置換混凝土在高層框架柱加固中的應用實例

羅文佑　胡建平*

(中南大學后勤保障部，湖南 長沙　410083)

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置換混凝土在高層框架柱加固中的應用實例

羅文佑胡建平*

(中南大學后勤保障部，湖南 長沙410083)

根據某高層框架柱的實際情況，選取了置換混凝土加固方案，并從臨時支撐設計、混凝土鑿除及澆筑、施工過程監測等方面，闡述了具體的實施方法，最終取得了良好的加固效果。

框架柱，置換混凝土，臨時支撐，沉降監測

0　引言

混凝土加固技術主要可以分為直接加固法和間接加固法。其中直接加固法主要包括增大截面法、外包鋼法、外包碳纖維布法、HPFL法以及置換混凝土法等，間接加固法主要有增設支點法以及預應力加固法等[1]。

置換混凝土法是指對于結構中承載力不足或者出現嚴重質量缺陷的混凝土構件，將構件的原有混凝土進行鑿除，而后用高強度的混凝土灌漿料進行置換的一種加固技術，在工程上已經有很多應用[2,3]。

1　工程概況

某在建寫字樓為地下2層，地上20層的框架剪力墻結構，建筑總高度83.35 m，抗震設防烈度6度，該建筑3層局部平面見圖1。由于管理和操作上的失誤，當施工至第10層時，技術員在例行檢查中發現第3層1-10×1-A軸～1-10×1-L軸內的4個框架柱混凝土外觀色澤異常，且個別柱存在開裂現象，后經專業技術人員檢測發現該批混凝土設計強度為C50的框架柱實際強度最低只有12.1 MPa(各柱混凝土強度檢測結果見表1)，強度降低非常嚴重，必須馬上采取加固處理措施。

表1　第3層部分框架柱混凝土強度檢測結果

MPa

2　加固方案的確定

加固設計單位針對該工程問題提出了幾種加固方案以供選擇，各方案的優缺點對比如表2所示[1,4]。

通過對各方案的優缺點進行對比分析：由于采用置換混凝土法進行加固效果最為直接，能夠從根本上將該問題解決，而且加固費用和工期適中，故最終選擇此方案。

表2　各加固方案優缺點對比

3　置換混凝土加固方案

3.1臨時支撐的設計

對柱混凝土進行置換前，首先要在柱的四周設置臨時支撐，對柱承受的荷載進行卸載。然后把有缺陷的混凝土鑿除，之后重新澆筑新的混凝土，等到新澆筑混凝土的強度達到了設計強度后再將臨時支撐拆除。選擇恰當的臨時支撐是保證置換混凝土施工安全的關鍵，考慮可靠性、成本、工期等因素，臨時支撐主要有型鋼柱、現澆混凝土柱以及預制混凝土柱等幾種。經計算和比較，本工程選擇型鋼柱作為臨時支撐。

經過計算，本工程中在最不利情況下柱子承受的最大荷載約為5 078 kN,在柱子四周的梁端各設置2個型鋼柱作為支撐，從2層開始一直設置到5層，鋼柱上下端口與厚度為10 mm的鋼板焊接牢固，鋼柱與混凝土梁之間通過鋼楔子楔緊，從而達到對柱承受的荷載進行卸載的目的。通過查閱相關規范[5-8]，選擇熱軋H型鋼HW300×200×8×12(A=73.03 cm2，Ix=1 140 cm4，Iy=1 600 cm4，ix=12.5 cm，iy=4.69 cm)作為型鋼支撐。經過計算，其剛度和穩定性均能滿足規范要求。型鋼支撐的布置圖及大樣圖如圖2，圖3所示，實際施工圖如圖4所示。

3.2混凝土的鑿除及澆筑

由表1可知，1-10×1-G軸柱的實測強度為29.0 MPa，經計算，此柱可不全部置換，保留芯柱。而其他三柱則由于強度太低，擬將其全部置換。

由于該工程中柱子承受的豎向荷載較大，柱截面的面積也較大，如果將柱混凝土一次性鑿除，盡管設置了支撐，仍可能使得柱內鋼筋變形過大，為減小此不利影響，對柱混凝土進行分批置換，在第一批置換的混凝土強度達到設計要求后再進行第二批的置換，如此既能保證結構安全，又不致使得鋼筋變形過大。經過計算確定，將待置換混凝土分成兩個部分分別進行置換，保留芯柱的1-10×1-G軸柱按照JGZ2方案進行置換，其余三柱按照JGZ1方案進行，詳細置換方案如圖5，圖6所示。

混凝土鑿除完成后，在澆筑新的混凝土之前，應在新老混凝土的交界處涂刷一層界面劑。支好模后，在模板頂部開一小孔，將自密實混凝土灌注進去。配制自密實混凝土時，應在其中加入適量減水劑以及膨脹劑，以盡可能的減小混凝土的收縮。在澆筑

的時候應該一次性完成，并使澆筑口高出置換頂端100 mm以上，以保證澆筑密實。混凝土鑿除和支模澆筑施工圖如圖7,圖8所示。

3.3施工過程監測

施工期間在加固柱上設置了若干個沉降監測點。采用精密水準儀進行觀測，將水準儀安置在不受置換施工影響的遠端。施工結束后柱子的最大沉降值為0.93 mm，不會對房屋安全造成影響。對被置換柱周邊各構件裂縫進行實時觀察，沒有發現明顯的裂縫產生[9]。加固完成后，該寫字樓的建設即恢復正常施工，此后沒有再產生任何不良情況。

4　結語

工程中，當柱子混凝土強度偏低以及局部混凝土質量有嚴重缺陷時，使用置換混凝土法進行加固不失為一種好方法，結合上述工程實例，將結論主要總結為以下幾點：

1)臨時支撐的合理設置是確保加固安全的關鍵，必須精心設計計算。

2)如果柱的承載力及截面面積較大，可對擬置換混凝土采取分批置換，此舉可降低加設臨時支撐的施工難度及費用，且安全性也更有保障。

3)施工過程中，需要對與置換柱相連的梁板的變形和裂縫進行監測，確保施工的安全。

[1]蘇志蘭.混凝土加固技術的研究及應用[J].江西科學,2013,31(4):516-520.

[2]李永紅.鋼筋混凝土框架柱的置換加固施工[J].安徽建筑,2015(5):65-66.

[3]袁茂生,林力勛,袁成,等.某超高層建筑鋼管高強混凝土柱置換加固技術[J].施工技術,2014,43(10):46-49.

[4]潘立.高強材料置換外周截面加固混凝土柱試驗研究[J].建筑結構,2014,44(11):1-7.

[5]GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[6]GB 50367—2013，混凝土結構加固設計規范[S].

[7]GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

[8]GB 50017—2014，鋼結構設計規范[S].

[9]GB 50204—2015，混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

Application example of concrete-replacing method in reinforcement of tall frame column

Luo WenyouHu Jianping*

(LogisticSupportDepartment,CenterSouthUniversity,Changsha410083,China)

According to actual conditions of the high-rise frame column, the paper selects concrete-replacing reinforcement scheme, and describes specific implementation methods from aspects of temporary support design, concrete punching and grouting and construction process monitoring, and finally achieves good reinforcement effect.

frame column, concrete-replacing, temporary support, subsidence monitoring

1009-6825(2016)23-0101-02

2016-06-09

羅文佑(1959- ),男，工程師

胡建平(1973- )，男，高級工程師

TU375

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