關于辦公樓加固工程施工技術的探討

文／閆峰 廣州市第二建筑工程有限公司 廣東廣州 510045

引言：

當前一線城市中的老舊辦公建筑越來越多，且大多為混凝土框架-剪力墻結構，其結構構件隨著使用年限的增加都會出現不同程度的損傷。伴隨著老舊建筑物安全性能產生變化和人們對辦公樓使用需求的變化，對辦公樓的加固改造需求也逐漸增加，現行規范對建筑物的承載能力、抗震性能的要求越來越高，對舊辦公樓的加固和改造有一定的難度。

1、常用加固方法及特點

1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是在原有建筑混凝土構件的四周疊澆新的鋼筋混凝土結構，一般是在受彎構件的受拉區或者受壓區面，或者是對軸心受壓構件薄弱部分的受壓邊，原理是通過增加緩凝土構件的截面積以提高整體剛度和承載能力。該施工方法的特點是加固后所增加的體積較小，占用空間不多，基本不會影響構筑物原有的使用功能，施工周期較長，結構的自重也隨截面積的擴大而增大，該方法具有一定局限性，因為新澆筑的混凝土構件同時也存在應變、應力滯后的情況。

1.2 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是指通過在原有混凝土構件的四面粘貼上型鋼來提高其承載能力，通常需要使用膠粘劑和螺栓等來進行型鋼的固定。該方法的特點是對原有混凝土構件增加的體積、尺寸較小，但是可以有效增大結構的延性和構件承載能力，缺點是施工工序多且繁瑣，型鋼的耐腐蝕性較差，需要增加防護層，施工成本和后續養護、維護的費用花費較多。

1.3 體外預應力加固法

體外預應力加固法在原有構件的基礎上設置型鋼撐桿或預應力拉桿，對受彎混凝土構件采用預應力拉桿，對受壓混凝土構件采用型鋼撐桿進行加固的方法。該加固方法可以改變原有結構的內力分布，從而達到加固的目的。該加固方法的特點是不會出現增大截面加固方法的應變、應力滯后的情況，而且改變了原有結構的內力分布，分散荷載，增大承載能力，有效加固構件。缺點是施工成本高，施工工序繁瑣。

1.4 增設支點加固法

增設支點加固法一般用于梁、板等受彎構件，采用在梁、板跨中增加多個支點的方法將構件的計算跨度減小，從而降低了構件受到的剪力和最大彎矩，從而避免構件變形和開些的現象。該方法最大的特點是通過增加受力支點，改變了結構的傳力途徑。

1.5 粘貼纖維復合材料加固法

粘貼纖維復合材料加固是在原有結構表面粘貼上纖維復合材料，一般采用碳纖維布和環氧碳纖維浸漬膠配合使用，碳纖維復合材料的制作過程經過高溫工序，具有較好的抗拉能力，該方法可通過碳纖維復合材料協調原有結構變形，提高原有構件的耐久性、承載力和抗震性能。纖維復合材料還可以用于結構裂縫的處理，用途較廣。該方法的特點是施工簡單便捷、高強高效、材料自重輕、適用范圍廣等，但是纖維復合材料并不可以提高原有結構的剛度，其耐火性能也比較差。

1.6 增設支撐加固法

增設支撐加固法是指在原有結構中增設新的支撐系統，有偏心支撐和中心支撐兩種形式，一般較多采用鋼支撐和防屈曲耗能支撐。該方法的特點是能有效提高原有結構的整體剛度，改變了力的傳導途徑，傳導荷載發生變化，從而影響相鄰構件的受力情況，能夠大大地提高整體結構的承載能力和抗震能力，但是也存在一定的缺點，會影響到構筑物內部結構的使用。

2、工程概況

中山大學廣州校區南校園永芳堂改造項目，永芳堂1992年由中山大學基建處設計室設計，為一棟主體四層，局部兩層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構建筑，樓房高度15.90m，屋面為上人屋面，基礎為預制樁基礎。該辦公樓使用超過25年，根據具有相關資質的檢測單位出具的《中山大學永芳堂房屋改＜擴＞建工程 可靠性及抗震性能檢測鑒定報告》結論反映，本工程整體結構安全性評級為Bsu 級，使用性評級為Ⅱ級，綜合抗震能力不滿足抗震鑒定標準要求。

2.1 基礎加固方案

因原基礎承載力不滿足改造需要，故對原基礎進行加樁加固處理，需加固基礎數量為38 個，主要內容為：第一，擴大原鋼筋混凝土承臺；第二，采用錨桿靜壓樁加固基礎;原基礎加固采用錨桿靜壓樁,方樁尺寸為250x250,單樁承載力特征值為400KN。

2.2 主體結構加固方案

對原結構柱、梁、板進行加固改造，加固改造部分：主要是原建筑部分結構拆除，一層至四層柱加大截面法及纖維織物環向圍束加固，二層至屋面層梁、板加大截面法及粘貼鋼板加固等。

3、辦公樓基礎加固施工技術

施工流程：界面處理→植筋→新增基礎（預留樁孔）→上部主體結構完成后進行錨桿靜壓樁→預應力封樁→混凝土封樁。

鋼筋混凝土工程施工：

3.1 承臺混凝土界面處理

（1）采用挖掘機開挖與人工清底相結合的施工方法。用小型挖掘機將原承臺周圍土方開挖至擴大承臺需要尺寸及標高，再用人工予以修整。

（2）提前將擴大承臺混凝土接觸面進行表面鑿毛處理，將接觸界面的混凝土表面鑿成凹凸不平的面，深度范圍約為10 ～20mm，并把表面松散的混凝土清理干凈。

（3）完成鑿毛處理后用清水將混凝土表面沖洗干凈，并充分濕潤，保證新的混凝土結構澆搗時接觸界面保持濕潤。

3.2 植筋施工處理

工藝流程：放線定位→鉆孔→清孔→配膠→植筋→養護

（1）定位：按設計圖紙要求進行防線定位。鉆孔的位置應避開缺陷混凝土和原有結構內部的鋼筋。若使用環氧膠進行植筋，植筋孔與鋼筋焊接位置的間隔不得小于500mm。

（2）鉆孔：一般使用電鉆、風鉆進行鉆孔，鉆孔孔徑大于鋼筋植筋3 至8mm。如果鉆孔位置會觸碰到原有結構的鋼筋，則因重新調整鉆孔位置。根據設計圖紙的鋼筋植入深度，鉆孔時應加深約15mm，若設計圖紙沒有標明深度，則一般取10 ～15d（d 為鋼筋直徑）的鉆孔深度。

（3）清孔：用壓縮空氣把鉆孔的粉塵雜物吹出，再采用刷子刷除孔壁，最后再用壓縮空氣清理鉆孔內的粉塵等。若鉆孔內有潮濕粉塵雜物或者積水，應該用清水清洗干凈，再排出積水。

（4）配膠：嚴格按照使用說明的配方比例進行配膠，配膠數量應結合施工使用量和時間，并在30 ～60 分鐘內使用完畢。

（5）植筋：植入的鋼筋表面應檢查完畢。鋼筋插入前應該在鉆孔內擠滿膠粘劑，充滿鉆孔，并在植入段周圍抹膠，將鋼筋插入后，為保證鋼筋插入的深度，可使用錘子進行錘擊。

（6）養護：鋼筋養護時間不得低于24 小時，植筋后不得碰撞到鋼筋，待膠粘劑凝固后，方可進行下一步。

3.3 預留壓樁孔

在基礎承臺擴大部分預留壓樁孔，根據施工圖測量放樣，定樁位，平面偏差不得大于±10mm，預留上小下大截頭錐形，上口350＊350mm、下口450＊450mm。

3.4 預埋反力架錨桿及安裝反力架

反力錨桿安裝在樁孔周邊，采用M27 錨桿與承臺鋼筋焊接，伸出承臺面800mm，反力架安裝時要保持垂直，扭緊螺母防止反力架晃動。

3.5 錨桿靜壓樁施工

3.5.1 錨桿靜壓樁施工工藝流程

安裝反力架→首段樁尖就位→安裝千斤頂→校核垂直度→施壓→下一樁段就位→校核垂直度→焊接接樁→安裝千斤頂→施壓→穩壓→拆除反力架。

3.5.2 壓樁前準備工作

（1）安裝反力架：在承臺的預留孔洞兩邊安裝反力架，裝完畢的反力架應平穩、垂直。

（2）在預制樁相對的兩側各設置一條豎直的線，方便在進行壓樁時觀察和控制樁身垂直度。

（3）提前搭設作業平臺，平臺應穩固、安全，檢查各種設備性能完好。

3.5.3 施工方法及工藝

（1）將預制樁吊起，把樁尖放入承臺預留孔內，在樁身垂直后在其周圍用木尖卡緊。

（2）安裝千斤頂，樁頂端面和千斤頂之間墊鋼板。

（3）使用吊線錘校準預制樁樁身的垂直度。首段樁垂直度偏差須控制在5mm 以內，之后的偏差控制在1%以內。

（4）在施壓過程中必須隨時觀測樁的垂直度，發現有偏斜情況必須立即調直。

（5）各節樁的連接采用角鐵焊接，焊接中必須嚴格按照規定操作，焊縫表面焊波應均勻，不得有裂縫、夾渣、焊瘤、燒穿等缺陷。

（6）終樁施加壓力達到2 倍設計單樁承載力時，開始穩壓10 分鐘，樁下沉量不超過3mm，樁頭伸入承臺內50mm ～100mm，最后由檢測機構抽查檢驗樁承載力進行驗樁。

圖1 預制樁頂鋼筋與承臺連接大樣

（7）封樁：壓樁完成，封樁前將壓樁孔周圍區域內的泥土清洗干凈，壓樁孔內的雜物清理干凈，樁帽采用兩根Ф18 鋼筋與錨桿用雙面交叉焊接，焊接長度不應小于5d，然后澆搗C30 微脹混凝土。

4、辦公樓主體結構加固施工技術

4.1 梁柱加大截面加固施工工藝

施工工藝流程：新舊界面處理→鉆孔植筋→鋼筋制安→模板制安→澆搗緩凝土→養護→模板拆除：

（1）新舊混凝土界面處理：對梁柱的原批蕩層鑿除，并對新舊接觸面表面進行鑿毛處理。并用清水清洗并充分濕潤。

（2）植筋：鋼筋經過表面檢查和丙酮擦拭后待用，配置好植筋膠并填充到孔內，緩緩插入鋼筋并旋轉，最后用錘子敲擊鋼筋到底。在植筋膠凝固前，不得觸碰鋼筋。

（3）鋼筋制安：鋼筋應經過檢查表面潔凈，鋼筋調直可以采用人工或者機械調直，鋼筋下料長度應根據構件尺寸、鋼筋彎曲調整值、彎鉤增加長度混凝土保護層厚度等綜合計算。鋼筋綁扎前先檢查圖紙設計和鋼筋配料表是否相匹配，檢查鋼筋尺寸，與下料表是否吻合，核對無誤后方可進行綁扎。水平鋼筋焊接可采用對焊與電弧焊，豎向鋼筋焊接按設計要求。

（4）模板安裝：采用建筑模板，先在加大截面的梁底處支設底膜，并設支撐或者方木支承牢固。將其中一邊的側模板封閉，另一邊模板封至距原梁底10cm 處，留出澆筑混凝土的空間。側膜內側用鐵絲與鋼筋拉緊，并用斜撐支撐牢固。

（5）混凝土澆筑：混凝土澆筑前，應檢查模板、支架的承載力、剛度、穩定性，檢查鋼筋和預埋件的位置、規格，做好記錄，相應接面應鑿毛并清洗干凈，表面充分濕潤但不得有積水。檢查完畢澆筑混凝土并振搗密實，避免振搗器碰撞鋼筋和模板，混凝土終凝后及時進行養護，時間不得少于7 晝夜。

（6）模板拆除：混凝土強度達到設計或規范強度方可拆除模板。

4.2 梁板粘鋼加固施工工藝

工藝流程：界面處理→鋼板制作（含成型、焊接、鉆孔）→配膠→粘貼固定（含螺栓固定）→鋼板表面防腐：

（1）界面處理：將接觸界面清掃除塵去污打鑿至露出堅實的基層，結合面應平整，并用鋼絲刷毛。

（2）鋼板制作：按照圖紙設計尺寸加工鋼板，鋼板粘結面應打磨光滑，形成光澤面，表面干凈，不得有污垢、鐵銹等，并按設計孔距呈梅花狀鉆好螺栓孔。

（3）配膠：膠粘劑產品質檢合格后，按照說明書配置，即配即用，配置好后超過30 分鐘不得使用。

（4）鋼板粘貼：在混凝土梁表面和鋼板粘接面同時均勻涂抹膠粘劑，厚度掌控在1 ～3mm 之間，周邊薄涂，中間厚涂，涂抹完成立即將鋼板粘貼于設計的混凝土構件位置上。確認粘貼位置無誤后，立即固定和加壓，用螺栓和卡具固定住，并且進行適當加壓，確保膠粘劑充分接觸并充滿混凝土構件和鋼板的表面。結構膠粘劑在下可自然固化，當室內溫度在20℃以上時，24 小時后即可將支撐、卡具卸除，一般3 天后即可承受設計使用荷載。在膠粘劑固化期內不得擾動混凝土構件和鋼板。

（5）鋼板表面防腐：梁板粘鋼加固完成并經過驗收合格后，在鋼板面進行掛網，設置25mm 厚的水泥砂漿保護層。

4.3 柱粘貼碳纖維布加固施工工藝

工藝流程：柱表面打磨清理→膠的配制→修補整平→涂刷底膠→粘貼碳纖維布→固化→質量檢查→防護處理→完成：

（1）表面處表面理：原柱飾面層、批蕩層鑿除干凈，露出混凝土結構面，接著用金剛石磨片將需要粘貼碳纖維布的接觸面的浮漿層打磨平整，清理表面的污垢等雜質，吹凈粉塵，再用丙酮將表面清洗。

（2）修補找平：混凝土粘貼接觸面存在部分下凹的部分須用修補膠進行找平處理，轉角部位和有段差的位置用膠將其表現涂抹至平滑，以防凹凸不平、臺階高差等造成后續碳纖維布粘貼不牢。

（3）涂刷底膠：將緩凝土接觸面清理完成后，將底膠按照說明書按照比例混合攪拌至顏色完全均勻，立即用毛刷或滾刷等工具將其均勻涂抹在混凝土柱接觸面上，并且其表面應滿布底膠，不得出現遺漏部位。底膠要在產品說明時間內使用，不得久置。常溫下約3 ～5 小時后，用手指接觸膠粘面干燥時，可進行粘貼碳纖維布的施工。

（4）粘貼碳纖維布：將碳纖維布按照預定位置粘貼，一般采用從上到下的順序進行粘貼。然后用刮刀刮片在碳纖維布上面反復刮壓，讓底膠滲透出碳纖維布上，并充分滲透，之后將補充膠粘劑涂刷在碳纖維布表面，在轉角、邊角部位應該多涂膠，防止粘貼不良，再次用刮刀反復充分刮壓，不得有氣泡，直到碳纖維布被膠粘劑浸透并且平直、平整，并且膠粘劑充分滲入。碳纖維布長方向上的搭接長度不得小于10cm，一般在10 ～20cm 之間。當纖維布需要延長搭接時，其搭接重疊部分不得低于20cm。碳纖維布搭接延長的位置應避免出現在主要受力區域。

一般在常溫下大概經過1 ～2 小時后，碳纖維布可能會出現錯動和浮起，則應該用硬橡膠輥或塑料刮板反復碾壓，直至消除。粘貼完成后，應該做好粘貼面的保護工作，不得再接觸和拉扯。

（5）固化：碳纖維布粘貼后為達到設計強度，固化養護時間應根據不同環境溫度條件來定。一般平均氣溫高于5℃時，固化時間不得低于3 天；當遇到平均氣溫低于5℃、或者降雨等濕度較大的環境條件時，則需要進行保溫。

結語：

綜上所述，隨著現行規范的要求越來越嚴格和人們對辦公樓使用要求的增加，辦公樓加固改造需求的日漸增多。辦公樓加固施工還是一項比較復雜且具有難度的工程，在實際是施工過程中，應選擇適合的施工工藝，嚴格按照施工要求，以滿足改造后的抗震性、承載能力、安全性能和使用需求。常用的結構加固方法有增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、體外預應力加固法、增設支點加固法、粘貼纖維復合材料加固法、增設支撐加固法等。

通過對中山大學廣州校區南校園永芳堂改造項目的檢測和實際勘察，篩選出合適的結構加固方法，對原基礎采用擴大原鋼筋混凝土承臺、錨桿靜壓樁加固處理，對原結構柱、梁、板進行加固改造，采用柱加大截面法及纖維織物環向圍束加固，梁、板加大截面法及粘貼鋼板加固等進行改造，并對施工工藝進行總結，以期為相似工程提供參考。