高延性混凝土在歷史建筑砌體構件加固中的應用

陳澤鴻

（福建泉州市土地開發有限公司，福建泉州 362000）

引言

洋樓是閩南地區傳統建筑的重要組成部分，但由于歷史悠久、建筑結構老化、加之年久失修和后期人為破壞等原因，很多已漸漸破敗，這些老建筑面臨嚴重的威脅。歷史文化建筑的傳承和保護要遵循國家及地方政府的相關規定，既滿足建筑結構安全，延長其壽命周期，同時又能保留其原有的歷史風貌，做到修舊如舊，讓這些見證了閩南華僑家國情懷的老洋樓繼續講述那個年代南洋華僑的故事。因此，如何對這些歷史文化建筑進行科學有效的加固和修繕保護，是一個亟待解決的問題。

當前國內常見的砌體墻加固方法有鋼筋混凝土面層、鋼筋網水泥砂漿面層和碳纖維布等，這些方法都能明顯提高砌體結構的承載力、抗震性能，但也有其明顯的短板。比如，碳纖維布加固方式存在造價成本偏高，所用膠粘劑耐久性較差，碳布與原墻面基層可能產生剝離等問題；鋼筋混凝土面層和鋼筋網水泥砂漿面層加固方式存在施工過程措施投入增加，對原結構破壞、干擾較大，工期較長，原結構自重增大等問題。

西安建筑科技大學土木工程學院的鄧明科教授團隊研發的高延性混凝土作為一種新型的建筑材料，在數年的工程實踐中取得了良好的應用效果，得到了業界的關注和認可[3]。高延性混凝土面層相比常見的加固方式，具有施工操作簡單，節省工期，綜合造價合理等優點，且在歷史文化建筑加固的應用上能夠最大限度的保留其原有風貌。本文就以閩南地區某磚木結構洋樓為例，簡單介紹高延性混凝土面層在砌體墻加固中的應用，以期可供讀者作為經驗參考。

1 項目簡介

1.1 項目特點

本文研究的項目位于福建泉州，建造于20 世紀初，建筑總高度約7.21 m，二層五開間洋樓，用地面積1 300 m2，該樓以紅色清水磚柱、磚墻等構建，建筑面積約600 m2。作為泉州地區最老的洋樓之一，在建筑類型、風格、工藝及材料等方面，體現了“中西合璧”的特征，總體布局緊湊規整，分區明晰，主次有序，總體風貌錯落有致，具有很高的文化藝術價值。在不破壞該建筑歷史風貌外觀的前提下，遵照“保護為主，搶救第一，合理利用，加強管理”的文物工作方針，遵循最小干預的保護性修繕原則，對該樓作靜力工況下的正常承載力能力校核并進行主體結構加固補強，保護性修繕。

1.2 項目存在的問題

該房屋為兩層磚木混合結構，豎向承重構件主要是磚墻、磚柱，樓蓋為傳統的木檁條、木格柵及木板，屋蓋為木檁條、木櫞及木架等組成。由于年代久遠，該洋樓的設計、施工資料缺失，對該建筑現狀、結構等進行了檢測、測繪。

結果表明，未發現上部主體結構有明顯傾斜，未發現因地基變形導致的墻、柱等構件產生沉降裂縫等現象，未發現存在明顯的整體傾斜等現象，結合現場情況判斷該樓地基基礎處于穩定狀態。

表1 上部結構側向位移量測結果匯總表

表2 上部承重結構安全性評級結果

墻體主要存在的問題：部分墻體出現開裂、老化松散現象，砌筑材料強度低，墻體整體性較差，無圈梁和構造柱，內隔墻未見與主要承重結構有拉結措施。經檢測單位計算復核分析，部分砌體墻承載能力和構造基本不能滿足規范要求。

2 常見墻體加固方式及存在的問題

在不對建筑外立面造成破壞和保留部分內墻原始風貌的原則要求下，根據檢測報告的結論，針對該建筑承重墻體存在的問題，常見的加固方式有兩種選擇：1）鋼筋混凝土面層加固；2）鋼筋網水泥砂漿面層加固。

2.1 鋼筋混凝土面層（板墻）

1）鋼筋混凝土面層（板墻）的特點

鋼筋混凝土面層（板墻）適用于以外加鋼筋混凝土面層加固砌體墻、柱的設計[1]，是當前磚混結構建筑中最為常見的加固技術。加固方式就是在墻體一側或兩側加設與原墻體連接的鋼筋網，支模澆筑或噴射一層鋼筋混凝土層，與原始墻體結合形成一道復合墻體，能夠有效的提高墻體的承載能力和抗剪能力。

2）鋼筋混凝土面層（板墻）的構造要求

根據《砌體結構加固設計規范》（GB 50702-2011）第5.5.1 規定，鋼筋混凝土面層的截面厚度不應小于60 mm，當用噴射混凝土施工時，不應小于50 mm[1]；根據《砌體結構加固設計規范》（GB 50702-2011）第5.5.3 規定，縱向鋼筋的上下端均應有可靠的錨固，上端應錨入有配筋的混凝土梁墊、梁、板或牛腿內，下端應錨入基礎內[1]。

2.2 鋼筋網水泥砂漿面層

1）鋼筋網水泥砂漿面層的特點

鋼筋網水泥砂漿面層適用于各類砌體墻、柱的加固[1]。鋼筋網水泥砂漿面層加固是在原始墻體一側或兩側布設與原始墻體連接的鋼筋網，再支模澆筑或者抹壓水泥砂漿形成水泥砂漿面層，這種加固方式能夠有效加固原墻體，通過這道新的墻體提升原墻體的抗剪承載力。要使鋼筋網水泥砂漿面層加固有效，要注意提高砌體受壓承載力，同時對原墻體的砌筑砂漿強度等級也提出了相應的要求。

2）鋼筋網水泥砂漿面層的構造要求

根據《砌體結構加固設計規范》GB 50702-2011第6.5.1 規定[1]，當采用鋼筋網水泥砂漿面層加固砌體承重構件時，其面層厚度，對室內正常濕度環境，應為35～45 mm，對于露天或潮濕環境，應為45～50 mm。

根據《砌體結構加固設計規范》GB 50702-2011第6.5.6 規定[1]，鋼筋網四周應與樓板、大梁、柱或墻體可靠連接。墻、柱加固增設的豎向受力鋼筋，其上端應錨固在樓層構件、圈梁或配筋的混凝土墊塊中；其中伸入地下一端應錨固在基礎內。錨固可采用植筋方式。

2.3 兩種加固方式存在的問題

1）無論是鋼筋混凝土面層（板墻）加固還是鋼筋網水泥砂漿面層，《砌體結構加固設計規范》對兩種加固方式的面層厚度均做了最低的要求，面層厚度的增加，將會影響到建筑室內的空間，造成使用面積的減少；

2）面層厚度增加也意味著加固后結構自重增大，上部荷載增加又涉及到原基礎承載力是否滿足要求；

3）兩種加固方式中的鋼筋網施工要在原墻體上進行打孔植筋，對原墻體會造成一定程度的損壞，對保留原始風貌要求較高的歷史文化建筑不利；

4）底層墻體配置鋼筋網的構造措施，需與基礎錨固就會要求對基礎進行大面的開挖，對歷史建筑原已穩定的地基基礎造成影響。

綜上，兩種加固方案勢必對本工程的造價及工期造成較大的影響。

3 高延性混凝土的應用

面對傳統加固技術的特點和不足，高延性混凝土技術的提出，解決了本工程墻體加固的技術、成本、工期等問題。

3.1 高延性混凝土特點

高延性混凝土是由膠凝材料、集料、外加劑和合成纖維等原材料組成，按一定比例加水攪拌、成型之后，具有高強度、高延性、高韌性和高耐損傷能力的特種混凝土[2]。

關于高延性混凝土的眾多研究表明，高延性混凝土對提高磚墻的開裂荷載效果明顯，開裂后的后繼承載力、磚墻的豎向承載力、變形性能、耐損傷能力顯著提高；顯著改善磚墻的脆性特征，有效約束墻體，從而提高建筑物的抗震能力，增強建筑的整體性能，提高建筑物的使用壽命。高延性混凝土在砌體結構的靜力加固中已被廣泛的應用。

3.2 高延性混凝土面層的優勢

1）砂漿面層具有明顯脆性特征，使墻體水平荷載下降較快，不能充分發揮鋼筋網的性能。采用單面高延性混凝土加固的墻體承載力下降緩慢，開裂荷載和耗能能力明顯高于鋼筋網水泥砂漿面層加固[3]；

2）對室內使用空間影響較小：根據陜西省工程建設標準《高延性混凝土應用技術規程》DBJ 61/T 112-2021 第7.5.2 規定，高延性混凝土面層加固砌體受壓構件，宜采用雙面加固，面層厚度不宜小于15 mm，當采用單面加固時，面層厚度不宜小于20 mm[4]。采用涂抹20 mm 厚高延性混凝土面層的做法，材料用量相比較少，墻體厚度增加小，對結構自重影響小，與磚墻粘結強度高，抗剪承載力提高較多；

3）對原始墻體、基礎影響小：不拆除原墻體，墻體交接處增設鋼筋混凝土構造柱加強墻體間拉結和整體性，底層墻體的高延性混凝土面層向下延伸至基礎頂面，極大減少原基礎的開挖量；

4）工期短、施工便捷：面層一次施工到位，質量有保證，構造措施相對簡單，工期相比傳統加固方式大大縮短；

5）造價較為合理：減少了措施費，減少鋼筋用量，材料用量少，綜合造價合理。

經過對比分析，針對項目的特點，最終選用高延性混凝土面層加固方式。

3.3 高延性混凝土面層節點做法

高延性混凝土面層節點做法如圖1～2 所示。

圖1 墻體節點涂抹方式1

圖2 墻體節點涂抹方式2

3.4 高延性混凝土面層施工順序

1）鏟除原墻體抹灰層及疏松、風化部位；

2）清理灰縫、浮灰；

3）開槽或鉆孔并用水沖刷；

4）提前澆水濕潤墻面，不得有積水；

5）壓抹高延性混凝土并養護。

3.5 高延性混凝土面層施工要點

1）壓抹高延性混凝土面層前，應對墻面進行澆水濕潤，并待墻面稍干后再分層壓抹，每層壓抹厚度不超過15 mm；

2）高延性混凝土面層厚度應符合設計要求，當一次壓抹高延性混凝土厚度未達到設計要求時，后一道壓抹應在前一道初期硬化后進行施工；

3）應注意構件轉角處連續施工，不得在轉角處留施工冷縫；

4）高延性混凝土面層施工完成后12 h 內應進行澆水養護，保持濕潤狀態，夏季應防止陽光暴曬，冬季應采用防凍措施；

5）如果原墻體存在疏松、破損、蜂窩麻面、脹裂、脫落等缺陷應進行修復處理。首先清理缺陷部位至堅實基層，并清潔干凈；灑水充分浸潤后進行修復。對大體積缺陷，也可以采用灌漿料澆筑進行修復。

3.6 加固后的效果分析

項目加固施工完成后，對墻、梁、柱等構件進行全面的檢查，未發現有因沉降引起的變形、開裂等現象，未見柱、墻頂有明顯水平位移或傾斜，表面均未見明顯的裂縫、缺陷及損傷，其中高延性混凝土施工材料檢驗報告齊全有效，面層實測厚度、相關力學性能指標等主控項目符合設計要求。通過錘擊檢查，未發現高延性混凝土面層存在空鼓現象，粘結質量情況良好。通過施工期間及使用期兩個階段的沉降、傾斜觀測，數據無異常，判定已達到穩定狀態。經有資質的專業檢測公司鑒定，依據《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292-2015），項目加固后安全性等級評定為Bsu級，使用性等級評定為Bss級，可靠性等級評定為Ⅱ級，加固效果達到預期的目標。

4 結語

高延性混凝土面層加固磚砌體墻施工方便，工期節省明顯，且減少了相應措施的投入，有效節約造價成本，減少施工過程對項目周邊環境的影響。

高延性混凝土基于眾多試驗研究成果及實際項目的應用，其性能已得到了充分驗證。本項目利用增設構造柱加上磚墻涂抹高延性混凝土面層的加固方式，加強了結構的整體性，改善磚砌體墻的脆性剪切破壞，有效的限制墻體開裂，大幅提高結構的承載力、延性及其耗能能力，可供相似項目作為經驗參考。

在我國，磚砌體結構的歷史文化建筑存有量巨大，且多數至今年代久遠，建筑老化破敗等問題難以避免，缺乏相關的抗震概念設計。另外，歷史文化建筑作為一個民族文明傳承的重要載體，其文化底蘊的保護更要結合實際情況和需求，選擇科學合理的加固方式讓其得以展現、保存、延續。當前對于歷史文化建筑的加固修繕已迫在眉睫，高延性混凝土這一新型建筑材料的研發應用可以很好的解決這個問題，提升歷史文化建筑的安全性、耐久性、穩定性，同時帶來社會經濟效益、歷史文化價值的提升。碳中和目標已列入國家發展戰略的頂層設計，推廣高延性混凝土的研發和應用，減少水泥、鋼筋等高碳排放建筑材料的用量，有利于持續減排工作的推進。