老舊砌體結構抗震加固研究綜述

沈江元，毛信芳

（1.北京維拓時代建筑設計股份有限公司，北京 100025；2.南京高科股份有限公司，南京 210023）

隨著經濟的發展，土地資源變得稀缺，在現有建筑中，磚混結構建筑占很大比例。磚混結構建筑具有承重和抗震性能，但磚墻材料的抗拉強度和抗剪強度較低，具有自重大、整體性差和易發生脆性破壞等特點，導致抗震性能較低。

在唐山、汶川和玉樹的地震中，磚混建筑倒塌，造成許多人員傷亡。但重建既不理想，也不滿足可持續發展要求。專家指出，改造費用占重建成本1/15。解決這些磚混建筑問題的最佳途徑是合理改造以提高其使用壽命，因此可以在抗震評估的基礎上采取各種加固措施，以滿足抗震防護的需要。

1 老舊砌體（磚混）結構在地震作用下的破壞原因及破壞形式

1.1 影響磚混結構抗震性能的主要因素

磚混結構的造價成本較低，建造時所需材料簡單易于獲取，建造技術簡單，且受經濟影響，導致現階段在使用建筑中占較大比例。影響磚混結構抗震性能的因素有以下幾點。

1）房屋主體結構的損傷。因風化、使用過程中的意外損壞等，產生一定的裂縫問題，伴隨裂縫不斷延伸，磚混建筑主體結構會出現較多的損傷，會影響磚混結構的承載能力和抗剪能力。

2）地基存在不均勻沉降的情況。由于地下水位的下降、地基在建造時未夯實、密實等原因，造成地基的不均勻沉降，一旦這種情況發生，會對磚混結構的使用性能造成直接的影響，出現明顯的裂縫，甚至造成部分結構的破壞。

1.2 破壞形式

1）地震時對于墻體的主要破壞模式為斜向裂縫、X向裂縫、水平裂縫及垂直裂縫，通常出現在樓梯頂層休息平臺上方的外縱墻和開放式房間外縱墻的窗臺下方。

2）樓板和屋面的破壞模式是屋面保溫層和蓋板的散落和倒塌；樓板、頂板與墻體之間的水平裂縫、樓板與磚墻之間的錯動、樓板與墻體之間的洞口等。

3）屋外艙室周邊墻體主要存在單向斜裂縫或X形裂縫，墻體轉角處存在環形水平裂縫。

4）當兩側墻體變形時，平拱磚過梁將在跨中位置或支座處出現裂縫，甚至發生掉磚的情況。

2 老舊砌體（磚混）結構抗震加固原則及注意事項

2.1 抗震加固原則

未經專項技術鑒定的房屋不作加固設計；不接受未完成或不符合要求的工程。施工時必須遵循設計方法，嚴格遵守相關規范，確保以有序的方式進行加固工作。同時兼顧美觀，確保安全、經濟和高效，減少對建筑物正常使用的影響。

2.2 抗震加固過程中的注意事項

應當避免損壞原有結構。在鋼筋施工中，應避免或盡量減少對原有墻體和結構各部分的損壞，特別是在樓板或砌體中鉆孔時，鉆孔不得損壞原有鋼筋，砌體洞口應盡量減少振動；注意柱墻柱鋼筋搭接。后壁柱必須有基礎，延伸的主加強筋不得在同一截面上斷裂，重疊長度也應符合規范要求；圈梁及伸縮縫處理后，在伸縮縫處斷開環梁；只有確保伸縮縫的功能并分別閉合伸縮縫兩側，才能達到抗震目的；拆卸新老墻紙、混凝土筏，先用清水清洗干凈，施工后加強養護，保證新舊結構整體成型。還應注意的是，磚的最低強度應為MU10，并可在高于原計劃的水平上使用。

新老墻體接縫及混凝土接縫應先用清水清洗干凈，施工完畢后應加強養護，確保新老結構形成整體。且更需注意的是，磚的強度不應低于MU10，可采用比原設計高一級的砂漿。

3 老舊砌體（磚混）結構常用加固技術分析

3.1 面層加固法

3.1.1 水泥砂漿面層或鋼筋網砂漿面層加固法

在使用該方法時，通過在磚墻的外側采用一定厚度的水泥砂漿面層或鋼筋網水泥砂漿面層，提高磚墻抗震能力。水泥砂漿面層的厚度為20～40 mm，砂漿強度等級一般采用M10，鋼筋網的鋼筋直徑宜為4 mm或6 mm，鋼筋間距一般為300 mm×300 mm，鋼筋網通過每隔一定間距布置的錨筋與墻體連接。使用這種加固方法后，磚砌墻體自重增加較少，故加固位置無需自下而上不間斷，但可以基于建筑結構的抗震鑒定結果，可只對不滿足抗震承載力要求的樓層或墻段進行加固。

3.1.2 高延性混凝土面層加固技術

將高延性混凝土抹壓在砌體結構層表面對砌體墻體進行加固。一般采用10～25mm厚的高延性混凝土面層即可，對結構自重的影響不明顯。當進行室外加固時，不用拆除空調、護欄等設施，有節省大量人力物力、提高施工效率和降低工程成本的優點。主要工藝包括：墻體刨鑿、混凝土現場攪拌、抹灰等。該方法的操作流程，與傳統抹灰工藝基本一樣，操作簡單，對墻體主體要求較低。與增設鋼筋網水泥砂漿面層的加固方法相比，加固墻體的開裂荷載明顯增加，承載力緩慢下降，在遭遇地震時，破壞具有一定延性。當采用面層厚度超過30mm高延性混凝土時，要增設鋼筋網片，形成“砌體-高延性混凝土”的組合墻體。研究表明，由于高延性混凝土的延性在高溫下會顯著降低，因此該方法適用的環境溫度一般不宜超過80℃。

3.1.3 碳纖維布（CFRP）加固技術

CFRP加固是用結構膠將CFRP粘在墻體基面上，達到增強整體承載性能的目的。相關工藝包括：墻面鑿毛、打磨、CFRP粘貼、粘貼后CFRP表面抹灰砂漿保護等。碳纖維布是一種高強、耐腐蝕及防潮的材料，不怕火，經久耐用，用于不同條件下的建筑物加固。然而，碳纖維加固石材砌體的設計相對較晚，且施工成本較高，因此該加固技術尚未得到普及。

3.2 鋼筋混凝土板墻加固法

該方法是在被加固磚墻的一側或兩側澆筑或噴射一定厚度的鋼筋混凝土墻，以提高原有墻體的抗震承載能力的加固方法。采用該方法加固時，混凝土強度應確定為C20，鋼筋宜采用HPB235級或HRB335級熱軋鋼筋；板墻一般設置單排雙向鋼筋網，鋼筋間距為150～200 mm。單板墻通常與主墻連接，錨固深度不小于120 mm，雙面墻與墻體連接。鋼筋混凝土墻體厚度大，自重大，因此，鋼筋應以自底向上的連續結構為基礎，必須有自己的基礎，墻基一般與原地基一樣深。一樓室外的板墻在地面以上部分必須足夠厚以提高其耐久性。

3.3 外加圈梁或構造柱加固法

增設構造柱不僅可以提高墻體的抗剪承載力，還可以抑制墻體開裂，提高結構的整體穩定性，增加結構在地震中的整體剛度，結構在斷裂時有一定張力，從而防止房屋的突然倒塌。但是結構柱本身很大，固定后會增加基礎結構的荷載，所以加筋柱必須有相應的基礎。外支撐應與墻連接，通過拉結鋼筋、銷鍵、壓漿錨桿、錨筋與墻連接。

附加圈梁應封閉在同一樓層平面和樓層標高內；附加圈梁應通過陽臺、雨篷和樓梯窗附近的標高轉換，并局部加固；變形縫兩側附加圈梁分別封閉，交叉環在變形縫段內封閉。可采用拉桿或型鋼代替混凝土圈梁。

3.4 增設抗震墻加固法

抗震墻砌筑時，砂漿強度等級應高于原墻實際強度一個等級，且不低于M2.5。增設的砌體抗震墻厚度不應小于190 mm，一般采用現澆帶或鋼筋網片進行加強。墻頂應設置與墻等寬的現澆鋼筋混凝土蓋梁，并與樓蓋、屋蓋梁及板進行可靠的連接，附加防震墻必須與原墻牢固連接。防震墻必須有基礎，其深度必須與相鄰防震墻相同。防震墻應與既有磚墻、柱、梁和板可靠連接并加固。鋼筋適用于建筑物的綜合抗震潛力不能滿足鑒定要求，或抗震橫墻間距超過要求的情況。

4 老舊砌體（磚混）結構常見抗震加固技術的缺點

1）磚混結構大多數抗震加固設計方法都是“抗”，即增加結構截面和配筋數量以抵抗地震。但是其缺點如下：①結構斷面越大，剛度就越大，地震作用力也就越大，因此，為了提供必要的截面和鋼筋，施工成本越大；②在超高烈度的突發性地震中，由于地震的突發性，可能會對附加建筑物造成嚴重破壞；③無法保證建筑的內部結構不會受損。

2）常見的磚混結構抗震加固設計方法多以濕法施工作業，施工時揚塵較大，對環境有一定的影響，加之現在許多城市制定了環保規范，濕法作業會受到一定的影響。水泥砂漿面層或鋼筋網砂漿面層加固法在施工時，由于混凝土面層厚度較小，如使用混凝土砂漿，施工時間較強且用量較少，必將導致材料的浪費；如人工攪拌混凝土砂漿，會因攪拌技術問題導致部分砂漿質量不符合標準；鋼筋混凝土板墻加固法施工時，噴射混凝土，石子會掉落，導致混凝土不符合標準。而且濕法施工工期較長，混凝土養護又是一個技術問題。

3）對于有一定紀念意義的磚混結構建筑，對其進行抗震加固時必須保證建筑物的完整性和外貌完整性，故需要根據建筑物各個部位實際情況運用不同種抗震加固技術。這樣就增加了工程項目的復雜性，需要更多進場施工的工種及設備，可能會對建筑造成二次破壞。

5 新型老舊砌體（磚混）結構抗震加固技術

5.1 預應力加固法

預應力加固法是在配筋磚墻預應力筋兩側沿無粘結方向按一定間距對稱布置，對磚墻施加豎向預應力，以提高墻體的抗震能力。對于帶構造柱的磚混墻體，采用豎向無粘結預應力筋加固后，大大提高了墻體的受剪承載力和延性，大幅增強耗能能力。無筋磚墻采用豎向無粘結預應力筋加固后，加固效果不如帶構造柱磚墻。另外，施加豎向預應力后，可以顯著提高墻體的抗裂能力，這對磚混結構在小震和中震下的抗震性能將有很大改善，若設計得當的話，可以實現“中震不壞”的抗震性能目標。

5.2 磚混結構隔震支座托換技術

首先，對鋼筋混凝土銷梁進行預制，同時進行磚混結構基礎的加固施工。安裝隔震支座的磚混結構墻體應打孔，并安裝銷梁。銷梁施工完成后，進行上、下路肩梁施工。當肩梁混凝土強度達到設計強度的70%以上時，才應在安裝隔震支座的墻體上開孔施工。接下來，應建造上下密封板，并安裝隔震支座。當所有混凝土強度達到設計的70%后，可拆除上下路肩梁之間的剩余墻體，并對磚混結構隔震支座進行托換。

隔震托換技術用于隔離建筑的地震能量輸入，并通過過濾提高建筑結構的剛度和延性。通常，在建筑物和地基之間安裝一個特殊裝置“隔離墊”，將建筑物與地面隔絕，防止地震能量傳遞給建筑物，減少地震災害的影響。

6 結束語

磚混結構建筑物目前存在數量很多，而且在未來的很長一段時間內，磚混結構建筑物依舊在使用。但是我國是地震多發的國家，從幾次大地震中得到教訓，由于磚混結構本身抗震性能較差，而且十幾年之前，受經濟條件和施工技術的影響，建造磚混結構建筑時，材料性能很差，施工技術欠缺，導致建造的房屋在工程質量上有很大的安全隱患。對于磚混結構建筑的抗震加固，目前具有很大的發展潛力，有很多機構對抗震加固投入大量的研究。加之磚混結構鑒定技術的發展，可根據鑒定結果，采用更為合理的抗震加固技術。

研發新材料運用于磚混結構抗震加固技術研究，比如高強度高延性混凝土的研發，使面層加固技術、夾板墻加固技術得到很大程度的發展，也提高這些技術的加固效果。預應力加固方法也是目前磚混結構抗震加固發展的一個方向，該技術會大大減少工程成本及工程量。但是設計階段時計算較為復雜，且施工技術有一定的限制，故該項技術還需繼續發展下去才能廣泛應用。磚混結構抗震加固領域中隔震層設置及托換技術是較為先進的技術。