置換混凝土加固剪力墻在某工程中的應用分析

費廣清 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

0 引 言

隨著我國國民經濟的發展，建筑業得到空前的發展。在高速發展的過程中，難免有些建筑在施工過程中出現問題，導致結構的安全性受到威脅。譬如，在鋼筋混凝土剪力墻結構中，因多種原因導致實際檢測出的剪力墻混凝土強度等級明顯低于設計要求，導致剪力墻承載力嚴重不足，結構本身不能通過正常的工程驗收，必須采取相應措施進行加固處理。工程實踐表明，用高一等級混凝土置換出原墻體混凝土的加固方法，可以在不改變原設計截面大小的情況下，達到結構受力明確、安全可靠的特點。本文根據工程實例，著重介紹置換混凝土加固方法的原理和施工技術要求，為類似工程施工提供參考。

1 工程概況

某房地產開發公司開發的住宅樓工程，為18層鋼筋混凝土剪力墻結構，帶有1層地下車庫。在進行一層結構的澆筑時，由于混凝土攪拌站的疏忽，所澆筑的混凝土等級明顯低于設計C35的要求。經過權威檢測機構的回彈檢測以及取芯試驗，有8片剪力墻混凝土等級在C25以下，其中有1片剪力墻混凝土強度僅達到C20。經設計單位計算復核，剪力墻承載力嚴重不足。由于項目本身屬住宅樓，考慮到加大截面方式進行加固會損失建筑空間，最終確定對此8片剪力墻用置換混凝土的方法進行加固。

2 置換混凝土加固法的基本原理

置換法適用于承重構件受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的局部加固。加固柱、墻等構件時，應對原結構構件在施工全過程中的承載狀態進行驗算、觀測和控制，置換界面處的混凝土不應出現拉應力，當控制有困難，應采取支頂等措施進行卸荷。采用置換法加固混凝土結構構件時，其非置換部分的原構件混凝土強度等級應滿足設計要求。當混凝土結構構件置換部分的界面處理及其施工質量符合本規范的要求時，其結合面可按整體受力計算。

其正截面承載力應符合N≤0.9 f(fc0Ac0+acfcAc+fy0'As0')。式中：N為構件加固后的軸向壓力設計值(kN)；f為受壓構件穩定系數，按現行國家標準《混凝土結構設計規范》（GB50010）的規定值采用；ac為置換部分新增混凝土的強度利用系數，當置換過程無支頂時，取ac=0.8；當置換過程采取有效的支頂措施時，取ac=1.0；fc0、fc分別為原構件混凝土和置換部分新混凝土的抗壓強度設計值 (N/mm2)；Ac0、Ac分別為原構件截面扣去置換部分后的剩余截面面積和置換部分的截面面積(mm2)。

3 施工區域部署以及工藝流程

施工過程中會對墻體進行暫時破壞，結構豎向傳力會受到影響。故應對施工區域和階段進行劃分，將8片剪力墻分批分肢進行置換施工，施工區域內配合鋼支撐進行，置換采用強度等級為C40混凝土進行澆注，達到設計強度等級的100%后再進行另一批肢的置換施工。

具體施工工藝流程：現場勘察→搭設安全支撐及工作平臺→卸荷→剔除局部混凝土→原鋼筋除銹或增補新筋 (必要時)→界面處理→支模→澆筑混凝土→養護→非承重模板拆除→承重模板拆除→施工缺陷修復(必要時)→施工質量檢驗。

4 剪力墻結構卸荷技術要點

原有結構剪力墻在梁板的共同作用下，已經產生結構內力，若直接進行原墻體的拆除勢必會導致整體結構的坍塌。因此，必須對原結構進行卸荷處理，即采用臨時鋼支撐代替墻體受力。

鋼支撐荷載計算：本次設計的鋼支撐僅卸除二層樓層荷載(加固時該工程施工至三層綁扎鋼筋)。取需卸荷最大的一道剪力墻為例，經計算上部傳至支撐層面的荷載值為740kN，加上支撐本層的荷載值340kN，鋼支撐需承擔的總荷載為1080kN。因采用分次卸荷的方法，可得出首次卸荷的荷載值為620kN。

該剪力墻首次卸荷采用在兩側梁端設置鋼管支撐的方法，鋼管規格為140×10的，截面積為4084.1mm2，根據上述計算，可得出單根鋼管承受的荷載值為320kN，根據《鋼結構設計規范》表3.4.1-1Q235鋼f=215N/mm2，根據《鋼結構設計規范》公式5.1.1-1按軸心受壓計算該支撐的受壓承載力為Anf=4084.1×215÷1000=878kN，遠遠大于 320kN。

根據《鋼結構設計規范》公式5.1.2-1按穩定性計算該支撐的受壓承載力為fAf=0.824×4084.1×215÷1000=723kN，大于320kN。

圖1 鋼支撐立面

圖2

圖3

根據以上計算知，鋼支撐的自身強度滿足要求，鋼支撐底部做為外荷載附加在地下室底板上滿足局部承壓要求。

本工程卸載方式采用臨時鋼支撐和千斤頂支頂配合的方式進行，節點大樣圖如圖1～圖3。

鋼支撐拆除時，混凝土強度應達到設計要求，拆除順序、拆卸的位移控制或應力控制應符合設計規定及施工技術方案的要求。

5 置換混凝土施工技術要點

剪力墻混凝土強度不足，直接導致構件承載力不足，剪力墻鑿除前及后澆筑要求，其主要技術要點如下。

①剪力墻鑿除前應做好相鄰梁、板的支撐，相應的支撐方案需經專項設計。

②剪力墻拆除采取分批措施。

③拆除墻體時應輕鑿慢砸，防止對原混凝土結構產生過大的擾動，嚴禁破壞相鄰結構構件及墻體鋼筋，剔除過程中也不得損傷置換墻體本身鋼筋。

④清除剪力墻鋼筋表面浮渣，檢查原鋼筋損傷情況，并通知設計人員到現場驗收。

⑤重新支模板并應留豁口及喇叭口分二次澆注混凝土，詳見圖4。澆注后應加強養護，保濕養護時間為不少于14d。

⑥混凝土達到設計強度后方可拆除模板，并將喇叭口高出部分的混凝土鑿除。

圖4 剪力墻段混凝土澆注示意圖

6 置換混凝土施工質量控制

在混凝土結構工程加固施工中，影響質量控制的因素主要有“人、材料、機械、方法和環境”等五大方面。因此，對這五方面因素嚴格控制，是保證工程質量的關鍵。

①人的因素。結構加固施工，應以人為重點進行控制，操作人員應有精湛的技術技能、一絲不茍的工作作風、嚴格執行質量標準和操作規程的法制觀念。對于特殊崗位、工種，操作人員應嚴格持證上崗。

②材料因素。對于主要材料，如灌漿料、砂、石和界面處理劑等，采購前應提交樣品試驗，經檢驗合格后方可采購；材料進場后，應嚴格抽樣送檢，合格后方可使用。

③機械設備因素。做好進場作業機械設備的使用、保養記錄，檢查其工作狀況，保證投入的機械設備狀態良好，避免因機械設備故障造成停工給加固工程質量和工期帶來的影響。

④方法因素。認真審查施工方案，保證施工方案正確、合理、安全；同時，在施工過程中，嚴格依據施工方案要求，加強現場監督管理。

⑤環境因素。施工前，應檢查施工作業環境條件方面的有關準備，做好安排和準備妥當，落實施工質量管理環境。對于未來的施工期間，應充分考慮自然環境條件對施工作業質量和工期的不利影響，做好充足準備和采取有效的措施與對策以保證工程質量和工期。

7 結 語

本工程剪力墻混凝土置換加固過程中，結合結構自身特點，合理確定加固方案，采取分批分肢進行加固處理。施工過程中，認真制定施工方案，做好置換前的結構卸荷要求，在支撐體系完備后進行置換施工，保證原墻體鋼筋不受損傷情況下用混凝土置換澆注。另外，在整個過程中對質量有效的進行控制和監督，保證了剪力墻混凝土置換施工中、施工后主體結構安全。

[1]GB50367-2013，混凝土結構加固設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2]GB50550-2010，建筑結構加固工程施工質量驗收規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]GB50017-2003，鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.