原混凝土結(jié)構(gòu)表面的平整度與陰陽角的順直度對粘鋼施工存在較大的影響，同時原結(jié)構(gòu)截面棱角應(yīng)進(jìn)行圓化打磨，圓化半徑不小于20mm，航站樓大跨度柱網(wǎng)體系特點（12m×16.5m），按照1‰～3‰起拱要求，加之預(yù)應(yīng)力張拉之后產(chǎn)生的反拱效應(yīng)，對形如JKL21900×8001G-2×250×3+2L100×80×6 加固梁 存在以下問題：①梁底粘鋼時角鋼無法完全順直貼合（圖3），部分位置與結(jié)構(gòu)粘膠厚度超3mm，不滿足規(guī)范GB 50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固施工質(zhì)量驗收規(guī)范》11.4 中2～3mm 的要求；②角鋼厚度6mm，梁底粘鋼3mm，存在較大高差，對U 型箍筋底部螺栓固定的貼合性造成影響；③遇到主次梁底高差不大的位置，角鋼無法通過結(jié)構(gòu)，形成斷層（圖4）。

圖3 梁底粘鋼角鋼無法貼合

圖4 主次梁高差位置

為此施工時做以下優(yōu)化：①角鋼做一定程度的彎曲；②對于梁底角部粘鋼與梁底中部粘鋼厚度不一致，對U型箍中部做一定程度的預(yù)彎處理；③角鋼在次梁斷開位置做補焊處理。

3.4 開洞增加工字鋼加固方式

航站樓改造存在功能布局調(diào)整產(chǎn)生洞口開設(shè)問題，本工程共計新增樓梯、機電井道洞口109處，洞口在靜力切除前在周邊增加鋼結(jié)構(gòu)鋼梁進(jìn)行加固（圖5），相比增加混凝土梁，此種加固形式施工簡潔高效。

圖5 增加工字鋼加固方式

4 結(jié)語

天河機場T2 航站樓加固對后續(xù)類似大跨度站房工程的加固改造提供了一定的借鑒意義：①對比原結(jié)構(gòu)粘鋼加固優(yōu)化布局形式；②綜合考慮施工便捷性與市場采購可行性，對加固型鋼規(guī)格適當(dāng)優(yōu)化；③對類似結(jié)構(gòu)加固節(jié)點處理、對材料放樣、現(xiàn)場施工等提供參考意義。