混凝土整體置換與加大截面加固施工技術應用

蔣儒鋼

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

隨著我國房地產行業的不斷發展，結構加固施工技術越來越得到建筑市場的關注和重視，而傳統的加固技術已不再適合當前的建筑市場。一些施工企業在加固施工過程中沒有嚴格按施工工藝施工，仍然存在許多問題，在一定程度上影響了建筑行業的發展[1]。

在施工過程或結構檢測過程中，由于建筑結構的強度和承載力不足，部分建筑結構的耐久性已經不能滿足正常的使用功能。為了保證建筑結構的安全性和正常使用，科學使用合適的加固技術尤為重要。

1 工程概況

本工程由數個3～7層的地上單體及1個2層的整體地下室組成，混凝土框架結構，抗震設防烈度6度，結構安全等級為二級，設計使用年限為50 a。原設計地上部分梁板混凝土強度等級均為C30，地上部分柱的混凝土強度等級為C30～C45。結構實體檢測發現上部結構部分梁柱構件混凝土強度未達到原設計要求，經工程五方責任主體多次專家論證后，決定對現場部分混凝土構件采取整體置換和加大截面的結構加固處理，加固后使用年限為50 a。

2 工程重、難點

本工程項目規模非常大，加固施工內容較復雜，專業性要求高，且工期緊迫。豎向構件混凝土整體置換時，對臨時托換系統的安全性、穩定性要求高，要有足夠的安全余量，且置換構件四周相鄰一跨范圍內上方嚴禁堆載，確保加固施工期間結構安全穩定。

置換構件施工前、施工中及施工后要求進行全過程監測，尤其是置換構件的位移監測。根據測量精度要求，采用位移傳感器和精密水準測量的2套系統對置換構件實施位移監測。新舊混凝土界面處理、植筋工程質量控制、鋼筋安裝、特種混凝土澆筑和養護是加固施工質量控制的重點[2]。

3 加固施工技術在房屋建筑結構中的應用

3.1 主要加固設計概況及施工內容

本工程加固設計為主樓3根框架柱整體置換混凝土加固及主樓局部框架柱、梁加大截面法加固。根據加固設計圖紙及工程現狀實際，本工程加固施工內容主要為：

1）置換臨時鋼支撐體系，施工操作架。

2）置換混凝土鑿除、新老結構面混凝土鑿毛、界面處理、鋼筋除銹、鋼筋植筋、鋼筋安裝、支模架搭設、模板安裝、特種混凝土澆筑和養護。

3）混凝土截面加大加固（加大處澆筑特種混凝土）。

3.2 主要加固施工順序

根據本工程加固設計內容，各分項工序組織同步展開施工，加固施工總體上遵從先加固支撐、后拆除、再新建的順序。

3.3 混凝土柱整體置換加固施工技術

3.3.1 柱整體置換抱柱梁、鋼支撐系統安裝

置換柱下方層梁底以下500 mm設置抱柱梁，抱柱梁高1 100 mm、寬400 mm，抱柱梁面可根據支撐支座板錨栓位置預埋錨桿。置換柱上方層設置上抱柱梁，抱柱梁高1 200 mm，梁底距樓面板1 000 mm，寬400 mm。

置換柱置換鋼支撐采用φ219 mm×10 mm鋼支撐，配200 t自鎖液壓千斤頂，300 t軸力計、75 mm×5 mm角鋼組成。另置換柱相鄰梁底臨時鋼支撐采用φ168 mm×10 mm鋼支撐配50 t手動千斤頂。置換柱抱柱梁及鋼支撐系統如圖1所示。

圖1 置換柱抱柱梁及鋼支撐系統

置換柱鋼支撐設置于上下抱柱梁之間，穿樓層板設置6個鋼支撐，鋼支撐設置平面如圖2所示。

圖2 鋼支撐設置平面示意

抱柱梁施工時，先對柱四邊新舊混凝土交接面進行鑿毛，并清洗鑿毛面。鉆孔植筋，植入抗剪銷，雙向對稱對穿。根據設計要求綁扎、焊接抱柱梁鋼筋骨架，支設模板。澆筑C50特種混凝土，特種混凝土采用人工澆筑，梁面入模，入模后輕敲模板致密。澆筑完成后的特種混凝土養護不少于5 d，5 d后可檢測特種混凝土同條件下的試塊強度，強度達到100%后可拆模、設置鋼支撐頂緊。

鋼支撐分段加工，上下兩段鋼管采用4個φ18 mm的高強螺栓擰緊連接，在安裝過程中采用2臺激光紅外線測垂儀在鋼支撐兩垂直面同時控制鋼支撐的垂直度，隨時注意糾正垂直度偏差，垂直度控制在1.5%以內，使之滿足要求，鋼支撐間采用75 mm×5 mm角鋼連接形成橫檔。

梁柱節點核心區是否置換根據后期檢測結果定，若需置換，應同時置換，各條梁端1 000 mm范圍梁底另外撐設φ168 mm×10 mm鋼支撐配50 t千斤頂臨時支撐，支撐門采用75 mm×5 mm角鋼連接形成橫檔。

3.3.2 柱反頂加載

置換柱鋼支撐安裝經驗收合格后，對擬置換柱加載卸荷。具體加載要求如下：

1）置換柱采用PLC同步液壓頂升系統對托換支撐體系進行逐步分級加載，每次加載50～100 kN（5～10 t），首先鋼支撐系統千斤頂同步加載至設計軸力的40%，再同步加載鋼支撐系統千斤頂至設計軸力的90%（現場實際數據應為80%～90%之間），然后停止加載并鑿除柱頂混凝土，待柱頂混凝土鑿除完成70%～90%后再適當增加頂升力（5%～15%），最大頂升力不超過恒載＋活載工況。加載過程中對柱頂進行實時位移監測，控制反頂位移量不大于2 mm。加載采用雙控措施，以頂升軸力控制為主，位移控制為輔，即若加載過程中柱頂軸力達到設計恒載值時，控制位移量應小于2 mm，此時應停止加載。PLC同步液壓系統能實現多點同步升降的控制，滿足同步頂升、同步降落、重載稱重等功能，并能連接PC端實現實時數據顯示，便于監視壓力和位移變化的全過程。

2）置換柱位移監測通過每根柱設置1臺位移傳感器和水準儀監測來實現，并設專人按要求對監測數據進行記錄、分析，若發現異常，應立即上報。

置換柱各工況下單個千斤頂理論頂升力、反頂位移量數據為：置換柱內力設計恒載值2 997 kN，柱內力設計恒載值＋活載值3 795 kN；鑿除之前頂升系統頂力合力加載到90%，恒載值2 697 kN，單個千斤頂最大頂力449.6 kN，頂升位移量不大于2 mm；鑿除過程中頂升系統頂力合力加載到105%～115%，恒載值3 146.9～3 446.6 kN，且不大于設計恒載值＋活載值，具體以柱芯混凝土開裂為準，單個千斤頂最大頂力449.6 kN，頂升位移量不大于2 mm。

置換柱置換流程：置換柱標高初始值觀測→上、下層抱柱梁安裝→支撐部位樓板開孔→置換鋼支撐安裝千斤頂頂緊→千斤頂同步加載至40%荷載→千斤頂同步加載至90%荷載→置換柱鑿斷→反頂進行位移補償不超過2 mm→置換柱鑿除→鋼筋制作安裝→模板制作安裝→澆筑混凝土→養護至設計強度→千斤頂分級緩慢同步卸載→支撐拆除及抱柱梁切割拆除→置換完成。

3.3.3 柱置換混凝土鑿除

反頂加載完成后鎖定液壓千斤頂，可進行柱混凝土鑿除作業，鑿混凝土總體上人工可輔以電（風）鎬開鑿，關鍵的施工在于控制好截斷柱（墻）時的荷載安全轉移。因此，柱子截面鑿斷時，應加強軸力監測，實時記錄監測數據，監測數據滿足要求時，方可截斷柱子。

先開鑿上部柱混凝土，柱子開鑿時應逐步鑿除，先人工用電鎬較細致地剝離柱表面混凝土，待剝離出箍筋后再切割拆除箍筋，剝離、切割時要注意對鋼筋主筋的保護，不得損傷主筋。外部箍筋剝離后開始鑿除主筋內混凝土，內部混凝土鑿除由上至下逐步鑿除（不得從下方或中間截斷），柱每根彎曲主筋從電渣壓力焊接頭上下各約50 mm處采用氧氣氣割切斷，后調直原鋼筋，并重新設置綁扎1根長度為置換范圍通長布置、直徑不小于原設計的鋼筋，為加強后補主筋與原主筋的連接可靠性，原電渣壓力焊截斷部位上下各10d（d為鋼筋直徑）后補主筋，與原主筋單面搭接焊接。從上至下分層鑿除柱混凝土，（上下接頭及細部修鑿用電鎬，大面鑿除時可用風鎬），注意保護主筋，芯箍若能保留則保留。柱置換混凝土鑿除如圖3所示。

圖3 柱置換混凝土鑿除示意

3.3.4 鋼筋綁扎、模板安裝

整柱混凝土鑿除、清理完成后，重新按原設計要求安裝柱箍筋，置換的柱箍筋若能安裝封閉箍，則加工成封閉箍，若安裝封閉箍有困難，則加工成開口U形箍，U形箍兩半相互拼接后單面搭接焊連接，焊縫長度10d，柱箍筋與柱主筋滿扎綁扎。驗收合格后方可封模，框架柱模板采用定制圓木模板作為面板，采用配套鋼帶固定。

3.3.5 柱置換混凝土施工

置換混凝土采用特種混凝土澆筑，強度等級比原結構設計混凝土高一級即C40。特種混凝土采用柱頂留設喇叭口澆筑或板上開洞人工澆筑。特種混凝土澆筑不可采用振搗棒插入混凝土中振搗，為保證澆筑密實，采用人工輕輕敲打模板表面的方式或振搗棒貼模板外表面輔助振搗。

柱置換混凝土澆筑完成后至少養護3 d再拆模，其間噴水養護，拆模后包塑料薄膜澆水養護，時間不少于14 d，指定專人澆水養護，每天澆水量應保持塑料薄膜內有凝結水，柱邊設置接水斗或擋水坎，防止施工用水流淌。

3.3.6 鋼支撐系統拆除

柱混凝土養護至設計強度，并送檢拆除支撐試塊達到100%，澆筑完成不小于7 d后可緩慢卸載、撤除鋼支撐系統。鋼支撐系統千斤頂卸載時上下兩層同步分次卸載至50%荷載，每次卸載50～100 kN（5～10 t），后兩層同步分次卸載至0荷載，拆除千斤頂鋼支撐系統，置換完成。

3.4 混凝土加大截面加固施工技術

3.4.1 鑿毛、界面處理

在老混凝土面澆筑新混凝土前，必須對混凝土接觸面進行鑿毛，保證新、老混凝土良好結合。老混凝土面鑿毛采用人工鑿毛的方法，先將被加固的混凝土構件表面粉刷層鑿除，再將表面鑿毛刷凈，除去浮渣或塵土，鑿除面層只能用小錘子、小鋼釬輕鑿，以免破壞老混凝土結構。

3.4.2 鋼筋工程

植筋膠采用進口喜利得品牌A級植筋膠，采用植筋專用機械鉆孔植筋，在植筋時不得損傷原結構鋼筋，并保證相鄰結構的安全，錨入深度應符合設計要求，施工質量應滿足相關規范和規程要求。施工完成后應按設計和規范要求進行抗拔試驗。

工藝流程：定位→鉆孔→清孔→注膠→插筋→調整→保護→檢測。

截面加大柱、梁鋼筋焊接接頭部位搭接原則上錯開35d且不小于500 mm，若有條件，搭接位置應設置于構件受力最小部位，可采用單面搭接焊或綁扎搭接連接。

3.4.3 模板工程

圓柱模板采用定制的木制建筑圓模板，木制建筑圓模板的安裝板用定型板拼裝，空缺部分加板補齊。安裝模板時，當柱層高超過3 m時，左右兩邊模板的上下對接處需錯位安裝，錯位安裝可以保證圓柱的整體性和垂直度。模板拼縫外采用泡沫劑填縫，防止漏漿。

固定模板采用鋼帶水平扎捆，可以保證鋼帶受力均勻，柱配備厚1.2 mm鋼帶，間距300 mm。圓柱模板拼裝如圖4所示。

圖4 圓柱模板拼裝

截面加大梁模板采用厚12 mm木模板作為面板與60 mm×80 mm方木組合裝配，外用方木作為橫楞（間距≤300 mm），梁側模采用不小于φ14 mm螺桿點焊于主筋上或植筋植于梁上作緊固，配雙螺母雙山形卡與鋼管固定，梁底部緊固采用鋼管固定，間距≤300 mm，模板拼縫外采用泡沫劑填縫，防止漏漿。

3.4.4 加固混凝土施工

特種混凝土攪拌地點應盡量靠近澆筑施工地點，距離不宜過長，每次攪拌量應視使用量多少而定，以保證在40 min內或根據施工條件確定的規定時間內將料用完。

澆筑采用柱、梁頂留設加寬喇叭口澆筑或板開洞方式人工澆筑。截面加大加固特種混凝土入模后用小工具輕輕敲擊模板表面，有利于特種混凝土澆筑密實。

澆筑時應派專人在加固構件旁，查看模板和鋼管構件是否有位移變形和嚴重漏漿現象，發現問題應立即停止澆筑，并應在已澆筑的混凝土初凝前整改完成。

混凝土澆筑完成后至少養護3 d再拆模，其間噴水養護，拆模后包塑料薄膜澆水養護，時間不少于14 d，指定專人澆水養護，每天澆水量應保持塑料薄膜內有凝結水。

4 結語

綜上所述，在進行房屋建筑結構加固施工的過程中，加固施工技術在房屋建筑結構中的應用較為復雜和煩瑣，施工企業應根據現場實際情況，優化結構加固圖紙，制定適宜的施工方案，理清關鍵施工工藝和施工技術難點，有序開展各項施工，對加固施工技術應不斷規范和提升，這對保證房屋建筑工程的整體施工質量和結構安全有著重要的意義，有利于促進房屋建筑施工的健康發展。