柱混凝土失去承载力加固置换处理技术的应用

柱混凝土失去承载力加固置换处理技术的应用

向鹏，左相飞，周家明

（重庆建工集团股份有限公司，重庆401120）

摘要：针对某综合楼工程B区负2层11/Q轴柱混凝土失去承载力，采用加固置换处理技术进行了处理，处理效果较好，满足使用功能要求。该文对该项处理技术措施、材料选择、施工工艺及方法等进行了详细介绍。

关键词：承载力；加固置换；使用功能；技术措施

1 工程概况

某综合楼工程设计A区共20层（地下2层、地上18层）、B区共6层（地下2层、地上4层），结构形式为框架结构；该工程修建于2010年3月8日，于2014年11月7日竣工后陆续投入使用至今。

（1）结构缺陷描述

2016年3月3日，使用单位发现B区负2层11/Q轴柱混凝土出现异常，柱子在梁下600mm至地面钢筋混凝土爆裂、钢筋压屈，混凝土强度严重不能满足设计要求，经检测单位对该柱区域的梁、板变形进行检测，四根梁压缩变形在10mm左右，处于临界值附近，但四根梁和板没有发现明显裂纹。

（2）结构设计参数

该柱下基础采用灌注桩，桩端持力层为中风化砂质泥岩，中风化砂质泥岩天然单轴抗压强度标准值均大于5.3MPa,基础、地基梁、桩帽、地下室底板的混凝土强度等级为C30，B区地下车库柱的混凝土强度等级为C50；柱支承两层上部结构梁、板、柱，柱断面设计为500mm×500mm，梁断面为300mm× 600mm，柱间距为6600～9000mm，层高为4.2m。

（3）结构现状分析

经过三方检测单位对缺陷柱同批浇筑混凝土区及11-17/ J-V轴范围柱采用全数回弹和抽样取芯检测，经检测全部合格；负2层11/Q轴柱混凝土取样在实验室进行化学分析，全截面均为轻浮物（经分析判断异常物为混凝土浮浆硬化物）、无碎石或砂等骨料，酥脆颜色呈黄白色，无强度，柱全截面分布，高约2.9m，根据上述分析该柱已不具备承受上部荷载的能力，须立即采取措施加固整改处理。

2 加固置换技术措施

2.1 置换前后内力分析步骤

（1）计算分析置换前柱原结构内力分布情况。

（2）研究确定置换柱后结构新的传力路径及计算简图，并计算分析其内力变化。

（3）比较前后内力计算结果，对承载力不足或变形过大的相关结构进行加固补强。

（4）根据置换柱后的内力计算结果，设计新的传力结构体系。

2.2 加固置换技术措施

（1）加固置换施工由具有特种施工资质的专业结构补强公司完成。

（2）加固置换施工过程中若发现原结构构件有开裂、腐蚀、锈蚀、老化以及与图纸不一致的情况，施工单位应进行记录检查结构损坏的程度，向设计人员报告。得到设计人员同意后方可继续相关的工作。

（3）工程施工前操作工人和相关技术人员必须完全理解加固置换的原理，部分结构拆除前需先行加固，确保加固构件拆除时不影响楼层构件受力性质。

（4）拆除前应对拆除区域上层结构进行支撑加固措施。

（5）施工时要注意加固材料对施工环境温度和湿度的特殊要求；按产品说明要求对材料存储和使用。

（6）加固置换柱截面尺寸由500×500调整为650×650。

3 加固置换材料选择

3.1 临时支撑材料

（1）临时主支撑型钢

采用HN300×150H型钢或D153×8无缝钢管，强度等级为Q235B，支撑型钢不允许任何形式拼接。

（2）临时主支撑斜撑

采用角钢L5×50或10×100mm钢带，强度等级为Q235B。

（3）钢垫板

采用10mm钢板，强度等级为Q345B。

（4）临时加强支撑钢管

采用Φ48的脚手架钢管对上一层结构和加固层梁、板进行支撑临时加固，下部用钢板底座，上不采用顶托进行。

3.2 加固置换结构材料

（1）焊条

采用手工焊时，采用E50XX焊条。采用埋弧自动焊时，选用的焊丝焊剂应与主体金属的强度相匹配；焊丝应符合现行标准《焊接用钢丝》GB1300-77的规定，具体可由施工单位根据具体焊机选用。

（2）混凝土

混凝土采用C55无收缩膨胀混凝土。

（3）其它材料（含钢筋等）相关指标应符合相关规范要求。

4 施工工艺及方法

4.1 工艺流程

现场准备→10-12/P-R轴范围封闭施工（该范围负一层、一层暂停使用）→脚手架支撑卸载→负二层11/Q轴柱混凝土异常物全面剔除、清理干净→植筋、布置主筋及箍筋→模板搭设→浇筑C55无收缩膨胀混凝土→拆模、加强养护→验收→恢复并投入使用。

4.2 临时支撑体系施工

（1）支撑计算

根据托梁换柱时荷载的传递和变换，计算拟置换层柱和上部各层的竖向承载力，再计算所需支撑的数量和支撑方式。

顶撑荷载经设计计算选用4个50t级千斤顶支撑。

（2）支撑安装

同步千斤顶顶撑卸载时，按荷载进行控制，当荷载或位移其中一项达到控制值时终止千斤顶加载，加载过程中一边加载一边用脚手架支撑（柱冲切锥体内加强脚手架支撑或钢管支撑）。其中，千斤顶顶撑位置为11/Q轴柱四周4根框架梁梁端柱冲切锥体内，脚手架支撑在11/Q轴柱冲切锥体内搭设满堂支撑架，双向跨距为450mm，步距为1500mm，具体情况如下（参考图1）：

图1 支撑示意图

①临时支撑安装位置尽量靠近拟拆除框架柱，又可以提供重新浇筑混凝土的施工空间为原则，以拟拆除框架柱边缘距0.5m作为临时钢支撑安装的位置。

②临时支撑的安装顺序为由下到上，即先制作安装底层钢支撑，安装底座钢垫板之前对结构底板进行找平，防止钢垫板受力不均匀造成的混凝土结构底板局部受压过大。

③根据结构负2层层高设置底层钢支撑的长度，框架梁下部安装厚度不小于10mm，受力面积不小于0.5m2的Q345B级钢垫板，并与钢支撑之间留有空隙，空隙处用塞子塞紧，使钢支撑与框架梁紧密接触，待加载后方可取下塞子，合理起到传递上部竖向荷载的作用。

（3）预加力实施

所用钢支撑预加力均采用50t手动千斤顶加载，4个钢支撑应分级同时加载，全部加载完成后对所有受力构件进行检查，无异常情况才能进行框架柱拆除工作。

4.3 原有异常混凝土拆除

（1）拆除原有框架柱之前，负1层以上楼面在拆除区域严禁施加外部荷载，包括人员逗留，并明确施工作业人员的安装撤离路线和安全防护措施。

（2）在距离拆除柱边500mm处框架梁下方设置百分表和水准仪观察框架柱拆除过程中结构变形、反弹和下扰情况，施工过程中由专人负责观察和记录相关数据，时刻掌握相关数据变化情况。

（3）剔除异常混凝土从距框架梁底600～700mm处，用錾子和手锤（严禁采用机械切割）将其异常混凝土凿断，再从上而下凿去异常混凝土，把异常混凝土剔除至正常混凝土区，清理干净，然后将原有柱主筋除锈保留，箍筋拆掉。

4.4 钢筋加固置换施工

（1）加固置换柱筋设计图(图2）。

图2 柱筋置换图

（2）检查原框架柱主筋的损伤情况，安排钢筋工调直原有主筋。

（3）新增柱主筋采用在桩基上植筋，植筋深度500mm，上部伸到梁、板底，再从上往下绑扎柱箍筋，钢筋绑扎完成后验收。

（4）新增受力钢筋、箍筋及其连接件与原构件的连接应符合设计及规范要求的相关规定。

4.5 模板施工

（1）钢筋绑扎完成，用水将置换区新旧混凝土结合处冲洗干净，再用麻袋布套水管充分湿润不少于8h后，方可进行模板施工。

（2）模板材料采用12mm胶合板，背枋采用40mm×80mm木枋，用普通钢管夹抱，与支撑梁板钢管拉结形成整体，间距下部为400mm，上部为600mm。

（3）由于加固截面小，混凝土浇筑不便，在柱中部一侧便于操作的部位留设缺口，安装斜槽漏斗，用于浇筑、振捣、检查柱下部混凝土，待初凝后将柱侧多余部分混凝土打磨掉；柱上部混凝土浇筑采用在负1层楼板开150mm×200mm孔洞，用于浇筑、振捣、检查柱上部混凝土。

（4）模板支架的搭设不应影响原结构的安全，且便于施工操作、拆卸。

（5）模板与原构件的搭接周边应封闭密实，防止混凝土浆外漏。

4.6 混凝土施工

（1）新旧混凝土包裹区，打掉棱角，清除混凝土表面的油污、浮浆，用錾子或砂轮打设沟槽，沟槽方向垂直于构件受力方向，深度约为4～6mm，间距不应大于150mm，并将灰尘清理干净。

（2）浇筑混凝土前，新旧混凝土界面采用高压水冲洗干净并保持混凝土浇筑前湿润。

（3）混凝土应采用C55无收缩膨胀商品混凝土。

（4）由于混凝土用量较少不足2m2，在监理工程师见证下，现场按规范要求留置标准和同条件养护试件。

（5）浇筑完毕后采用塑料布将全部表面覆盖严密，并保持塑料布内表面有凝结水。

4.7 模板、支撑拆除

（1）为保证结构安全，在新浇柱身混凝土达设计值的100%后方可拆除临时支撑和柱模板。

（2）拆除临时支撑应对4个钢支撑同时进行卸载，卸载宜分级进行并观察结构变形情况，无异常情况方能完全卸除临时支撑。

4.8 验收

加固置换混凝土达到设计强度，施工单位进行自检合格，相关的技术资料收集整理完成后，通知相关单位进行验收，验收合格方才恢复使用。

5 结语

经过上述对该柱失去承载力进行加固置换处理后，对该区域使用期间进行结构变形观测，结构稳定，无变形，满足使用功能，达到预期处理效果。

参考文献：

[1]四川省建筑科学研究院.GB50367-2006混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]重庆市建设工程质量监督总站，重庆市建筑科学研究院.DBJ50-049-2006重庆市混凝土结构加固施工及验收规程[S].重庆市建设委员会，2006.

[3]中国建筑科学研究院结构所.06SG311-1混凝土结构加固构造[S].中国建筑标准设计研究院，2007.

责任编辑：孙苏，李红

Application of Reinforcement and Replacement for Column Concrete Losing Bearing Capacity

Abstract：The column concrete of 11/Q,underground second floor in district B of a complex project loses bearing capacity and it's treated with reinforcement and replacement technology,with good results and functional requirements satisfied.This paper introduces in detail the technical measures, materials selection and construction technologies and methods.

Keywords：bearing capacity;reinforcement and replacement;utilization function;technical measures

中图分类号：TU744

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）12-0029-03

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.029

收稿日期：2016-10-02

作者简介：向鹏（1963-），男，重庆人，本科，高级工程师，主要从事建筑技术管理工作。

左相飞（1985-），男，重庆人，本科，工程师，主要从事建筑技术管理工作。

周家明（1965-），男，重庆人，本科，高级工程师，主要从事建筑技术管理工作。