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盐城某酒店混凝土置换加固补强关键技术刘红霞

发表时间：2021/7/12 来源：《建筑模拟》2021年第3期作者：刘红霞

[导读] 盐城某酒店工程，地下2层，地上19层砼筒体结构，砼浇筑到4层，5层楼面板钢筋已绑扎好，后工程质量抽查，发现一层和地下负一层个别构件达不到设计C50要求，工程停工。

        响水县建设工程质量和安全监督站

        一、工程概况
        盐城某酒店工程，地下2层，地上19层砼筒体结构，砼浇筑到4层，5层楼面板钢筋已绑扎好，后工程质量抽查，发现一层和地下负一层个别构件达不到设计C50要求，工程停工。
        根据本次抽检情况，混凝土强度不足的墙柱为个别构件，主要因浇筑时振捣不实引起的，从观感看，砼表面存在蜂窝麻面和后补水泥砂浆情况。
        取芯报告成果如下：


        二、置换加固方案
        经专家及有关技术人员现场踏看、结构设计计算，拟采用置换加固方法进行补强，即通过加固支撑，将达不到设计要求的原墙柱中砼凿除，用高强灌浆料C60进行置换，以保证新浇筑的柱、墙砼达到设计要求。
        2.1方案关键点：
        2.1.1刚性支撑体系卸载：
        结构梁和梁柱节点在梁、板等自重作用下，已经产生内力，如果直接拆除柱中问题混凝土，柱即被掏空，结构就会出现垮塌的危险。因此，对柱进行卸载处理非常关键，即采用临时支承体系代替柱受力。必须采取刚性支撑系统，在需要拆除的结构柱相邻区格内搭设满堂脚手架。拟拆除的砼强度较高，拆除时除需做好支撑外，还需要配备开孔机取砼，以减低拆除难度；由于钢筋弯曲；拟采取砼置换加固的墙、柱中钢筋较多，砼拆除时定会遇到钢筋，也会造成钢筋弯曲，为了减少钢筋弯曲，拆除时可对较密钢筋切割，切割量不得高于25%，切割钢筋须预留焊接长度5D，同时对拆除好的纵向钢筋与箍筋采取点焊处理，形成钢筋笼，既增加承载力，又较少变形。最终钢筋根据原图纸和规范重新安装到位。
        目前缺陷处理一般采用混凝土置换法，混凝土置换容易出现收缩等问题，而且相对来说养护时间比较长，严重缺陷的全截面一次处理风险非常大。采取聚合物混凝土分块灌浆置换的方法可以有效的解决这个问题，极大地降低了施工风险，在实际工程中收到了良好的效果。
        本置换加固工程拟采用聚合物混凝土可以解决一般混凝土或无机混凝土灌浆料的收缩问题。灌浆置换就是通过灌浆的方法在有缺陷的部位形成聚合物混凝土，避免了拌合、浇筑等环节，简化了施工程序。
        2.1.2问题混凝土的处理：
        在保证刚性支撑系统的可靠的境况下，将问题混凝土完全凿除，保留钢筋，在混凝土凿除的过程中，注意钢筋的保护，使钢筋无应力、应变。
        2.1.3新老混凝土结合面的处理：
        新老混凝土结合面进行凿毛处理，以增加粘结力。同时在新浇筑的C60混凝土中掺入了适量的减水剂和膨胀剂，一方面减少了混凝土的收缩，另一方面增加了咬合作用。
        2.2方案设计：
        根据《混凝土结构加固设计规范》中置换混凝土加固法，本次加固方案参照《工业建筑》2008年9期《置换混凝土加固含氯离子框架柱》，作者系盐城建筑设计院刘跃华高工，在盐城地区多个项目使用此方案都达到设计要求，本次设计具体详见下表：

        2.2.1柱体加固置换
        本方案以一层L轴交4轴柱KZ3（1050*1150）为例：
        对于缺陷很大的混凝土构件的置换，混凝土很容易出现拉应力，实际工程中尽管可以采取支撑等措施，但操作比较困难。如承受上部传来的荷载比较大，最有效地支撑应靠近柱表面梁根处，但这样施工操作面就受限制；如离梁根部一定距离，就要考虑梁的承载问题，同时要考虑支撑荷载向下层梁的传递问题，比较复杂。本工程采用型钢组合钢柱从上到下做支撑能较好解决受力传递问题，对施工安全也有较大保障。
        2.2.1.1加固设计条件：设计C50，fc=23.1MPa，测定38.9MPa，推定C35，fc=16.7MPa，拟采用增设型钢支撑，凿除柱中砼，浇筑C60高强灌浆料。
        2.2.1.2柱砼置换支撑设计
        a、KZ3承载重量：
        考虑五层楼板砼没有浇筑，但已支模并绑扎好钢筋，该柱主要承担2、3、4、5层恒载，其受荷面积为S=（2.4+8.4）/2*8.4=45.36m2，其柱受荷为N
        N=S*3.5kN/ M2x4+1.05*1.15*25*（4.8+4.8+3.6）=635+399=1034kN
        拟在4处支撑点，每处支撑点受荷为N1=345kN，
        b、选用型钢组合钢柱做支撑：4I18（3072mm2）
        Ns=3072*210*4/1000=2582kN>N1，满足对支撑与梁接触处增设油压千斤顶（500kN/台），给梁底预加部分预应力，以保证支撑与梁可靠受力。
        c、支撑范围
        地下室为筏板基础，为确保安全，支撑从地下室设置，到二层楼板底，型钢与梁、板上下缝隙采用钢板塞紧，型钢间采用L50X5作缀板连接，待加固支撑做好后方可对柱进行拆除。

        2.2.2砼墙加固置换
        砼墙采用半侧半侧加固置换或半段半段加固置换，根据加固设计规范，墙加固置换可采用分段施工，墙采用分块置换就是把缺陷分成若干区域有序置换，不一次全截面置换，极大地降低了安全风险，置换施工方式可按照以下要求：
        1）置换顺序：首先把拟置换砼的墙分为2-3个施工段，分别拆除低强度混凝土，浇筑高强度砼，然后再置换另外低强度混凝土，最后置换中间部位混凝土，每次置换区域的大小可根据工程具体情况而定。
        2）置换施工要求：置换混凝土前将拟置换的部分劣质混凝土清理干净，同时在清除混凝土的部位填充干净的石子，用模板将置换部分表面封堵，然后灌入高强灌浆料。封堵时应留灌浆孔和出气孔。按上述方式依次置换完毕。
        砼新旧接触面接缝处理方式按规范执行：即清洗干净、接浆、浇水养护。

        2.3置换施工方案
        置换加固对上部施工的影响
        在置换施工期间应停止上部施工或人员走动，
        待置换加固结束后可根据实测情况进行上部施工，并建议：置换加固KZ3在其砼达到C20时，可进行上部恢复施工，其柱在C20时承载力理论数据如下，（可供参考）
        砼C20，fc=9.6Mpa，钢筋As=10692mm2，fy=300MPa

        其时柱轴心抗压承载力值Ns为：

        Ns=0.9*0.5*（9.6*1050*1150+10692*300）=6660kN
        Ns>N1，可满足施工条件。经检测混凝土强度满足设计要求。
        三、施工期间及竣工后检测
        3.1沉降观测：
        施工时需要保证上部柱与墙面的变形在允许规范内，沉降观测是最简单直观的方法，施工期间共设置沉降点10个，分别针对5个部位的变形进行监测，砼墙体置换时设置构件变形观测点。
        根据施工的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等将测量偏差控制在规范允许的范围内，及时准确地为工程提供可靠的高程基准点，紧密配合施工，指导施工。
        在未有特除要求情况下，施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。
        各项观测指标要求如下：
        （1）往返较差、附和或环线闭合差：

        （2）前后视距：≤30m
        （3）前后视距差：≤1.0m
        （4）前后视距累积差 ≤3.0m
        （5）沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤1.0mm
        （6）水准仪的精度不低于N2级别。


        经过13期的沉降监测，未发现有大的沉降，施工期间基本没有变形。
        3.2经检测混凝土强度满足设计要求：

        四、结论与建议
        通过科学合理的施工，加固补强已施工结束，结构部分无任何变形裂缝，通过本次补强施工，证明在响水地区也可使用这种加固方式。
        1.理想的置换是零应力（或低应力）状态下的置换，即完全卸荷置换。因此，置换前应对被置换的构件进行卸荷。卸荷方法有直接卸荷和支顶卸荷。零应力是不可能的，只能采取支顶的方式，同时加强沉降监测，指导施工。
        2.在卸荷状态下将质量低劣的混凝土或缺陷混凝土必须彻底剔凿干净。对于外观质量完好的可用高强度树脂砂浆对其余部分进行抹面封闭处理。
        3.用于置换的新混凝土优先采用高强度灌浆料或环氧砂浆等。为增强置换混凝土与原基材混凝土的结合能力，结合面应涂刷混凝土界面剂一道，并在界面剂初凝前浇筑完置换混凝土。对于要求较高或剪应力较大的结合面，应置入一定的L型或U型锚筋。
        4.严格以技术指导施工，按照施工流程才能达到补强加固的目的。
        参考文献：
        [1].《工业建筑》2008年9期《置换混凝土加固含氯离子框架柱》（作者刘跃华高工）。