置换混凝土在高层框架柱加固中的应用实例

罗文佑　胡建平*

(中南大学后勤保障部，湖南 长沙　410083)



置换混凝土在高层框架柱加固中的应用实例

罗文佑胡建平*

(中南大学后勤保障部，湖南 长沙410083)

根据某高层框架柱的实际情况，选取了置换混凝土加固方案，并从临时支撑设计、混凝土凿除及浇筑、施工过程监测等方面，阐述了具体的实施方法，最终取得了良好的加固效果。

框架柱，置换混凝土，临时支撑，沉降监测

0　引言

混凝土加固技术主要可以分为直接加固法和间接加固法。其中直接加固法主要包括增大截面法、外包钢法、外包碳纤维布法、HPFL法以及置换混凝土法等，间接加固法主要有增设支点法以及预应力加固法等[1]。

置换混凝土法是指对于结构中承载力不足或者出现严重质量缺陷的混凝土构件，将构件的原有混凝土进行凿除，而后用高强度的混凝土灌浆料进行置换的一种加固技术，在工程上已经有很多应用[2,3]。

1　工程概况

某在建写字楼为地下2层，地上20层的框架剪力墙结构，建筑总高度83.35 m，抗震设防烈度6度，该建筑3层局部平面见图1。由于管理和操作上的失误，当施工至第10层时，技术员在例行检查中发现第3层1-10×1-A轴～1-10×1-L轴内的4个框架柱混凝土外观色泽异常，且个别柱存在开裂现象，后经专业技术人员检测发现该批混凝土设计强度为C50的框架柱实际强度最低只有12.1 MPa(各柱混凝土强度检测结果见表1)，强度降低非常严重，必须马上采取加固处理措施。

表1　第3层部分框架柱混凝土强度检测结果

MPa

2　加固方案的确定

加固设计单位针对该工程问题提出了几种加固方案以供选择，各方案的优缺点对比如表2所示[1,4]。

通过对各方案的优缺点进行对比分析：由于采用置换混凝土法进行加固效果最为直接，能够从根本上将该问题解决，而且加固费用和工期适中，故最终选择此方案。

表2　各加固方案优缺点对比

3　置换混凝土加固方案

3.1临时支撑的设计

对柱混凝土进行置换前，首先要在柱的四周设置临时支撑，对柱承受的荷载进行卸载。然后把有缺陷的混凝土凿除，之后重新浇筑新的混凝土，等到新浇筑混凝土的强度达到了设计强度后再将临时支撑拆除。选择恰当的临时支撑是保证置换混凝土施工安全的关键，考虑可靠性、成本、工期等因素，临时支撑主要有型钢柱、现浇混凝土柱以及预制混凝土柱等几种。经计算和比较，本工程选择型钢柱作为临时支撑。

经过计算，本工程中在最不利情况下柱子承受的最大荷载约为5 078 kN,在柱子四周的梁端各设置2个型钢柱作为支撑，从2层开始一直设置到5层，钢柱上下端口与厚度为10 mm的钢板焊接牢固，钢柱与混凝土梁之间通过钢楔子楔紧，从而达到对柱承受的荷载进行卸载的目的。通过查阅相关规范[5-8]，选择热轧H型钢HW300×200×8×12(A=73.03 cm2，Ix=1 140 cm4，Iy=1 600 cm4，ix=12.5 cm，iy=4.69 cm)作为型钢支撑。经过计算，其刚度和稳定性均能满足规范要求。型钢支撑的布置图及大样图如图2，图3所示，实际施工图如图4所示。

3.2混凝土的凿除及浇筑

由表1可知，1-10×1-G轴柱的实测强度为29.0 MPa，经计算，此柱可不全部置换，保留芯柱。而其他三柱则由于强度太低，拟将其全部置换。

由于该工程中柱子承受的竖向荷载较大，柱截面的面积也较大，如果将柱混凝土一次性凿除，尽管设置了支撑，仍可能使得柱内钢筋变形过大，为减小此不利影响，对柱混凝土进行分批置换，在第一批置换的混凝土强度达到设计要求后再进行第二批的置换，如此既能保证结构安全，又不致使得钢筋变形过大。经过计算确定，将待置换混凝土分成两个部分分别进行置换，保留芯柱的1-10×1-G轴柱按照JGZ2方案进行置换，其余三柱按照JGZ1方案进行，详细置换方案如图5，图6所示。

混凝土凿除完成后，在浇筑新的混凝土之前，应在新老混凝土的交界处涂刷一层界面剂。支好模后，在模板顶部开一小孔，将自密实混凝土灌注进去。配制自密实混凝土时，应在其中加入适量减水剂以及膨胀剂，以尽可能的减小混凝土的收缩。在浇筑

的时候应该一次性完成，并使浇筑口高出置换顶端100 mm以上，以保证浇筑密实。混凝土凿除和支模浇筑施工图如图7,图8所示。

3.3施工过程监测

施工期间在加固柱上设置了若干个沉降监测点。采用精密水准仪进行观测，将水准仪安置在不受置换施工影响的远端。施工结束后柱子的最大沉降值为0.93 mm，不会对房屋安全造成影响。对被置换柱周边各构件裂缝进行实时观察，没有发现明显的裂缝产生[9]。加固完成后，该写字楼的建设即恢复正常施工，此后没有再产生任何不良情况。

4　结语

工程中，当柱子混凝土强度偏低以及局部混凝土质量有严重缺陷时，使用置换混凝土法进行加固不失为一种好方法，结合上述工程实例，将结论主要总结为以下几点：

1)临时支撑的合理设置是确保加固安全的关键，必须精心设计计算。

2)如果柱的承载力及截面面积较大，可对拟置换混凝土采取分批置换，此举可降低加设临时支撑的施工难度及费用，且安全性也更有保障。

3)施工过程中，需要对与置换柱相连的梁板的变形和裂缝进行监测，确保施工的安全。

[1]苏志兰.混凝土加固技术的研究及应用[J].江西科学,2013,31(4):516-520.

[2]李永红.钢筋混凝土框架柱的置换加固施工[J].安徽建筑,2015(5):65-66.

[3]袁茂生,林力勋,袁成,等.某超高层建筑钢管高强混凝土柱置换加固技术[J].施工技术,2014,43(10):46-49.

[4]潘立.高强材料置换外周截面加固混凝土柱试验研究[J].建筑结构,2014,44(11):1-7.

[5]GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[6]GB 50367—2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[7]GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[8]GB 50017—2014，钢结构设计规范[S].

[9]GB 50204—2015，混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

Application example of concrete-replacing method in reinforcement of tall frame column

Luo WenyouHu Jianping*

(LogisticSupportDepartment,CenterSouthUniversity,Changsha410083,China)

According to actual conditions of the high-rise frame column, the paper selects concrete-replacing reinforcement scheme, and describes specific implementation methods from aspects of temporary support design, concrete punching and grouting and construction process monitoring, and finally achieves good reinforcement effect.

frame column, concrete-replacing, temporary support, subsidence monitoring

1009-6825(2016)23-0101-02

2016-06-09

罗文佑(1959- ),男，工程师

胡建平(1973- )，男，高级工程师

TU375

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