框架结构建筑改建中的托梁拔柱施工技术

倪浩群

上海市奉贤区建筑建材业管理所 上海 201400

1 工程概况

上海某建筑为商务办公楼，主体为8层框架结构，已竣工使用3 a。现因业主要求，需将原结构顶层局部改为多功能展示厅，为满足建筑物大空间的使用要求，顶层中C轴与5轴相交处的框架柱须拔除（图1），使得原结构主要受力方向上的梁（C轴的梁）跨度由5.60 m变为11.20 m，整根梁的受力特性发生了实质性的变化，必须对该梁进行加固处理。

图1 顶层结构平面布置示意

2 改造方案

由于顶层托梁拔柱后对其他楼层影响较小，对梁端支撑柱的承载力增大要求不高，故本工程的托梁拔柱加固具有可操作性。只是在考虑该结构托换方案时，必须严格控制托换结构的变形，避免或减少原框架内力变化，以保证原框架荷载通过托换结构能安全地向基础和地基中传递。

基于上述原因，同时为了降低托换梁的高度和控制托换梁的变形开裂，决定采用加大梁截面并加设体内预应力来对托换梁进行加固，以预应力反拱主动作用抵消托换梁在托换荷载作用下产生的挠度变形，减小裂缝宽度[1]。

3 施工步骤

1）在4-6轴梁及4-6轴/B-E轴楼板区域内搭设满堂钢管支撑脚手架及施工脚手架。

2）脚手架搭设完毕后，先对C轴与5轴相交处的框架柱混凝土进行部分凿除，再对需要穿设预应力筋的梁进行定位开孔，最后对需要增加截面的托换梁表面进行凿毛。

3）按照要求的定位尺寸进行弹线标示，并在相应位置进行化学植筋，然后绑扎、焊接钢筋，布置预应力筋。

4）为了新老混凝土界面能更好结合，对托换梁梁底加设M10膨胀螺栓。

5）钢筋工程结束后开始支模，因业主要求不能对原屋面板进行开洞，故需在模板侧面进行人工开孔，以便浇筑混凝土托换梁，同时应确保模板支撑的稳定性，不得出现跑模、变形、移位等情况。

6）灌浆料浇筑24 h后可将侧模拆除，每天进行洒水养护。

7）待灌浆料强度达到75%以后，先对称张拉上排4束预应力筋；待柱子切除以后，再张拉全部预应力筋，原先张拉过的预应力筋还需补拉，以达到规定的张拉力。

8）预应力张拉完毕后，拆除底模和支撑。

4 施工工艺要求及关键技术

4.1 梁板支撑

为了使新老混凝土协同受力，加固托换梁结构体系内力应在低应力（甚至零应力）状态下进行加固。本工程采用满堂钢管支撑卸载，以保障加固的有效性及施工过程的安全性。

排架支撑采用φ48.00 mm×3.60 mm钢管进行满堂搭设，扣件连接。

4.2 柱边凿除范围及工艺要求

凿除施工开工前，必须依据施工图纸要求将需要凿除的部分弹出红线，具体施工如下：

1）柱顶凿除以不破坏未凿除部分的混凝土为前提，凿除施工应分2步进行。第1步：利用机械进行表面凿除，在距离需要凿除的表面尚有5 cm时停止；第2步：采用人工进行精细剔凿，将表面剔凿平滑，保证结合面混凝土不受破坏（图2）。

图2 柱边凿除范围示意（阴影部分）

2）柱边混凝土凿除顺序应自上而下，凿除后须将露出的柱头主筋及箍筋用气割割除。

4.3 加固梁主筋及箍筋施工工艺要求

由于拔柱后梁跨度是原梁跨度的2倍，须通过加大梁截面和增加梁底主受力钢筋来保证梁的抗弯刚度和承载力，使拔除柱的荷载安全传递给梁端支承柱。具体施工如下：

1）为了新老混凝土界面能更好结合，在托换梁梁底加设M10膨胀螺栓，间距500 mm。

2）植筋施工：旧混凝土面凿毛→定位钻孔→钻孔清洗→注浆植筋→固化保护。

3）加固梁两侧箍筋与原梁箍筋采用焊接工艺进行连接，要保证单面焊焊接长度达10d以上，因此在焊接之前应先进行侧面混凝土保护层及梁底混凝土保护层的凿除，凿除应采用人工剔凿法（图3）。

图3 加固梁箍筋连接示意

4.4 预应力施工工艺及质量要求

预应力加固法的受力特点属主动受力，主要是通过钢绞线的张拉让混凝土收拉区主动受力，相当于在原构件基础上施加1套与恒载和活载产生的相反效应的等效荷载，可从根本上提高构件的承载能力和控制裂缝及挠度能力，并缩小甚至闭合裂缝。

本工程预应力梁采用无黏结预应力钢绞线（规格：1 860 MPa级、φ15.24低松弛），锚具采用STM15-P挤压锚（规格：Ⅰ类）。其张拉步骤具体如下：预应力钢绞线、锚具进入现场必须核对质保书和进行外观检查，且在使用之前进行拉力试验检测；灌浆料强度必须达到设计强度的3/4后才能开始预应力筋的张拉；张拉设备（千斤顶与压力表）必须配套标定、配套校验、配套使用，且在法定计量技术机构检测的有效期限内，张拉用压力表精度为0.40；张拉前应先去除钢绞线端头保护套，擦除表面油脂，清理端头及穴模后安装锚环及夹片；安装千斤顶，连接好油路系统。张拉到初应力（张拉控制应力的10%）时，第1次记录千斤顶伸长值，然后继续张拉至控制应力，持载2 min后第2次测量伸长值。核算伸长值是否符合要求，若符合要求，则将锚固回程卸载并降下千斤顶，完成张拉工作；张拉过程中应严格控制张拉力，同时校核张拉伸长值，若实际伸长值与计算伸长值的偏差超出允许偏差值-6%～+6%，则应立即停止张拉，排查原因并采取相应的技术措施后继续张拉。

本工程采用φ15.24 mm钢绞线，钢绞线强度标准值为1 860 MPa，其张拉控制应力取值为钢绞线强度标准值的0.65倍，则钢绞线张拉控制应力fptk=1 209 MPa，每根预应力束张拉控制应力=fptk×钢绞线截面面积×1.03=174 337 N≈174 kN。张拉后应立即对无黏结预应力筋进行封端保护：采用砂轮锯切除多余预应力筋，锚具外露长度≥30 mm，不得用电焊烧断；锚具外涂专用防腐润滑脂并罩上专用塑料套；用微膨胀细石混凝土浇筑张拉端后浇部分以保护锚具。

4.5 自流早强灌浆料施工工艺

由于加固梁加大截面的宽度有限，同时在加大截面的部位钢筋和钢绞线非常密集，再加上业主要求原梁板截面不能开洞，所以如何保证加大截面混凝土的浇筑质量亦是本工程的施工难点。

本工程从材料、施工工艺等方面予以解决：

1）灌浆料选用专门配制的H-J45灌浆料。H-J45灌浆料具有与老混凝土黏结性能好、流动度较大、无收缩、早强、高强的性能，浇筑后不需要振捣，具有质量可靠和施工方便的优点。

2）由于只能在模板侧面开孔浇筑混凝土梁，对新、老混凝土之间可能出现的空隙，本工程采用结构胶对结合面进行二次补偿注胶以增加两者的连接[2]。

5 结语

由于托梁拔柱施工专业性强、技术要求高、施工难度大，因此，强化托换结构的加固设计以及施工过程中各环节的管理和监控，是保证托梁拔柱施工安全可靠的关键。

本工程在方案选择、工艺实施、布点监控等方面均进行了优化，将化学植筋、后张拉预应力、自流早强灌浆料等多种技术手段引入施工，并将现场各阶段跟踪监测的数据与理论计算值进行比对，结果基本吻合，顺利完成了本次托梁拔柱的改造加固，为类似工程的施工积累了宝贵的经验[3]。