某框支層梁柱節點施工空洞缺陷的原因分析及加固處理

林鋒

（重慶市設計院，重慶 400015）

1 工程概況

重慶渝中區某高層轉換層住宅樓，地下1層，地上31層，地面以上主體結構高度103.9m，為大底盤雙塔部分框支剪立墻結構，在地上5層設置梁式轉換層。結構的抗震等級：框支架二級，框支柱及落地剪力墻底部加強區一級，其它部位剪立墻三級。

在結構分步驗收中，發現轉換層的部分框支柱頂節點處外觀蜂窩麻面，缺陷處位于柱頂施工縫處。考慮其位置的關鍵性，要求施工單位會同建設方和監理方采用鉆孔及局部剔打對其檢查。經檢查發現，部分框支柱頂節點內有大面積空洞。轉換層位于7.500m標高，轉換層平面見圖1。此時該工程塔樓一已施工至轉換層以上9層（35.50m標高），塔樓二已施工至轉換層以上10層（38.50m標高）。需對結構現狀安全性進行評估，并進行加固處理。

2 現場調查

鑒于轉換層梁柱節點鋼筋密集，采用超聲波等常規檢測手段難以對其進行檢測；梁柱節點的缺陷檢查采用局部踢打后針孔攝像頭可視化檢查為主。按節點鋼筋的密集程度，對轉換層的梁柱節點進行分類：一類，柱頂梁的縱筋較少，混凝土澆筑容易，則僅采用鉆孔的方法進行探測；二類，柱頂一方向梁縱筋較多，另一方向梁縱筋偏少，在柱的一側的施工縫位置剔打檢查孔（寬×高×深=200×400×500mm）；三類，柱頂梁的縱筋均較多，在經復算前提下，四側均剔打檢查孔。

經現場檢查，共有8個梁柱節點存在不同程度的空洞，較典型的幾個如圖2。

圖2 梁柱節點典型空洞缺陷示意圖

空洞位置均位于梁底鋼筋以下的梁柱節點的柱剛域內。空洞高度為5～15mm。

3 原因分析

該轉換層分兩次施工，在框支節點下部的框支柱頂位置設置一道施工縫。首次施工框支柱至節點下口，待轉換層梁板鋼筋施工后再進行梁板的混凝土澆筑。

結合現場檢查情況，節點形成空洞的主要原因是鋼筋在柱頂交錯密集，澆筑時混凝土無法順利下落，造成在施工縫與梁鋼筋層間形成空洞。施工單位的兩項明顯失誤造成鋼筋交錯過于密集。此兩項失誤如下。

（1）轉換梁的鋼筋在設計時，為了保證鋼筋貫通通過節點，縱筋采用統一直徑，且要求梁底筋出節點后機械連接；現場施工時，未按設計要求貫通設置梁底縱筋，而是所有梁底筋在節點處錨入柱內。

（2）轉換梁縱筋分排鋼筋間未設計支墊或支墊不善，造成分排鋼筋完全貼緊，進一步減小鋼筋間間隙。

由此造成節點處鋼筋過于密集，未采取專門的混凝土澆筑措施，導致混凝土在梁底鋼筋層上部堆積，無法達到柱頂施工縫與轉換梁底筋之間的區域，形成空洞。

4 現狀安全性評估

現狀：轉換層位于7.500m標高，此時該工程塔樓一已施工至轉換層以上9層（35.50m標高），塔樓二已施工至轉換層以上10層（38.50m標高）。結構尚處于主體結構施工階段，梁、板、柱、剪立墻已施工，地坪層、填充墻及設備安裝均未施工。現工程完全停工，頂層堆積部分建筑材料，同時其下一層設鋼管支撐及模板體系。對其施工現狀進行安全性評估，以驗算是否需要在轉換層上下若干層滿層腳手架，確保施工現狀的安全。

4.1 荷載

驗算采用的荷載如下。

（1）恒荷載，樓板面荷載僅考慮混凝土板重，不考慮墻體線荷載。頂層堆載按標準層的單位用鋼量(0.4kN/m2)用于其下一層的樓板上。鋼管支撐及模板的荷載按1.5kN/m2。

（2）活荷載，目前現場已完全停工，不考慮施工人員活荷載。頂層堆載，其下一層的鋼管支撐及模板的荷載作為恒荷載考慮。

（3）地震作用不考慮。

（4）風荷載，因建筑僅為鏤空主體結構，因此風荷載體形系數取1.0，同時風荷載臨時處理階段的作用按10年一遇的基本風壓進行計算，0.25 kN/m2。

4.2 荷載組合

承載力極限狀態下的基本組合，采用永久荷載控制的組合。

采用PKPM系列軟件的SATWE進行計算，計算時的主要結構計算參數：混凝土容重取25 kN/m3，不考慮地震作用下對框支柱內力的放大，荷載組合中γG＝1.35，風荷載的γL＝1.4，φL＝0.6。

選取較典型的L×④軸柱闡明計算過程，見圖3。

圖3 軸柱計算過程

柱的混凝土強度等級50。

經過計算得柱頂內力（單位：軸力和剪力為 kN，彎矩為kN·m）：

荷載工況：Axial SHEAR-X SHEAR-Y MX-BTM MYBTM MX-TOP MY-TOP

X向風力：8.0,-5.9,-2.1,5.4,-13.2,10.6,31.0

Y向風力：3.6,-0.2,-4.7,8.8,2.4 26.4,3.6

恒載作用：-3943.6,-6.0,-25.1,40.2,-3.7,148.4,41.3

剪力、彎矩值很小，可忽略不計，起控制作用的為軸向壓力N=3944kN。

4.3 節點承載力驗算

節點的豎向受壓承載力驗算：

[N]=[N1]+[N2]

節點的承載力考慮混凝土和柱縱筋的受壓承載力之和。

混凝土的受壓承載力，因節點處空洞面積較大，無法形成三向壓力，偏安全的采用素混凝土受壓承載力計算。按《混凝土結構設計規范》GB50010-2002[1]附錄A的公式A.2.1-1。

[N1]=φfccA'c=1.00×0.85×23.1×(1200×1200－600×600)=2.12×107N=2.12×104kN

計算長度l0取0.5m，l0/b＜4，φ=1.00，fcc=0.85fc。

鋼筋的受壓承載力，忽略箍筋及混凝土對鋼筋的支承作用，高度取節點空洞的高度0.5m，鋼筋上下支承按嵌固考慮。

因此，現狀結構在未施工隔墻及樓面地坪面層情況下，僅考慮施工階段的支撐模板及施工荷載，結構是安全的。

5 加固處理方案

有缺陷的梁、柱節點采用混凝土脫換的方法，轉換梁用臨時支柱支撐，臨時支柱通過柱側植筋附于原結構框支柱上或直接支承于下部梁上，之后按規定順序鑿掉有缺陷的混凝土，采用高壓灌漿法澆筑細石混凝土進行修補，待修補混凝土達到設計要求后，再采用密封空腔灌注法通過預先埋設的注入口對梁柱節點補澆中可能形成的孔洞內注入 “GROUT膠”，待灌注膠固化后，拆除兩邊支柱。見圖4-圖5。

圖4 加固方案示意圖

圖5 剖面示意圖

5.1 加固措施的驗算

5.1.1 驗算加固用臨時支柱Z1、Z2承載力

臨時支柱的截面按四方向轉換梁的最大剪力確定，同時結合施工的便利。

考慮施工便利臨時短柱截面取500×600mm，混凝土強度C40，其受壓承載力取1.5Vmax=1600×1.5＝2400kN，按配筋率0.8%設置縱向鋼筋，箍筋全高加密。

5.1.2 驗算臨時短柱與框支柱的傳力

臨時支柱的豎向力通過框支柱上植筋，傳力至框支柱下部。植筋數量的計算，參考混凝土規范[1]預埋件的計算方法。參照規范，多排鋼筋時

5.1.3 驗算剔打后臨時支柱與挖空柱共同受力的承載能力

開鑿D1后，臨時短柱+挖空柱應能承受上部的軸向壓力。

[N]=[N1]+[N2]+[N3]

節點的承載力考慮柱內剩余素混凝土、柱縱筋和臨時短柱的受壓承載力之和。

[N1]=φfccA'c=1.00×0.85×23.1×(1200×1200－600×600－400×300)=1.88×107N=1.88×104kN

[N2]=4.88×103kN

[N3]＝2.4×103kN

[N]=[N1]+[N2]+[N3]=2.61×104kN＞3944kN

因此采用設計的支撐加固方案是安全可行的。

5.2 加固施工步驟

5.2.1 灌注臨時支柱Z1、Z2，截面采用驗算結果

（1）鑿掉臨時支柱對應位置轉換梁底的混凝土保護層，鑿除深度以梁底第一排縱筋一半外露為準。鑿掉臨時支柱對應位置框支柱的混凝土保護層，鑿除深度以柱縱筋一半外露為準。

（2）框支柱上植筋，柱兩側植筋交錯排列，避免同一截面削弱過多。植筋按根數計算。

（3） Z1、Z2縱筋彎折后（彎折水平段不小于10d），將鋼筋頂部水平段定位于KZL-21梁底第一排縱筋之間，按附圖配筋綁扎Z1、Z2鋼筋。

（4）用鋼絲刷加高壓凈水清洗混凝土的結合表面，并使其充分濕潤，用環氧樹脂水泥分兩次涂刷混凝土的結合面，見表1。

（5）采用壓力灌漿法澆筑C50細石混凝土，并在混凝土中添加15%的UEA－H微膨脹劑，為便于混凝土的澆筑，必要時可在樓板上打洞，從上口澆筑混凝土。

表1 環氧樹脂水泥參考配合比（重量比）

5.2.2 待Z1、Z2滿足設計要求，鑿除節點有缺陷混凝土并進行修補

（1）在框支柱未設臨時短柱的兩側，轉換梁下方鑿一個寬×高＝1/3框支柱寬×500mm的洞口 （代號D1），D1貫通框支柱。

（2）清除浮塊并清潔混凝土和鋼筋表面，預埋注入“GROUT膠”所需的注入管和排氣管。采用壓力灌漿法向D1及其上方澆筑C50細石混凝土，混凝土中添加15%的UEA－H微膨脹劑，澆筑完成后應加強養護。

（3）采用密封空腔灌注法，通過預先埋設的注入口對梁柱節點補澆中可能形成的孔洞內壓力注入“GROUT膠”。

（4） 待灌注膠固化后，采用相同方法分步置換D2、D3區域。

待加固完成并達設計要求后拆除臨時支柱Z1、Z2。

6 加固工程質量的檢驗

加固施工時，采取的壓力灌漿的施工方式，采用低位壓力注入，高位排氣孔出漿，確保孔洞內壓力灌注細石混凝土澆筑密實。

同時在養護期間，節點周邊澆水全濕潤環境對混凝土進行養護。

加強加固節點的觀測，采用節點外貼玻璃條的方式，密切觀測節點處的變形情況；同時在住宅樓層向上施工期間及工程竣工后加強沉降觀測。經檢測未發現節點變形導致所貼玻璃條破裂的情況，也進一步證明加固節點的可靠性。

7 結論及建議

（1）該工程框支層梁柱節點鋼筋過于密集，在采用超聲波手段無法檢測的情況下，局部剔打后，采用針孔攝像頭進行可視化檢測節點缺陷是可行且有效的。

（2）采用設置短柱支撐后，剔除缺陷區域，壓力澆筑細石混凝土的加固方式，能保證工程的施工安全，加固后的節點混凝土密實。

（3）該工程竣工投入使用已7年有余，且期間經汶川地震，整體結構性能良好。

（4）對轉換層的框支梁柱節點，由于鋼筋過于密集，應采取有效措施確保混凝土澆筑密實，如梁鋼筋盡量貫通，混凝土采用細石混凝土等措施。

[1]GB50010-2002混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.