高延性混凝土在磚混結構加固中的應用

譚兆祥

（廣州市設計院集團有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

受建造年代經濟條件及施工技術等因素影響，建于20世紀50—70年代的住宅及宿舍樓，多為磚混結構，目前該類房屋陸續達到50年設計使用年限，部分房屋由于使用及維護方面的問題，大多存在墻體風化，砂漿強度偏低導致的承載力不足的問題。為保障住戶的使用安全，結構加固及修繕的需求越來越多。下面以一個具體的加固實例，對高延性混凝土在磚混結構加固中的應用進行論述。

1 工程概況

本工程位于廣州市海珠區，為一幢主體結構5層的磚混結構建筑物，建于20世紀60年代，建筑面積約2600m2，建成后作為職工宿舍使用。由于原始設計資料缺失，前期業主委托鑒定單位對房屋進行安全性鑒定及結構普查，鑒定結論為：該建筑物的安全性等級為Csu級[1]，即安全性不符合《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292—2015）對Asu級的規定，顯著影響整體承載?，F狀結構存在的主要問題如下：①主體結構采用紅磚墻承重，樓板為預制板，墻體樓層位置未設置圈梁，外墻四角、樓梯間四角、房屋轉角未設置構造柱，結構整體性差。②材料老化，砂漿強度低，部分抽檢承重墻體不滿足承載力要求。③墻體存在抹灰嚴重脫落、空鼓情況，部分墻體紅磚風化嚴重，部分墻體開裂、滲水；多數梁、樓板存在混凝土脫落、鋼筋外露銹蝕情況，部分樓板滲水嚴重且存在開裂情況。房屋現狀立面照片如圖1所示，三維模型如圖2所示。

圖1 房屋現狀立面

圖2 三維模型

2 加固設計方案

依據鑒定報告，結合房屋現狀實際情況，采用的加固方案如下：①增設構造柱、圈梁提高結構的整體性。②通過對承重墻墻面采取措施解決原結構因砂漿強度低導致的承重墻承載力不足的問題。對于方案的實施，具體施工做法可分為傳統的加固方案及高延性混凝土加固方案。③對于露筋銹蝕的位置，剔除破損混凝土，對鋼筋除銹后，采用高強砂漿掛網修復混凝土結構面層，部分鋼筋銹蝕嚴重甚至鋼筋銹斷的位置，需按等截面替換的原則，補焊鋼筋。

依據規范相關要求，對于承重磚墻部分，傳統加固方案為增設鋼筋混凝土組合構造柱，鋼筋混凝土組合圈梁或鋼拉桿解決整體性不足的問題[2]；對于墻體加固，則采用鋼筋混凝土板墻加固并根據墻面加固的受力需求，采用單面加固或雙面加固。主要的加固做法（圖3）為典型新增組合構造柱做法大樣，圖4為新增組合圈梁做法大樣，圖5為鋼筋混凝土板墻雙側加固或單側加固做法大樣[3]。

圖3 典型新增組合構造柱做法大樣（單位：mm）

圖4 新增組合圈梁做法大樣（單位：mm）

圖5 鋼筋混凝土板墻雙側加固或單側加固做法大樣（單位：mm）

高延性混凝土加固方案為新增組合構造柱、組合圈梁增強結構整體性，對墻體加固則通過墻面抹15～25mm厚高延性混凝土面層加固[4]。主要的加固做法（圖6）為典型新增高延性混凝土組合構造柱做法大樣，圖7為新增高延性混凝土組合圈梁做法大樣，圖8為高延性混凝土雙側加固或單側加固墻體做法大樣。圖6～圖8尺寸標注均以mm為單位。

圖6 典型新增高延性混凝土組合構造柱做法大樣（單位：mm）

圖7 新增高延性混凝土組合圈梁做法大樣（單位：mm）

圖8 高延性混凝土雙側加固或單側加固墻體做法大樣（單位：mm）

傳統的加固方案優勢主要體現在技術成熟，現有的成功施工案例較多，加固施工材料費較低這幾個方面。但后期與建設單位溝通過程中，傳統設計方案存在以下問題：①由于存在大量的鋼筋綁扎及模板安裝工作，施工相對復雜，同時由于構造柱均為混凝土現澆，施工工期較長。因為該宿舍樓房間均有住戶正常使用，施工工期過長，導致現有住戶的協調溝通難度加大，同時施工期間現有住戶的臨時安置費用較高。②新增組合構造柱、圈梁外凸尺寸較大，對建筑外立面影響較大，局部位置由于現狀宿舍與相鄰建筑間距較小，安裝模板和澆筑混凝土施工空間不足，施工難度較大。③經分析計算，采用鋼筋混凝土面層加固法，面層最小厚度需要60mm，墻面加固面層厚度相對較厚，對住戶戶內使用面積影響較大，且現狀部分走廊、衛生間等區域原有使用的凈寬較小，加固后較難滿足后續使用要求。④采用鋼筋混凝土面層加固，新增的結構加固面層會明顯增加結構自重，可能導致原有基礎承載力不足的問題。

高延性混凝土加固方案主要的優勢有以下4個方面：①施工工藝簡單，除新增組合構造柱、圈梁的位置外，其他加固部位無須設置鋼筋，對原結構墻面植筋少，能有效減少施工擾動對原有結構的損傷。且施工期間無須安裝模板，施工便捷。②施工速度快，加固施工工期約為傳統加固方案的1/3，由于本項目涉及現有住戶的臨時安置的問題，施工工期短，可以極大的減少人員安置的成本。③由于加固面層的厚度較小，加固施工完成后，不會對現有建筑的外立面有明顯影響，同時對建筑內部使用空間的影響也很小，可以較好的滿足住戶的使用要求。④墻體加固面層厚度為15～25mm，對結構自重影響小，可避免基礎加固的問題。而目前高延性混凝土加固方案的不足之處在于材料成本較高，每立方高延性混凝土的成本價格約為普通商品混凝土的16倍。

通過對上述兩種方案的工程造價對比，雖然高延性混凝土材料費用較高，但由于其使用量少，施工便捷，需投入的人工較少，施工速度快，在本項目中以綜合成本作為評估依據，高延性混凝土方案更有優勢。建設單位最終也決定采用高延性混凝土加固方案。

本項目現狀宿舍樓為A類丙類建筑，加固方案采用準確的抗震承載力驗算法計算墻體承載力，經驗算分析擬在建筑外墻內側及內墻單側/兩側采用高延性混凝土面層加固的方法提高結構的承載能力的同時提高外墻的防水抗裂能力。具體計算采用抗震承載力驗算法[5]，以提高結構的樓層綜合抗震能力為主，加固后后續使用年限為30年。以首層為例，采用高延性混凝土面層加固后承載力均能達到規范要求，墻體受壓承載力計算結果見圖9。

圖9 1層墻受壓承載力計算

3 高延性混凝土材料性能及加固施工工藝

高延性混凝土為經過精密配比設計而成的纖維增強水泥基復合材料，具有高強度，高韌性及較強的彎曲變形能力，具有良好的耐久性，能有效控制可裂縫發展，能有效提高砌體結構的抗壓，抗剪能力，增強結構的整體性。以強度等級為Cd50的高延性混凝土為例，其力學性能指標如表1所示。

表1 力學性能指標

采用高延性混凝土面層加固墻體施工順序，具體如下：①基層處理：鏟除原墻面抹灰，清理灰縫，用鋼絲刷刷凈殘灰，吹凈表面灰粉，用水澆透墻面，刷水泥素漿一道。②壓抹高延性混凝土面層，壓抹每層厚度不得超過10mm，保證面層厚度一致。壓抹高延性混凝土面層前，應沿墻面往返澆水濕潤，并待墻面稍干后再進行壓抹。③養護，噴水養護7d，施工環境溫度不低于5℃，否則應采取冬季施工措施；夏季施工時要防止烈日暴曬。

4 結語

綜上所述，本文通過某多層磚混結構宿舍樓加固設計進行分析，得到了以下兩個方面的結論。

（1）高延性混凝土作為一種新型材料能很好的滿足磚混結構加固后的使用要求，加固后不影響建筑外立面及內部使用空間。

（2）高延性混凝土加固磚混結構，由于施工工藝簡單，在對工期要求較高的項目中，比傳統的加固方案有明顯優勢。