無梁預應力樓蓋結構受損框柱的加固設計與施工

□文/王全逵 李彥 劉坤 孔祥玉

無梁預應力樓蓋結構受損框柱的加固設計與施工

□文/王全逵 李彥 劉坤 孔祥玉

某工程地下車庫頂板在其上部覆土后，發現-1層處無梁預應力樓蓋結構框柱與頂板交接處混凝土被壓裂，需進行加固處理。針對此情況，通過對多種加固方案的優缺點進行比對，提出利用一種新的傘狀斜撐式型鋼承重支架支撐體系進行支撐，采用壓力灌注的方式灌入高強豆石型灌漿料置換該處混凝土的方案。該方案經濟、快捷、實用，施工完成后通過監測數據表明框柱加固達到了設計要求，保證了地下車庫的安全使用。

無梁；預應力；樓蓋；框柱；裂縫；加固

1　工程概況

某地下車庫為無梁預應力樓蓋+框架柱結構，地下2層，獨立基礎（高度900～1 250 mm）與300 mm厚防水板相結合，防水板上設有400 mm高的架空排水層，其中-2層層高3.6 m，其頂板為無梁樓蓋板（框柱處為下返柱帽），厚250 mm，框柱尺寸700 mm×700 mm；-1層層高4 m，其頂板為無梁預應力樓蓋板（框柱處為上返柱帽高430 mm），厚420 mm，-1層頂板內布設無粘結預應力鋼筋，此框柱尺寸600 mm×600 mm，上下層框柱同軸心，車庫頂板覆土1.8 m。

覆土施工后，經檢查發現地下車庫-1層一處框柱頂部存在較大裂縫，剔鑿后形成孔洞，孔洞內裸露鋼筋頂部有彎曲現象。

2　分析原因

-1層頂板在柱的東北和西南方向各有一條從東南至西北與柱成45°角，長約1.5 m肉眼可見的裂縫，其余位置無裂縫。將此框柱與-1層頂板交界處周邊松散混凝土剔鑿后發現，框柱中局部存在夾雜情況，混凝土不密實。經測量監測，此框柱頂部與周邊框柱頂部相比標高低13 mm。經后續幾日觀測，位移無變化。

原因分析：施工過程中該處混凝土漏振，由于框柱頂部柱帽鋼筋密集且模板未清干凈，混凝土在施工過程中夾雜，從而阻礙了混凝土向下流動，僅水泥漿流入，造成框柱頂部混凝土無骨料，不密實，出現孔洞，后續頂板覆土增加荷載，將此框柱頂部混凝土壓碎，鋼筋變形，-1層頂板局部出現裂縫。

3　加固方案的選擇

3.1原方案

在-1層受損柱處的板底加豎向鋼管支撐，去除受損柱上部的回填土及屋面結構，剔除受損柱上的柱帽混凝土，支模置換該處混凝土的方案。

優點：施工作業簡單，不需用專業有資質的加固隊伍施工。

缺點：板底豎向鋼管支撐支設兩層至基礎底板上，對底板架空排水層有破壞；受損柱板上構造層及回填土的清除，不但浪費人工和材料，而且影響面也較大；剔除受損柱帽混凝土，不能保證不碰斷已起作用的板內無粘結預應力筋；施工周期長。

3.2過程優化方案

在-1層受損柱處的板底先加豎向鋼管臨時支撐，從板下剔除受損柱上及柱帽內的松散混凝土，在板下支模采用壓力灌注的方式灌入高強豆石型灌漿料置換該處混凝土的方案。

優點：避免了破壞受損柱上的柱帽混凝土及板內無粘結預應力鋼筋和上部屋面結構及覆土。

缺點：板底豎向鋼管臨時支撐支設2層至基礎底板上，對底板架空排水層有破壞；臨時支撐鋼管用量大；需有資質的專業加固隊伍施工。

3.3終版優化方案

在-1層受損柱處的板底先固定傘狀斜撐式型鋼臨時支撐，將受損柱上的覆土、屋面結構及柱帽混凝土結構的荷載通過此臨時支撐傳至受損柱所對應的-2層柱，再傳到獨立基礎上。再在-1層搭設施工操作架，從板下剔除受損柱上及柱帽內的松散混凝土，在板下支模采用壓力灌注的方式灌入高強豆石型灌漿料置換該處混凝土的方案。

此方案優化了前兩個方案，在不破壞已有結構的基礎上，用高強豆石型灌漿料置換該處混凝土，具有經濟、快捷、實用的特點，被確定為最終實施方案。

優化方案主要分為支撐及置換混凝土兩部分。施工過程中需要把受損柱的松散混凝土剔除干凈，此時受損柱的原荷載必須全部轉移到臨時支撐上來，所以支撐是此工程的關鍵步驟。臨時支撐不僅阻止樓板的下沉，而且要把荷載全部傳遞到-2層的獨立基礎上。置換混凝土是工程的難點，必須保證一次性灌注填實。

4　加固支撐施工

根據現場情況，-2層框柱尺寸700 mm×700 mm，-1層框柱尺寸600 mm×600 mm且上下層框柱同軸心，利用下層柱比上層柱外邊寬出50 mm的特點，對加固支撐進行優化設計，采用傘狀斜撐式型鋼承重支架，將-1層頂板荷載通過支架有效的傳到-2層框柱上，再通過框柱傳到基礎，見圖1。

圖1　加固支撐設計

支撐主要材料為18#工字鋼，長9 m；共4根，140 mm×14 mm角鋼2根，長9 m。

根據圖紙制作支撐架，做好加固處理。支撐架連接方式為焊接。在加固柱周圍4個柱網內上表覆土地面設置警示帶，避免有荷載物通過。先做柱底套箍，再做柱頂套箍，柱頂套箍粘貼固定在板底。以對稱方式安裝工字鋼斜撐并用鋼楔楔緊，再進行斜撐上下端焊接。最后進行中部2道連接角鋼焊接。要求焊接牢固，安裝尺寸與位置正確。

5　置換混凝土的施工

5.1工藝流程

置換混凝土施工工藝流程見圖2。

圖2　工藝流程

5.2施工工藝

1）剔除柱頂大約300 mm部位的松散混凝土直至密實部位，清理干凈殘渣，見圖3。剔除時用儀器觀察支撐的牢固情況。

2）彎曲嚴重的鋼筋進行補強，采用幫條焊接同規格鋼筋，柱頂箍筋加密，見圖4。

圖4　鋼筋加固

3）制作模板見圖5。

圖5　制作模板

4）在受損柱斷面的最高處放置一個排氣管，從模板鉆孔引出。在柱中心部位設置一根注漿管，從模板鉆孔引出，見圖6。

圖6　排氣管及注漿管

5）用水洗干凈斷面部位；安裝模板，縫隙用發泡劑密閉，在柱頂5 cm處開孔；用水攪拌灌漿料，把攪拌均勻的灌漿料通過開孔處灌入；灌至與開孔齊平為止。灌注過程中輕敲模板，注意不要把設置的注漿管堵住。

6）24 h后第二次灌注。預置2根16 mm彎曲鋼筋，鋼筋的一端穿出模板。把模板上開孔封上。把攪拌好的灌漿料灌入10 m長的消防水帶，把消防水帶的一端封閉，另一端接在設置的注漿管上。通過車輪碾壓消防水帶緩慢給消防水帶加壓，把水帶里的灌漿料灌入。在灌注的同時觀察預留排氣管是否工作，輕敲2根預置的16 mm鋼筋起到振搗作用；在灌注飽滿后排氣管流淌出漿體，再持續灌入5 s，迅速封閉排氣管及注漿管，灌注結束。

7）7 d后拆除模板。

8）通過試塊強度檢測，當灌漿料達到C40強度后撤掉支撐。

5.3監測

1）進入施工現場應先對受損柱進行沉降觀測，做出沉降觀測點，在受損柱4個對角（上返柱帽角點）處做4個觀測點并在受損柱附近選擇相對穩定的基準觀測點，見圖7。

圖7　沉降觀測平面

2）具體監測流程：支撐架搭設完畢后進行第一次觀測，在施工過程中應隨時進行沉降觀測，當灌漿料未達到C40強度每日進行沉降觀測，當灌漿料達到C40強度后撤掉支撐后進行觀測并連續觀測3 d。

3）允許沉降差為5 mm，如超出沉降范圍應隨時進行匯報并加大觀測頻次。

5.4自檢交驗

1）強度檢測?，F場制作2組試塊，一組為同條件，一組為標準養護，用來檢查豆石灌漿料強度并進行現場回彈輔助檢測。

2）密實性試驗。由于無法用儀器檢查新灌注灌漿料的密實程度，采用現場相似情況下灌注試驗。將高30 cm塑料桶倒置，桶口密封，設置排氣管及灌注管。把裝滿灌漿料的消防水帶接到灌注管上，給消防水帶緩慢加壓，讓灌漿料緩慢進入塑料桶，至排氣管有漿體流出，密封排氣管及灌注管。待灌漿料固化后把塑料桶去掉，觀察灌漿料的密實情況。

6　結語

由于無梁預應力樓蓋結構的特殊性，采用傳統的板上開洞置換混凝土的加固方式對板內預應力筋及-2層為架空排水層等已完成結構的破壞均不可避免，造成的不良影響也很大。采用傘狀斜撐式型鋼承重支架支撐體系，結構形式新穎，滿足了卸荷要求，與采用雙層搭設鋼管支撐架相比，減少了搭設的層數與面積，提供了更大的作業空間，降低了施工強度，節約施工成本且采用高強豆石灌漿料壓力灌注法，充分灌入空隙處，既保證了灌漿料的密實度，又達到結構承載要求并節省了工期。

［1］GB50367—2006，混凝土結構加固設計規范［S］.

［2］GB50017—2003，鋼結構設計規范［S］.

［3］GB50009—2012，建筑結構荷載規范［S］.

□李彥、劉坤、孔祥玉/中建二局第四建筑工程有限公司。

TU378

C

1008-3197（2016）04-34-03

2016-03-31

王全逵/男，1969年出生，高級工程師，中建二局第四建筑工程有限公司，從事工程技術管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.013