加固維修工程施工質(zhì)量檢測及整體性能評估*

馬靈會,魏常寶,錢 銘,安 炳,何志鋒

(甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730020)

0 引言

對于既有建筑的加固和維修,如何對加固后的建筑進(jìn)行鑒定與性能評估目前沒有統(tǒng)一的規(guī)定和程序要求[1-2]。一般情況下,建設(shè)單位僅委托監(jiān)理單位監(jiān)督工程實(shí)施過程中的材料見證取樣復(fù)試,而施工質(zhì)量的監(jiān)督和全過程檢測與性能評估并沒有多少有效的措施,更少有建設(shè)單位對加固后的建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行性能評估(安全性鑒定與抗震性能鑒定)[3]。

基于以上問題,對加固維修工程施工所用材料的檢測、加固維修工程施工過程的檢測、加固維修后建筑整體性能(安全性和抗震性能)的鑒定與評估進(jìn)行探索。將既有建筑結(jié)構(gòu)加固維修工程施工質(zhì)量檢測及性能評價分為3個步驟進(jìn)行,總結(jié)為“三步走”程序:①加固維修所用材料的檢測與試驗(yàn);②加固維修分部分項工程施工過程中形成的成品及半成品的檢測與試驗(yàn);③加固維修后建筑整體的安全性鑒定評估與抗震鑒定評估。

1 管理程序概述

加固維修工程實(shí)施過程中,隨著各類、各批次材料進(jìn)場,按材料類型、進(jìn)場批次對各種進(jìn)場材料進(jìn)行見證取樣并復(fù)試,以保證進(jìn)場材料的質(zhì)量與安全性[4]。隨著加固維修施工進(jìn)程的不斷深入,逐漸出現(xiàn)階段性成品和半成品,也需要對各施工過程進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn),確保施工過程的質(zhì)量合格且滿足性能要求。加固維修工程完工后需在全過程檢測、試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑整體安全性和抗震性能鑒定與評估,保證加固維修后建筑整體的各項性能滿足規(guī)范要求和設(shè)計目標(biāo)[5]。

各種進(jìn)場材料見證取樣并復(fù)試、階段性成品和半成品(施工過程)試驗(yàn)檢驗(yàn)、加固維修后安全性鑒定與抗震鑒定均需委托與項目各責(zé)任主體無利害關(guān)系的第三方負(fù)責(zé)實(shí)施,保證檢測、試驗(yàn)及評估公平、真實(shí)、可靠。

對加固維修工程采用“三步走”程序進(jìn)行施工質(zhì)量檢測及加固維修后性能評估與管理,試驗(yàn)檢驗(yàn)單位需在項目實(shí)施過程中全過程介入,對施工不同階段所用材料進(jìn)行檢測,對施工過程中形成的成品與半成品進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn),這2個層次的檢測與試驗(yàn)貫穿施工全過程。加固維修工程完工后,根據(jù)施工階段全過程檢測與試驗(yàn)數(shù)據(jù),對已完工的建筑整體進(jìn)行性能評價,完成既有建筑加固維修工程的施工質(zhì)量檢測與整體性能評價。此“三步走”做法與程序可為同類型加固維修工程提供借鑒與參考[6-7]。

本文以蘭州地區(qū)某濕陷性黃土場地既有建筑加固維修工程為例,按上述“三步走”程序進(jìn)行加固維修工程施工質(zhì)量檢測與整體性能評估。

2 工程概況

2.1 結(jié)構(gòu)概況

某既有建筑地處蘭州地區(qū)濕陷性黃土場地,因地基浸水使得建筑地基出現(xiàn)不均勻沉降,導(dǎo)致建筑上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降、裂縫、傾斜等危及建筑安全的隱患。針對此類安全隱患,首先對建筑地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固,避免地基濕陷對建筑繼續(xù)產(chǎn)生危害,防止建筑現(xiàn)階段的不均勻沉降,再對建筑進(jìn)行糾偏處理[8],并對上部結(jié)構(gòu)采用加固維修等措施,使建筑恢復(fù)到原有狀態(tài),消除安全隱患,達(dá)到正常安全使用的要求。

該小區(qū)1號樓為8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)住宅樓,建筑基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ),地基采用素土擠密樁復(fù)合地基,處理深度12m。擠密樁身土壓實(shí)系數(shù)不小于0.97,樁間土擠密系數(shù)不小于0.88。擠密樁頂設(shè)置500mm厚三七灰土褥墊層,其壓實(shí)系數(shù)不小于0.95。建筑由伸縮縫分隔為A段和B段2個結(jié)構(gòu)單元,總建筑面積8 719m2,建筑高度22.8m。

2.2 檢測結(jié)論

該建筑所在場地土層主要為雜填土、粉土和卵石層,卵石層埋深37.8～42m。該建筑地基處理深度范圍素土擠密樁體土壓實(shí)系數(shù)和樁間土擠密系數(shù)均達(dá)不到設(shè)計要求,部分地基土仍有濕陷性。基底灰土褥墊層壓實(shí)系數(shù)部分達(dá)不到設(shè)計要求。該建筑B段地基基礎(chǔ)存在輕微浸水影響。建筑相鄰柱基沉降差為3～98mm,大部分不滿足規(guī)范要求。該建筑部分框架柱和框架梁表面出現(xiàn)U形裂縫,裂縫寬度為0.1～2.28mm。該建筑A段頂點(diǎn)水平位移為41～482mm,B段頂點(diǎn)水平位移為30～172mm,建筑頂點(diǎn)水平位移不滿足GB 50292—2015《民用建筑可靠性標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《可靠性標(biāo)準(zhǔn)》)要求。

2.3 鑒定結(jié)論

經(jīng)安全性鑒定,該建筑結(jié)構(gòu)安全性綜合評定為Csu級,顯著影響整體承載。

經(jīng)抗震鑒定,該建筑上部結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施及承載力滿足GB 50023—2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》)的要求,結(jié)構(gòu)整體抗震性能滿足《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求。

2.4 檢測鑒定建議

建議對該建筑地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理,并對建筑整體進(jìn)行糾偏,對上部損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)處理。建議對該建筑進(jìn)行變形監(jiān)測,如有異常應(yīng)立即采取措施。

3 加固方案

3.1 加固設(shè)計

根據(jù)原建筑現(xiàn)狀的檢測鑒定結(jié)果,地基基礎(chǔ)采用坑式靜壓鋼管樁進(jìn)行加固,并在靜壓鋼管樁加固后進(jìn)行整體頂升糾偏。設(shè)計靜壓鋼管樁384根,樁長39m。存在裂縫的框架梁和框架柱首先采用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行裂縫修復(fù)與封閉,再粘貼碳纖維進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。

3.2 施工與檢測

本工程實(shí)際施工靜壓鋼管樁384根,總長度15 336.07m,平均單樁長39.94m。該建筑于2020年9月中旬開始挖導(dǎo)坑,10月初開始靜壓鋼管樁施工,2020年11月底完成靜壓鋼管樁施工,2020年12月中旬全部鋼管樁內(nèi)混凝土完成澆筑。根據(jù)進(jìn)場材料批次與批量對加固材料進(jìn)行見證取樣復(fù)試,該建筑加固所用材料均滿足設(shè)計要求與相應(yīng)規(guī)范要求。靜壓鋼管樁加固完成后于2020年12月下旬對預(yù)留的3根試驗(yàn)樁進(jìn)行承載力試驗(yàn)(非破壞試驗(yàn))檢測,鋼管樁承載力均大于設(shè)計值,鋼管樁施工質(zhì)量合格,具備整體頂升糾偏條件。2021年1月中旬完成整體頂升糾偏工作。2021年4月完成上部結(jié)構(gòu)的全部維修與加固補(bǔ)強(qiáng)工作,并進(jìn)行工程預(yù)驗(yàn)收與竣工驗(yàn)收。

4 試驗(yàn)檢測

4.1 工程材料質(zhì)量檢測

4.1.1鋼材質(zhì)量檢測

本工程所用鋼材主要為無縫鋼管、鋼板、鋼筋。每批次進(jìn)場鋼材由監(jiān)理工程師見證取樣后送試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)試檢測。所見證取樣復(fù)試均滿足設(shè)計材質(zhì)要求和規(guī)范要求,部分復(fù)試結(jié)果如表1所示。

表1 鋼材見證取樣復(fù)試數(shù)據(jù)Table 1 Steel witness sample retest data

4.1.2混凝土質(zhì)量檢測

本工程在靜壓鋼管樁鋼管內(nèi)灌填C30細(xì)石混凝土,混凝土抗壓強(qiáng)度檢測采用預(yù)留的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊和同條件養(yǎng)護(hù)試塊一起進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊用來檢測混凝土本身的強(qiáng)度等級,判斷商品混凝土是否達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級。同條件養(yǎng)護(hù)試塊用來檢測施工用混凝土的強(qiáng)度等級,判斷混凝土的施工質(zhì)量。經(jīng)試驗(yàn)檢測,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度等級均滿足設(shè)計強(qiáng)度等級要求,如表2所示。

表2 混凝土試塊檢測數(shù)據(jù)Table 2 Test data of concrete test blocks

4.1.3建筑消石灰質(zhì)量檢測

本工程在灰土回填導(dǎo)坑時采用消石灰與素土(黃土狀粉土)拌和而成的三七灰土。對進(jìn)場的消石灰進(jìn)行見證取樣檢測。經(jīng)檢測,各批消石灰質(zhì)量合格,檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 消石灰檢測數(shù)據(jù)Table 3 Slaked lime test data

4.1.4其他材料質(zhì)量檢測

本工程所用其他材料主要有碳纖維布、碳纖維粘貼結(jié)構(gòu)膠。施工過程中對進(jìn)場的其他材料見證取樣進(jìn)行復(fù)試,以此檢驗(yàn)進(jìn)場材料的質(zhì)量。

本工程所用碳纖維布抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3 528MPa(≥3 400MPa),伸長率為1.8%(≥1.6%),單位面積質(zhì)量為299.1g/m2(≥300±9g/m2)。以上試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)均達(dá)到高強(qiáng)I級碳纖維布的技術(shù)指標(biāo)要求,滿足設(shè)計要求。

本工程所用碳纖維粘貼結(jié)構(gòu)膠抗拉強(qiáng)度為43.6MPa(≥38MPa),伸長率為1.58%(≥1.5%),抗彎強(qiáng)度為75.9MPa,未呈碎裂狀破壞(≥50MPa,且不得呈碎裂狀破壞),抗壓強(qiáng)度為101.9MPa(≥70MPa)。以上試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)均達(dá)到I類A級膠的要求,滿足設(shè)計要求。

4.2 施工過程性能與質(zhì)量檢測

4.2.1靜壓樁承載力檢測

在鋼管樁內(nèi)混凝土澆筑完成后按照階段成品加固施工質(zhì)量檢測單位的要求預(yù)留不少于3根(本工程預(yù)留3根)靜壓鋼管樁進(jìn)行承載力檢測。經(jīng)檢測,該批靜壓鋼管樁施工質(zhì)量合格,承載力滿足設(shè)計要求,檢測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 靜壓樁承載力檢測結(jié)果Table 4 Testing results of static pile bearing capacity

4.2.2導(dǎo)坑灰土回填質(zhì)量檢測

本工程導(dǎo)坑底部回填采用三七灰土分層夯實(shí)回填,設(shè)計壓實(shí)系數(shù)為0.88。導(dǎo)坑回填做法如圖1所示。

圖1 靜壓樁及導(dǎo)坑回填剖面Fig.1 Backfill profile of static pile and guide pit

施工階段,經(jīng)現(xiàn)場環(huán)刀取樣檢測,該工程導(dǎo)坑灰土回填壓實(shí)系數(shù)均滿足設(shè)計要求,施工質(zhì)量合格,部分壓實(shí)系數(shù)檢測數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

4.2.3導(dǎo)坑混凝土回填質(zhì)量檢測

在導(dǎo)坑底部灰土回填后的上部導(dǎo)坑采用C30微膨脹混凝土進(jìn)行回填(樁頭封包,將樁頭與上部導(dǎo)坑范圍用微膨脹混凝土澆筑為一個整體),如圖1所示?；炷量箟簭?qiáng)度檢測采用預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊和同條件養(yǎng)護(hù)試塊共同進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)檢測,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計強(qiáng)度要求,導(dǎo)坑混凝土回填施工質(zhì)量合格,檢測數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 導(dǎo)坑回填混凝土試塊檢測數(shù)據(jù)Table 6 Test data of backfill concrete test block in guide pit

4.2.4上部結(jié)構(gòu)維修施工質(zhì)量檢測

上部結(jié)構(gòu)維修施工質(zhì)量檢測主要對粘貼碳纖維布的空鼓率與正拉黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢查,以檢驗(yàn)碳纖維布粘貼施工質(zhì)量,檢測數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 碳纖維布粘貼施工檢測數(shù)據(jù)Table 7 Carbon fiber cloth paste construction test data

4.2.5頂升糾偏結(jié)果

糾偏后,對建筑四角進(jìn)行整體頂點(diǎn)位移測量,該建筑整體頂點(diǎn)側(cè)向位移最大值為60mm(對應(yīng)建筑高度為22.8m,包含原有結(jié)構(gòu)施工誤差及外墻保溫施工誤差。根據(jù)《可靠性標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,該樓最大結(jié)構(gòu)側(cè)向位移限值為91.2mm(按框架結(jié)構(gòu)高層建筑不適于承載的側(cè)向位移等級的頂點(diǎn)位移=22 800/250=91.2)。因此,該建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向位移滿足《可靠性標(biāo)準(zhǔn)》要求。觀測結(jié)果如圖2所示。

圖2 建筑整體頂點(diǎn)位移觀測結(jié)果Fig.2 Observation result of overall building vertex displacement

5 加固后整體性能評估

5.1 安全性評估

該建筑加固后結(jié)構(gòu)安全性評定根據(jù)《可靠性標(biāo)準(zhǔn)》要求從結(jié)構(gòu)構(gòu)件(構(gòu)件集)、鑒定子單元,鑒定單元3個層次進(jìn)行。經(jīng)加固后安全性鑒定,該建筑地基基礎(chǔ)安全性等級評定為Au級,上部承重結(jié)構(gòu)安全性評定為Au級,圍護(hù)系統(tǒng)承重部分安全性評定為Au級,整樓安全性綜合評定為Asu級。該建筑加固后結(jié)構(gòu)安全性符合《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》Asu級的要求,不影響整體承載。

5.2 抗震性能評估

該建筑加固后設(shè)計使用年限為40年,按B類建筑進(jìn)行抗震鑒定。建筑整體抗震鑒定按《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求,從抗震措施和抗震承載力驗(yàn)算兩方面進(jìn)行鑒定與評價。該建筑地基基礎(chǔ)加固與糾偏未改變原結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造與抗震承載功能,未對原結(jié)構(gòu)造成新的損傷,對原建筑部分上部結(jié)構(gòu)受損構(gòu)件進(jìn)行了加固與補(bǔ)強(qiáng),使其達(dá)到原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)抗震鑒定,該建筑加固后的抗震構(gòu)造措施和抗震承載力均達(dá)到《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求。

5.3 加固與糾偏效果

對該樓在地基基礎(chǔ)加固施工階段和施工后頂點(diǎn)水平位移進(jìn)行了觀測,觀測結(jié)果如表8所示。經(jīng)觀測,加固前該建筑頂點(diǎn)位移超過規(guī)范要求前文所述該樓結(jié)構(gòu)最大結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移限值為91.2mm。本工程頂升糾偏后,各點(diǎn)的頂點(diǎn)水平位移均能達(dá)到規(guī)范限值要求,達(dá)到了加固與糾偏目標(biāo)。

表8 頂點(diǎn)水平位移觀測數(shù)據(jù)Table 8 Observed data of vertex horizontal displacement

本文選取該建筑A段和B段結(jié)構(gòu)單元各1個觀測點(diǎn)進(jìn)行沉降變形監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果如表9所示。

表9 沉降與頂升豎向位移觀測數(shù)據(jù)Table 9 Observed data of settlement and jacking vertical displacement

根據(jù)以上觀測數(shù)據(jù),2021年6月27日—2021年10月15日,共計110d,A/25(A段)觀測點(diǎn)累計沉降3.23mm,A/1(B段)觀測點(diǎn)累計沉降0.9mm,A/25(A段)觀測點(diǎn)平均沉降速率為0.029mm/d,A/1(B段)觀測點(diǎn)平均沉降速率為0.008mm/d。最后100d最大沉降速率均小于0.01～0.04mm/d,加固后沉降變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)語

本文結(jié)合工程實(shí)踐,總結(jié)了既有建筑加固維修工程施工質(zhì)量檢測與整體性能評估的“三步走”程序,分為3個層次:①第1層次 通過對進(jìn)場材料試驗(yàn)檢測,保證材料能夠滿足設(shè)計與規(guī)范要求。②第2層次 通過對加固維修施工過程(各工序成品和半成品)的質(zhì)量試驗(yàn)檢測,保證了加固維修施工質(zhì)量符合設(shè)計要求與規(guī)范要求。③第3層次 通過對加固維修后的建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行安全性和抗震性能鑒定與評估,保證加固維修后的既有建筑整體達(dá)到不低于原設(shè)計安全性與抗震性能標(biāo)準(zhǔn)的要求[9]。

這對我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)入存量時代,城市更新中實(shí)施綠色、低碳行動中既有建筑加固維修與改造工程施工質(zhì)量檢測、加固維修改造后安全性和抗震鑒定評估具有一定的參考和借鑒意義[10-11]。