試談高層建筑混凝土剪力墻構件加固施工技術

董馥鵬

(山西龍城建設集團有限責任公司，山西 太原 030027)

高層建筑混凝土剪力墻強度，會直接影響建筑質量，是承載豎向應力的主要構件，如果存在缺陷或強度不足，易導致建筑出現(xiàn)結構損傷，嚴重時甚至會引發(fā)坍塌事故。為保障結構的穩(wěn)定性和安全性，通常采取加固施工技術，彌補和修復剪力墻構件的強度問題，減少或者消除缺陷對建筑結構的影響，確保建筑工程結構質量符合標準。

1 工程項目概況

山西太原某高層建筑整體結構為混凝土剪力墻結構，建筑高度為54.6m，地上層數(shù)為18層，地下2層，建筑總面積為22963.5m2，預設建筑使用年限為70年以上。施工人員需要確保建筑結構安全等級滿足二級標準，抗震性能、防風性能均需要滿足要求。根據高層建筑設計方案，建設的剪力墻的厚度為20cm、25cm和30cm。使用鋼筋拉抻固定，選用直徑為6mm和8mm的鋼筋材料。施工過程達到第10層后，監(jiān)理人員及施工隊伍考慮到結構會對下層結構施加應力，使用抽樣取芯法進行強度檢測，檢測結果表示強度未達到標準?？紤]到繼續(xù)施工安全性以及拆除的經濟性，項目工程多個部門開設會議，就解決剪力墻構件強度不滿足要求的問題展開討論，最終確定使用置換混凝土的技術加固[1]。

2 剪力墻構件加固施工技術

2.1 受力模型分析

為了確定剪力墻構件加固的范圍及所需要達到的加固效果，相關部門根據現(xiàn)有的施工方案及相關資料，建立剪力墻構件的受力模型，分析需要加固構件的受力參數(shù)，同時使用鉆芯法確定最終的加固范圍。受力分析則使用有限元分析模型，模擬剪力墻的實際結構，將混凝土材料的強度信息、構件大小及參數(shù)等信息輸入到軟件之中，建立建筑三維模型。軟件構件模型中包括高層建筑剪力墻結構之中的板、梁等基礎構件，構件之間的連接使用鉸接方案[2]。為了確保加固施工后可以達到預設的強度，且在施工過程中不會造成混凝土出現(xiàn)塑性損傷，計算構件的拉抻受力情況，具體計算公式如下。

Θ=(1-K)βL

公式中的θ表示構件的拉抻受力情況，K表示構件的損傷情況，β表示在未進行構件加固時材料的瞬時彈性模量，L表示拉抻應變量?；谏鲜龉竭M行拉抻受力數(shù)值的計算。

由于構件強度無法滿足高層建筑豎向承載的要求，但構件單軸在受壓前期未達到極限值，混凝土構件受損概率較小。如果出現(xiàn)壓力過高的情況，混凝土很有可能產生應力出現(xiàn)形變、損傷等問題。因此，在有限元模型中計算剪力墻結構的受壓應力情況，具體計算公式如下。

Q=(1-K)β(L1-L2)

公式中的β表示構件的彈性模型，L表示構件的應變量。加固過程中需要考慮到植筋膠結力、咬合力等，避免加固過程中出現(xiàn)損傷。因此，考慮到加固過程中的本構關系，具體計算公式如下。

F={El，α≤αn}

F={Q，αn≤α≤αo}

公式中的F表示彈塑性本構關系，E1表示剪力墻植筋鋼筋的彈性模量數(shù)值，α表示拉壓應變程度，Q表示屈服強度，αn表示拉壓應變情況，α表示最大拉壓應變值。

2.2 相互影響分析

使用置換法進行混凝土加固處理的過程中，需要對置換區(qū)域的初始狀態(tài)及置換后構件受力產生的影響程度予以分析，確保剪力墻結構在加固后受力仍處于平衡的狀態(tài)，避免出現(xiàn)受力重心位移等問題導致壓應力出現(xiàn)差異。在有限元模型中進行初始狀態(tài)的影響分析，具體受力平衡關系計算公式如下。

V=FADL

公式中的V表示置換加固后的構件空間體積大小，A表示置換混凝土加固過程中的初始應力值，L表示剪力墻構件的等效荷載量，對應的應變矩陣為F。

由于置換混凝土加固施工會導致外力增加，使得構件節(jié)點的荷載量發(fā)生變化，在有限元模型中進行平衡關系計算，根據模型計算結果進行修正，使得拆除原有混凝土構件時可以達到受力平衡狀態(tài)，增加外部荷載。置換加固后為保障剪力墻構件的平衡性，應力應先增加、后減少，將原有構件拆除后，受力荷載會向上部轉移，加固澆筑混凝土凝固后，轉移荷載應維持原有應變平衡[3]。

2.3 加固過程確定

考慮到剪力墻構件加固施工中應保持高層建筑的穩(wěn)定性，應計算置換混凝土的干結速度，按照批次進行構件置換。本工程項目建設按照從低至高的順序完成，置換構件最大長度為0.5m，優(yōu)先進行對稱區(qū)域的構件置換。根據受力分析結果，荷載件的間隔距離控制在60cm左右。將原有的剪力墻構件拆除后，將施工現(xiàn)場的渣滓等清除干凈，并檢驗植筋的拉抻情況和彎曲情況，如在置換過程中對混凝土結構中原有的鋼筋等造成損傷，則需要更新、替換。置換混凝土主要為微膨脹混凝土，澆筑高度超出原有連接面的9cm左右，并實時監(jiān)測澆筑的狀態(tài)，完成后將模板拆除進行下一批次的構件加固。

2.4 技術試驗研究

相關部門在提出使用置換加固技術的同時，進行該技術的應用效果分析，計算加固后的受壓承載力富余比和形變、位移情況。軸壓比為0.35的構件，承壓富余比為78%左右，軸壓比為0.55的構件承壓富余比為65%左右，施工質量可以得到保障。試驗結果表明置換加固技術應用構件變形位移量最大為30.5mm，可承受的極限荷載值為34KN/m2，加固質量更佳。

3 剪力墻構件加固施工技術應用

3.1 施工流程

置換混凝土法是指在需要加固的剪力墻表面加貼鋼板，并使用耐堿性膠粘劑將鋼板與混凝土表面粘合，并在鋼板上開鑿孔洞，在孔洞中灌注高強度砼，形成新的混凝土剪力墻，以達到加固的效果。

按照上述流程，首先需要對原有墻體進行拆除，以便為新的構件創(chuàng)造空間。然后制作新構件，按照設計要求，現(xiàn)場澆筑或預制預應力混凝土構件，并進行試驗和檢驗。隨后安裝新構件，將新構件放入原位并進行精確定位并連接成整體。

安裝完構件之后，焊接支撐鋼板，在新構件上焊接支撐鋼板，為后續(xù)加固提供支撐。在加固環(huán)節(jié)，先加固梁柱節(jié)點，針對梁柱節(jié)點部位進行加固，可采用增加箍筋、加設鋼板等方式。隨后，加固剪力墻，針對剪力墻進行加固，包括增加剪力墻面積，加設鋼板和加固鋼筋等方式。表面處理過程中，需要避免澆筑過程中的混凝土影響剪力墻結構外層的美觀性，使用鑿除、黏結等方法，確保表面光滑。最后進行養(yǎng)護及檢驗，在加固施工完成后進行養(yǎng)護，并對加固效果進行檢驗和評估。使用置換混凝土法進行加固時，需要結合情況確定加固方案和設計，施工過程中應嚴格按照規(guī)范要求操作，確保加固效果和施工質量。同時需要注意保護原有剪力墻及其周邊結構，避免對原有結構造成損害[4]。

3.2 剪力墻構件加固施工技術要點

3.2.1 原有墻體拆除技術要點

根據預設方案將原有墻體拆除，本工程項目涉及原有墻體面積達到386m2，在確定原有墻體要拆除的位置和范圍，制定詳細的拆除方案之后，在施工現(xiàn)場設置圍擋和安全警示標識，保證施工區(qū)域的安全通行。按照設計方案和拆除計劃進行拆除施工，先開口拆除，再逐步向兩側擴展。拆除過程中注意不要損壞周圍結構。原有墻體拆除期間，在拆除位置或周圍的墻體上設置臨時支撐結構，避免因拆除造成的結構倒塌或不均勻沉降等不安全情況，同時對墻體進行局部加固，避免拆除過程中產生不必要的破壞。同時，在拆除完成后進行補強和修復工作。根據有限元模型計算結果，新設立的構件必須符合設計要求和規(guī)范，位置、尺寸和連接方式要按照要求進行設置。構件設置完成后，在周圍進行必要的加固和砼澆筑施工，并整體調整構件位置和垂直度，以確保其滿足設計要求。完成后進行全面檢查和測試，確認新構件的質量和安全性達到要求，并記錄保留相關施工檔案。拆除之中，需要植筋的區(qū)域，應確保鋼筋材料符合國家規(guī)范和計劃要求，在節(jié)點周圍鋼筋網中應安排足夠的連接鋼筋和拱形鋼筋，以確保節(jié)點的承載能力和穩(wěn)定性安全性。

3.2.2 剪力墻構件澆筑要點

原有墻體不合格區(qū)域的混凝土強度為28～30MPa之間，設計混凝土強度等級為C45。為進一步提升混凝土的強度等級，板底位置最大壓應力應在4.7MPa左右，梁底應力測點最大拉應力為1.2MPa，仍使用C45等級混凝土，抗拉強度值為2MPa，混凝土強度達到40MPa。置換澆筑混凝土過程中，明確澆筑施工技術要點。施工前需做好澆筑準備工作，包括清場，保證施工區(qū)域的安全通行，同時確定好澆筑順序和周期。此外，確定擺料場地及每個施工段的攪拌站，并對原材料進行檢查和質量控制。用足夠數(shù)量的鋼模板制作放模，嚴格按照設計要求和規(guī)范要求，放模之前必須先泥板打線、調整和校準。鋼筋加工和綁扎應根據設計要求和圖紙策劃，圖紙審核確認后，再加工和綁扎。開始混合砼料，應按比例派送至攪拌機，分別進行拌和，所得混凝土應具有一定的坍落度和流動性。注意安排調整混凝土料運送到位和控制其流向重心。澆筑時應盡量避免混凝土堆積和出現(xiàn)空洞，并保持現(xiàn)場濕潤。將混凝土均勻平穩(wěn)地倒入放置，隨時觀察外觀的質量和傾向性。澆筑完成后，應及時對其進行養(yǎng)護，保證混凝土強度成長發(fā)展。澆筑后大概24h內噴水進行濕潤，在澆筑初期盡可能避免反復震動混凝土。完成后進行全面檢查和測試，確認混凝土體質量和結構安全性達到要求，并記錄保留相關施工檔案。置換澆筑過程中，必須保證振搗充分、坍落度適宜和流動性良好，利用特殊措施數(shù)量進行及時加固，并按照設計計劃和規(guī)范要求控制其流向和含水量[5]。

3.2.3 剪力墻支撐鋼板焊接技術要點

剪力墻構件置換加固施工過程中對鋼板進行焊接，保持剪力墻結構的穩(wěn)定性和安全性，為后續(xù)的加固作業(yè)提供保障。在鋼板焊接過程中，根據有限元分析結果，確定需要焊接的鋼板尺寸、數(shù)量和位置，并根據設計圖紙和規(guī)范要求制作焊接模板。加固施工到場鋼板應進行全面檢查和預處理，清除表面銹蝕、污染、涂層等，確保其符合規(guī)范和設計要求。同時，選擇合適的焊接材料，滿足鋼板連接的強度、剛度和耐久性等要求。焊接時應嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范、標準和驗收要求進行操作，注意電弧焊接要避免冷裂紋產生，并掌握焊接梁角度、角度反彈、斜著焊接等構造形式。在鋼板連接之前，確認母材表面質量、富余距離等基本要點，確保焊接接頭的正確位置和間距。監(jiān)測焊接過程中的溫度變化，采取必要措施，防止溫度過高形成氣泡、裂紋或變形。焊接完畢后進行全面檢查和測試，確認焊接質量和安全性達到要求，并記錄保留焊接工藝說明書。

3.2.4 剪力墻節(jié)點加固要點

在加固過程中需要對局部階段、軸線等梁板區(qū)域存在疏松混凝土做處理，并對節(jié)點缺失區(qū)域進行標注，統(tǒng)計需要修補的范圍及需要修補的工程量，由相關人員核實后恢復工序?；炷帘砻嫣幚磉^程中，需要使用斬斧在貼合面位置輕斬混凝土的表面位置，除去0.25cm左右的表層，使用毛刷將表面的粉粒清楚干凈，使得混凝土貼河面處于干燥、清潔的狀態(tài)，隨后在表面涂刷一層界面劑。待表層位置徹底干燥之后，使用高強度的修復聚合物砂漿進行找平，并按照剪力墻構件的尺寸和形狀進行修復，隨后進行混凝土剪力墻構件養(yǎng)護作業(yè)。

3.2.5 剪力墻結構養(yǎng)護要點

在澆筑完成后，應及時進行全面的養(yǎng)護工作，確?；炷翉姸劝l(fā)展逐漸完善。一般來說，初期養(yǎng)護需要持續(xù)7～14d。養(yǎng)護期間需要充分保證混凝土澆筑砼結構表面濕潤，有利于構件的硬化致密，養(yǎng)護時避免涂料粘附到表面。本工程建立全面的水壓浸入方式養(yǎng)護體系，保證砼體內部溫度、濕度和含水量等物理參數(shù)符合設計和規(guī)范的要求。該過程中自然養(yǎng)護和加溫保溫兩種方法結合，先潤后干，慢慢升溫，避免因溫度變化出現(xiàn)反復漲縮，影響構件內部結構的均勻性。在養(yǎng)護過程中，合理定位和設置好養(yǎng)護設備，可采取階段倒放、遮陽隔熱材料、人孔蓋板等方案，以確?；炷翉姸戎饾u提高，滿足設計標準。相關人員需要每天對施工現(xiàn)場進行巡視檢查，記錄養(yǎng)護質量和計劃執(zhí)行情況，并將結果報告給相關責任人和監(jiān)督機構。養(yǎng)護完畢后進行全面的強度測試和技術驗收，包括砼體強度、穩(wěn)定性和耐久性等方面。并將測試結果和驗收報告記錄保留，供今后參考使用。

4 結語

綜上所述，城市化發(fā)展過程中高層建筑的數(shù)量越來越多，但同樣存在市場中混凝土剪力墻構件質量參差不齊的情況，加固施工是具有經濟性和實用性的技術，可以彌補混凝土剪力墻的質量缺陷，改善構件質量，提高高層建筑結構的穩(wěn)定性。因此，相關人員在應用加固施工技術期間應做好加固方案的制定工作，建立混凝土剪力墻構件的受力模型，合理配置工藝參數(shù)，實現(xiàn)對構件的科學加固。