某在建工程框架柱分批置換混凝土加固技術

李其廉　宋　帥　郭顏茹　敬旭初

(1.河北科技大學，河北 石家莊　050018；　2.河北省建筑科學研究院，河北 石家莊　050021)

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某在建工程框架柱分批置換混凝土加固技術

李其廉1宋帥1郭顏茹2敬旭初1

(1.河北科技大學，河北 石家莊050018；2.河北省建筑科學研究院，河北 石家莊050021)

針對某在建工程框架柱混凝土強度等級偏低的情況，確定了分批置換混凝土加固方案，對置換期間被置換柱及其周圍構件進行沉降變形監測，并對結構卸荷系統進行了承載能力與穩定性監測，實踐證明，該方案取得了良好的加固效果。

結構加固,結構卸荷,置換混凝土,灌漿料

1　工程概況

2　加固方案的選擇

對于混凝土強度偏低的情況，可采取以下3種加固方案：

1)拆除后重新施工。對標高+4.750 m以上的結構拆除后重新施工，這種方法的工程隱患和風險最小，但經濟成本較高、影響施工進度。2)增大截面加固法。這是比較常用的加固方法，技術措施可靠。但原混凝土強度嚴重偏低，采用增大截面加固法，加固后的框架柱與原柱相比，截面尺寸相差太多，影響建筑外觀和使用功能，同時會導致框架柱周圍梁系端部承載力不滿足要求，甚至會影響到以后的銷售問題。3)分批置換混凝土加固法。這種加固方法就是分批將不滿足設計要求的混凝土完全剔鑿，保留原結構鋼筋，用高于設計強度一個等級的混凝土重新進行澆筑，從而達到原設計要求。由于只對原混凝土進行置換，截面尺寸不發生變化，而且周圍梁系承擔的荷載和內力也不會發生變化，不需對周圍梁系加固處理即可滿足原設計要求。通過從經濟指標、施工進度、使用功能、結構承載能力等方面對比論證，得出方案3)經濟成本適中、施工工期較短、不改變原建筑布局，而且可以從根本上解決混凝土強度偏低的問題，因此，最終采用方案3)對該工程進行加固。

3　分批置換混凝土加固方案

分批置換混凝土加固施工應按下列工序進行：

結構卸荷→被置換柱混凝土分批剔鑿→結構變形監測→界面處理→鋼筋修復→支模→澆筑高性能水泥基灌漿料→混凝土的養護→拆模→檢查驗收→下一批混凝土剔鑿到拆模→拆除卸荷系統。以上各個工序環環相扣，缺一不可。下面從總體角度介紹該方案應該注意的幾個關鍵點。

3.1置換混凝土材料

置換混凝土選用高性能水泥基灌漿料，該材料具有早強、高強、環保、流動性強等特點。通過抽取試樣進行檢驗，其各項性能符合GB 50550—2010建筑結構加固工程施工質量驗收規范要求。

拌合混凝土應采用符合國家標準的飲用水，當采用其他水源時，應進行抽驗，水質應符合JGJ 63—2006混凝土拌合用水標準的規定。

3.2支撐卸荷

由原設計圖紙計算得出各標高支頂梁位置(如圖2所示)以及承擔的荷載(見表1)，根據各梁承擔的荷載確定鋼管的位置、個數、規格。

表1　各層梁承擔的荷載

標高梁ZDL1/kNZDL2/kNZDL3/kNZDL4/kN-7.900188———-4.000135———-0.050166——1334.750,9.55021218511810214.35019320012411119.45020822122112423.050210211211114注:該表中荷載為板、梁自重標準值

1)梁下鋼管承載力計算。 由表1可知：ZDL1在標高-7.900 m以下支頂管承擔的荷載最大，選用鋼管規格φ48×2.5，Q235支頂卸荷。

N=2 122 kN，An=357 mm2，i=16.1 mm，ZDL1凈跨7 300 mm。

GB 50017—2003鋼結構設計規范第5.1.1條有：

由上式可知：

由ZDL1凈跨7 300 mm,n=31,則鋼管間距需不大于500 mm,梁下布置兩排，板下一排，需要45個，所以按構造即能滿足承載力要求。

2)梁下鋼管穩定計算。由以上可知：

由GB 50017—2003鋼結構設計規范附錄C可知：長細比需控制在88以內,即：

l0≤88×i=88×16.1=1 417 mm。

即立管縱(橫)向水平桿間計算長度不得大于1 417 mm。

參考JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范附錄C,取立桿計算長度系數為2.0，則縱(橫)向水平管間距(步距)不得大于708.5 mm。

通過計算分析：鋼管架設計滿足承載能力、穩定性要求。因此，各梁系按照上述要求布置，如圖3所示。

3.3分批剔鑿框架柱混凝土

根據某工程建設質量檢測中心出具的混凝土強度檢測報告，確定置換柱ZHZ1(標高+4.750 m～+9.550 m),ZHZ2(標高+9.550 m～+14.350 m)的剔鑿范圍。剔鑿時應分批進行，由于卸荷后置換柱還承受自重，且柱截面尺寸(1 100 mm×1 100 mm)較大,若整體剔鑿可能會導致柱鋼筋變形過大，不利于原結構的安全。若分批剔鑿，其余混凝土仍然可以起到承載和傳力的作用，減小柱鋼筋的變形。在分批剔鑿過程中，置換柱ZHZ1在標高+4.750 m～+9.550 m出現最大軸壓比，承受的荷載為標高+4.750 m～+9.550 m段1/2截面柱自重加上標高+9.550 m以上全截面柱自重。

需置換混凝土強度等級按C20。置換柱ZHZ1承擔的荷載設計值如下：

NZHZ1=1.35×(1.1×1.1×13.5+1.1×0.55×4.8)×25=649.3 kN。

由GB 50011—2010建筑抗震設計規范第6.3.6條可知：

同理可得：

μZHZ2=0.078 1。

3.4結構變形監測

在置換施工期間設置多個沉降變形監測點，在框架柱上設置監測點，采用精密水準儀進行監測。在框架柱周圍梁系端部設置監測點，采用千分表進行監測。監測時間節點從框架柱拆除至置換混凝土達到設計強度為止。從整個沉降變化情況來看，梁、柱變形極其微小，測得監測點變形最大值分別為0.137 mm，0.210 mm,幾乎可忽略不計。在卸荷系統單支鋼管底部設置壓力傳感器，用來測量卸荷過程中其承載能力。整個置換過程中測得的單肢鋼管的承載力小于其極限承載力。結果表明，置換部分與原結構協調受力良好，未發現柱及周圍梁系的變形和裂紋過大現象。

3.5澆筑混凝土及養護

待第一批混凝土剔鑿完成以后，清除混凝土表面的粉塵，在新老混凝土交接處涂抹與混凝土同性能的界面劑，保證新舊混凝土能夠較好的結合。若有破壞的鋼筋，按照原設計要求進行鋼筋修復。施工現場應留同條件試塊2組，根據試驗室測得同條件試塊抗壓強度，確定下一批的施工時間。澆筑完畢后，按照要求及時養護，養護時間不宜少于7 d。

4　結語

對于框剪結構—框架柱混凝土強度等級偏低的情況，須進行加固處理，采用分批置換混凝土法進行加固。實踐證明，該項技術可靠性高，從根本解決混凝土強度偏低的問題，但在加固設計和施工過程中有一定的難度，因此，通過該工程實例提出了幾點建議，以供類似混凝土結構加固工程參考：

1)置換混凝土材料宜選用高性能水泥基灌漿料，該材料具有早強、高強、對周圍環境無污染等特點。在施工方面具有質量可靠、縮短工期和使用方便等優點。

2)設置可靠的卸荷系統是整個置換加固過程中一個重要環節，關系到整個結構的安全和穩定，須嚴格設計和施工。

3)在置換施工過程中，應對被置換構件及相關結構構件進行變形監測，以確保置換施工的順利進行。

[1]GB 50367—2013，混凝土結構加固設計規范[S].

[2]GB 50550—2010，建筑結構加固工程施工質量驗收規范[S].

[3]GB 50017—2003，鋼結構設計規范[S].

[4]JGJ 130—2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S].

[5]鄭育新.高層建筑鋼筋混凝土柱整體置換混凝土加固方法[J].施工技術，2011(21)：91-93.

[6]費廣清.置換混凝土加固剪力墻在某工程中的應用分析[J].安徽建筑，2015(4)：71-73.

[7]周曉悅，章雪峰.分批置換混凝土在高層框剪結構加固中的應用實例[J].建筑技術,2012(4)：365-367.

The reinforcement technology of a construction in progress frame column partial replacement concrete

Li Qilian1Song Shuai1Guo Yanru2Jing Xuchu1

(1.HebeiUniversityofScienceandTechnology,Shijiazhuang050018,China;2.HebeiResearchInstituteofArchitectureScience,Shijiazhuang050021,China)

According to the situation of low strength of a construction in progress frame column, determined the partial replacement concrete reinforcement scheme, made sedimentation deformation monitoring to replacement column and its surrounding members during displacement period, made bearing capacity and stability monitoring to structure unloading system, the practice proved that this scheme achieved good reinforcement effect.

structural reinforcement, structural unloading, replacement concrete, grouting material

1009-6825(2016)19-0025-03

2016-04-27

李其廉(1965- )，男，副教授；宋帥(1988- )，男，在讀碩士

TU755

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