高層建筑工程項目混凝土加固施工技術研究

常 亮

（北京遠達國際工程管理咨詢有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著城市化進程推進，高層建筑項目數量增長?；炷磷鳛樾滦筒牧媳粡V泛應用，但易出現腐蝕、裂縫等問題，存在一定安全隱患[1]。高層建筑規模大且復雜，混凝土加固難度大。我國的技術起步較晚，存在差距。研究人員正在探索多種施工技術和方法。

陳安英[2]等人提出了對有缺陷剪力墻的分層分段拆除置換加固法，基于力學計算和構件置換工藝的分析，設計了可實現分級卸載控制剪力墻置換型鋼卸載裝置，明確了加固施工的技術關鍵點，并對全過程進行了位移、應力、裂縫監測，該方法對于混凝土質量缺陷具有較好的處理效果。陜婷婷[3]等人基于信息技術模型設計了土木工程混凝土加固施工方法，使用護筒埋設、鋼筋籠安裝、模板測量、混凝土澆筑和外粘型鋼安裝等方法，增強混凝土結構的加固性能，實現土木工程的加固目標，該方法下混凝土結構的荷載強度，截面剛度與承載能力均得到了一定的提升。

上述兩種混凝土加固技術在實際工程中存在加固后混凝土抗裂強度、受剪承載力以及抗壓強度仍舊較低的問題，難以達到預期的加固效果，還有較大的優化空間，故本文針對高層建筑工程項目中的混凝土加固施工技術進行研究。

在本文中采取的加固方案為剪力墻混凝土置換、擴增混凝土截面面積、植筋錨固以及混凝土碳纖維加固方法的結合。通過剪力墻混凝土置換和混凝土擴增截面面積等方法，增加了混凝土的抗剪、抗彎承載能力；通過植筋錨固和混凝土碳纖維加固等方法，增強了混凝土的抗拉、抗壓性能。綜合多種加固方案，可以全面提高混凝土結構的力學性能，實現混凝土加固效果的最大化。

1 工程概況

本文研究以某高層建筑工程項目為背景，該工程結構為鋼筋混凝土結構，樓層總數為32 層，地下2 層為停車場，層高為35.16m，地上總占地面積約3 253.51m2。距今為止，該高層建筑已經使用10 年，由于工程所在區域年降雨量較大，約1 100mm，加上使用時間比較長，部分區域混凝土已經出現貫穿裂縫，最大裂縫寬度已經達到45.26mm，最大裂縫長度為1.45m，最大裂縫深度為56.41mm。當前建筑混凝土狀態比較差，已經嚴重威脅到該高層建筑安全性與穩定性，故對該高層建筑開展混凝土加固施工，提高高層建筑混凝土抗裂強度、受剪承載力以及抗壓強度，以下將結合該工程實際情況采取相應的加固技術。

2 高層建筑工程混凝土加固施工

2.1 施工前準備

在加固施工前，首先在施工現場周圍布設施工隔擋，防止加固施工過程中非工作人員進入到施工現場內，并且減少施工對周圍居民造成的影響。其次將施工過程中需要使用的設備與材料運輸到施工場地內，本次采取的加固方案為：剪力墻混凝土置換+擴增混凝土截面面積+植筋錨固+混凝土碳纖維加固，需要使用的設備包括混凝土攪拌機、千斤頂、焊機、切割機、電鎬等，使用的材料包括鋼筋、水泥、粗細石料、碳纖維布等，按照要求和標準對所有材料質量進行檢驗，并且對所有機械設備進行檢查，檢驗合格后將其運輸到施工現場。

2.2 剪力墻混凝土置換

考慮到高層建筑剪力墻是建筑的主要受力混凝土構件，對于已經出現損壞的剪力墻混凝土構件采用置換加固工藝，即將原有的混凝土置換新的混凝土，本次置換混凝土剪力墻共16 個。首先使用切割機和電鎬將剪力墻外層的混凝土去掉，切割厚度為20cm，最大長度不應超過50cm。由于在該施工過程中高層建筑整體的受力荷載會發生轉移，從而會影響到整個建筑的穩定性，因此在去除舊混凝土施工時，需要分批次完成，置換混凝土構件需要優先對空間對稱分布的混凝土剪力墻構件進行分批次置換，如果同時對對稱分布的混凝土剪力墻進行置換，容易出現坍塌事故[4]。在混凝土切割過程中盡量避開內部鋼筋，如果置換區域內部分鋼筋出現腐蝕現象，可以將腐蝕的鋼筋切割掉，施工焊機將新的鋼筋與原鋼筋銜接[5]。剪力墻表層混凝土切割完成后，使用千斤頂對其支撐，保證建筑在施工過程中的穩定性[6]。按照標準配比使用混凝土攪拌機拌制混凝土混合料，將其填補到置換區域內，使用抹平工具將新混凝土表面抹平，使其與舊混凝土持平。

2.3 擴增混凝土截面面積及植筋錨固

高層建筑柱構件是承載整個建筑縱向應力的主要構件，因此采用增大截面加固法對高層建筑混凝土柱構件加固[7]。將新混凝土與舊混凝土接觸部位進行鑿毛處理，在原混凝土構件外圍使用墨斗繪制出擴增后混凝土外圍邊界，根據該高層建筑實際情況，混凝土擴增厚度為15cm[8]。截面放線完成后在外圍搭建模板，使用混凝土澆筑泵將攪拌好的混凝土漿液澆筑到模板內，在澆筑過程中要控制好泵壓，泵壓過大澆筑的混凝土內部容易產生氣泡，從而影響到混凝土加固效果，而泵壓過小則會降低施工效率，因此在混凝土澆筑施工過程中將泵壓控制在4.46～4.76Pa 之間[9]。混凝土澆筑完成后，對新增的混凝土進行植筋，將直徑為15mmC35 鋼筋植入到混凝土內部，植筋深度為100mm，植入的鋼筋間距不能超過25cm，擴增混凝土配筋率要不低于35%，以此保證植筋加固效果。將頂部的鋼筋頭使用直徑為25mmC25 鋼筋對其進行錨固，錨固后的鋼筋表面用混凝土覆蓋，禁止鋼筋裸露在外，待混凝土達到初凝時間后將模板拆卸掉[10]。為了保證混凝土截面擴增施工質量，對擴增的混凝土進行澆水濕潤養護8～10d。

2.4 混凝土碳纖維加固

為了進一步增加高層建筑混凝土構件的穩定性，在混凝土表面粘結碳纖維布，有效抵制高層建筑混凝土的張力，達到混凝土加固的目的，具體如圖1 所示。

圖1 混凝土碳纖維加固示意圖

如圖1 所示，首先使用角磨機對混凝土進行打磨，對于存在裂縫的區域要加重打磨，將混凝土打磨平整后，用水將表面的灰塵沖洗掉，并使用烘干機將混凝土進行烘干處理，使表面保持干燥狀態。然后在混凝土表面涂抹一層粘接膠，粘結膠的選擇要與碳纖維布出自同一個品牌，并采用A 類膠。粘結膠的涂抹量為5.62g/m2。由于粘結膠具有一定的揮發性，因此粘結膠涂抹完畢后，需要立即將碳纖維布粘貼到混凝土表面。根據該高層建筑實際情況，本次采用450g/m2碳纖維布，將碳纖維布一端固定在混凝土構件上后，將其拉直，伸長率控制在2.5%以上。在鋪貼過程中要盡量保證鋪貼的碳纖維布平整，如果出現褶皺現象，需要立即將其拉起重新鋪貼，鋪貼厚度為0.35mm，如果鋪貼一層碳纖維布后厚度沒有得到設計值，需要再對其鋪貼一層。碳纖維布接縫使用環氧樹脂膠水處理，在碳纖維布接縫表面涂抹一層環氧樹脂膠水，防止空氣和水沿著接縫進入到碳纖維布內部，從而導致鋪貼后的碳纖維布開裂，進而響應到加固效果。加固施工完成后，對所有混凝土加固區域進行檢驗，檢驗是否存在遺漏區域，以此完成高層建筑工程項目混凝土加固施工。

3 加固效果檢驗

為了檢驗本次研究技術的可靠性與適用性，對加固后的混凝土的力學性能進行檢驗。首先對加固后的混凝土結構的裂縫寬度、長度以及深度進行驗算?！陡邔咏ㄖこ袒炷两Y構設計規范》（GB56423-2010）中明確規定，在潮濕環境下高層建筑工程中梁構件混凝土最大裂縫寬度不能超過15.55mm；柱構件混凝土最大裂縫寬度不能超過10.55mm。將以上規定作為該高層建筑工程項目混凝土加固后抗裂性能檢驗標準一。在理想狀態下，根據混凝土加固設計，混凝土會存在一個最大裂縫寬度，其計算公式為：

式中，h表示理想狀態下高層建筑工程混凝土裂縫最大寬度；α表示混凝土構件受力特征系數，通常情況下該系數取值為0.01；μ表示混凝土裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數；r表示混凝土構件受拉區鋼筋截面面積；y表示混凝土構件鋼筋的彈性模量；w表示混凝土構件最外層縱向受拉鋼筋邊緣到頂部的距離；p表示混凝土構件受拉區鋼筋的有效直徑；κ表示混凝土構件縱向鋼筋配筋率。利用上述公式計算出混凝土構件理想狀態下最大裂縫寬度，將其作為混凝土加固后抗裂性能檢驗標準二。隨機選擇5 個梁構件與5 個柱構件作為試件，每天向試件噴灑水，噴水量為100L/m2，令試件始終保持潮濕狀態。每隔7d 使用IYHF-A5RF 測量儀對試件表面的裂縫寬度進行測量，使用電子表格對測量數據記錄，將其與以上兩個檢驗標準比對，評價高層建筑工程項目混凝土加固后抗裂性能，具體數據如下表所示。

從表1 中數據可以看出，加固后的混凝土裂縫寬度在潮濕環境下隨著時間的增加而不斷增長，初期增長幅度比較大，但是在21d 后混凝土裂縫寬度基本穩定，在第28d 時柱構件混凝土最大裂縫寬度為5.47mm，梁構件混凝土最大裂縫寬度為6.75，非常貼近理想狀態下混凝土裂縫最大寬度，并且符合相關規范要求，說明加固后高層建筑混凝土抗裂強度有了明顯的提升。為了進一步檢驗本次混凝土加固施工質量，對加固前后混凝土受剪承載力與抗壓強度進行對比，隨機選擇10 個混凝土構件作為試件，對試件加固后的受剪承載力和抗壓強度進行測算，其中受剪承載力計算公式為：

式中，N表示高層建筑混凝土受剪承載力；β表示混凝土受剪承載力系數，通常情況下該系數取值為0.56；q表示加固前混凝土軸心抗剪強度；b表示混凝土矩形截面的寬度值；c表示加固前矩形截面的有效高度；σ表示新增混凝土強度系數；e表示新增混凝土的軸芯抗剪強度；x表示加固后矩形截面的有效高度；?表示混凝土原箍筋抗拉強度；R表示同一截面內原箍筋各肢截面面積之和；S表示新增鋼筋沿混凝土構件長度方向的間距?；炷量箟簭姸扔嬎愎綖椋?/p>

式中，V表示加固后混凝土抗壓強度；X表示混凝土強度影響系數；P表示混凝土構件環向圍束有效約束系數；M表示混凝土有效約束應力值；表示混凝土應變截面變形系數；τ表示混凝土矩形截面和加固處理后的矩形截面的倒角半徑；η表示混凝土的彈性模量。利用以上兩個公式計算出加固后的混凝土受剪承載力和抗壓強度，使用電子表格對數據進行記錄，為了保證數據與結論具有一定的說明性，將其與加固前混凝土受剪承載力與抗壓強度對比，具體數據如表2 所示。

表2 加固前后混凝土受剪承載力與抗壓強度對比

從表2 中數據可以看出，加固后混凝土受剪承載力和抗壓強度均有明顯提升，其中受剪承載力提升了將近1 倍，抗壓強度提升了將近1.5 倍。因此證明了，加固后高層建筑混凝土抗裂強度、承載力以及抗壓強度均有明顯的提升，本次采取的施工技術具有良好的混凝土加固效果。

4 結論

本文提出了一個新的混凝土加固施工技術，有效提高了高層建筑混凝土抗壓強度、承載力以及抗裂強度，混凝土力學性能得到了有效的提升，實現了傳統技術與工藝的優化和創新。本研究為高層建筑工程混凝土加固施工提供了參考依據，有助于提高混凝土加固施工技術水平，具有一定的研究價值。