高層建筑混凝土柱置換加固施工方法

吳照海

（貴州中建建筑科研設計院特種工程有限公司，貴州 貴陽 550000）

在高層建筑的施工中，由于各種原因，包括設計階段和施工階段的不嚴謹，可能出現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)件達不到承載力要求。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最普遍使用的結(jié)構(gòu)形式，在這種結(jié)構(gòu)中，混凝土柱的強度關乎著整個高層建筑的安全和穩(wěn)定。

1 混凝土柱的加固方法研究現(xiàn)狀

對鋼筋混凝土柱的研究，從混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開始至今便不斷進行。對于混凝土柱的加固也有了一些相關的研究，如增大截面法，這種方法是最先被提出用于混凝土柱的加固中，然而該方法也具有明顯的缺點，就是會嚴重影響住房的使用面積，受到業(yè)主的嚴重不滿。此后在增大截面法的基礎上，外包鋼法被提出并應用于實際工程，然而這種方法也具有鋼材用量大導致造價難以控制。綜合來看，對混凝土結(jié)構(gòu)柱的加固工作是十分必要的，因而找到一種既可以有效可靠對混凝土柱進行加固，又可以避免經(jīng)濟上和使用上的問題，是混凝土柱加固的重中之重。

2 工程概況

某地區(qū)的一棟在建高層住宅樓，設計層數(shù)13層，高度35.4m，每個標準層高為2.7m。結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。基礎部分為樁基礎。梁、柱混凝土結(jié)構(gòu)設計強度等級為C30，箍筋采用HPB300，縱向鋼筋為HRB335。在結(jié)構(gòu)封頂之后，通過試塊的檢測報告發(fā)現(xiàn)，在第五層的混凝土柱處，其強度為11.2MPa，強度要求不達標，需要對其進行加固處理。其中第5層施工圖如圖1所示。

圖1 第五層施工圖

圖2 某根不合格柱子施工圖

在第5層中，找到不合格的混凝土柱，如圖2所示，在結(jié)構(gòu)設計中，其承載力要求為軸向力設計值5300kN，剪力設計值760kN。然而根據(jù)規(guī)范進行實際計算發(fā)現(xiàn)，其軸向抗壓承載力為4337.90kN，斜截面抗剪承載力為735.80kN，抗剪承載力降為735.80kN，不符合原設計要求，需對該柱進行加固處理。然而考率到結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂，樓盤已經(jīng)售出，大面積拆除重建或直接增大混凝土柱的面積會嚴重影響工程效益，帶來經(jīng)濟方面、使用方面等問題，加固施工圖如圖3所示。

圖3 加固施工圖

3 施工工藝

3.1 工藝流程

工藝流程按如下進行：

3.2 卸荷過程中支撐系統(tǒng)的應用

在高層建筑當中，柱子的重要性十分顯著，其越下層的柱子受到的軸向力越大，由于整體建筑為13層，在5層出現(xiàn)問題的柱子受到的軸向力相對較大，因此需要進行可靠的支撐，保證整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生問題。圖4為本工程選用的支撐位置示意圖。在這個支撐體系中，為了保證施工的順利進行并且有效進行卸荷過程，需要在被處理柱的四周和梁的下方設置可靠的支撐，支撐形式選用鋼管進行組合支撐。其中鋼管的兩端焊有鋼板，并將其與梁進行連接，保證整體的受力穩(wěn)定。在支撐鋼管的下部通過千斤頂?shù)捻斏饔茫_到待加固柱的卸載目的。對于千斤頂?shù)氖褂眠^程應當嚴格要求，需要相關專業(yè)人員嚴格按照施工流程進行，保證特種作業(yè)人員和裝備在施工中不得更換。對于四周設置的鋼管支撐應當對稱布置，為了避免混凝土柱置換后構(gòu)件由于應力狀態(tài)發(fā)生改變而導致裂縫，應當控制墊板的厚度在1.5公分以上。

圖4 臨時支撐位置

3.3 剔除部分原有混凝土

在布置完成支撐系統(tǒng)，同時頂升工作也順利完成后，需要對出現(xiàn)問題的混凝土柱進行剔除。雖然混凝土柱的大部分荷載已經(jīng)轉(zhuǎn)移至支撐系統(tǒng)，但依然存在一定的承載能力，因而考慮充分利用原有混凝土柱，可以僅剔除外部混凝土，而保留內(nèi)部的混凝土部分。剔除工作按照圖5所示分部進行。依次為1區(qū)域—3區(qū)域—2區(qū)域—4區(qū)域。剔除的方法為人工鑿除，在剔除混凝土時，對于外部的箍筋可以去除，但縱向鋼筋應當保留。在剔除工作完成后，還要將剩余的混凝土部分加以處理，保證其與后續(xù)新澆筑的混凝土順利銜接。對于表面的灰塵、雜質(zhì)也應及時清理。

3.4 放置主體型鋼

作為替換柱的主要承載部分，型鋼的設計十分重要，其承載值應大于設計值的25%，同時需要滿足相關加固設計規(guī)范和要求。角鋼的選擇需要配合型鋼的選材進行，在材料選用完成后，需要交替進行角鋼的安放和混凝土的剔除工作。型鋼兩端的焊接需要同時進行，并且要求螺旋千斤頂焊接于型鋼的下部，鋼板的上端和柱體之間應當使用砂漿找平。

圖5 剔除區(qū)域

3.5 灌注混凝土及養(yǎng)護

當上述工作完成后，便可進行混凝土的澆筑和養(yǎng)護工作，在進行混凝土澆筑前，需要對原有混凝土的部分進行結(jié)構(gòu)膠的涂刷，以確保新老混凝土的可靠粘結(jié)。新澆筑的混凝土應選擇比原有混凝土強度高一個等級的C35級混凝土。在混凝土中摻入減水劑和膨脹劑，保證混凝土柱的受力協(xié)同。模板的選擇要采用新購木質(zhì)膠合板并嚴格控制其尺寸，保證施工的有效進行。

3.6 拆除模板

當混凝土柱的強度達到設計值的80%以上，便可以進行模板的拆除工作。拆除模板時需要注意分次拆除同一軸向支撐用組合鋼管柱，并且控制好兩個軸向支撐的拆除時間間隔在12個小時以上。

4 結(jié)語

隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，出現(xiàn)需要進行構(gòu)件加固改造的工作越來越多，混凝土柱的置換加固是進行混凝土柱加固的有效方法。本文介紹的混凝土柱置換施工方法有效解決了工程中出現(xiàn)的混凝土柱承載能力不足的情況，為保證建筑的正常使用提供了可靠的加固處理。然而在進行混凝土柱的加固中，要求施工人員操作熟練，如手工剔除混凝土、焊接鋼板等作業(yè)，操作水平要求較高。