加固组合技术在混凝土结构质量事故处理中的应用

2020-09-05周红萍安徽建工集团股份有限公司建筑设计研究院安徽合肥230000

安徽建筑 2020年9期

周红萍（安徽建工集团股份有限公司建筑设计研究院，安徽合肥 230000）

随着中国建筑业的高速发展，加固技术在改、扩建工程及新建工程的质量事故处理中得到广泛应用。例如：老旧工程的改、扩建，建筑使用功能的改变，导致实际使用荷载超过原设计的使用荷载；房屋使用功能改变，导致抗震设防类别提高；建筑工程施工过程中的缺陷，导致结构需要加固等等。加固技术方法较多，本文就某办公楼结构质量事故处理工程，简述混凝土结构多种加固技术的具体组合运用。

1 工程概况

某办公楼地上23层，地下2层，为框架-剪力墙结构，框架和剪力墙的抗震等级为二级，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，嵌固端设在正负零地下室顶板，框架柱混凝土强度等级三层以下C60，以上C55～C30，地下室梁板的混凝土强度等级为C35。由于主楼负二层框架柱（墙）与梁板混凝土强度设计的相差超过一个等级，为确保柱头部位混凝土强度达到设计要求，设计要求梁柱节点做法如图1、图 2。

图1 梁柱节点做法

图2 框架柱柱头水平裂缝

该项目竣工验收时发现地下室负二层有2根框架柱柱头出现水平裂缝，柱头缺陷处，柱角崩裂、竖向开裂，通过对被测负二层框架柱受损程度的检测，发现距负二层顶板底约1000mm处柱头有厚度约为25mm～110mm砂浆缺陷层，柱西侧面存在数道长度较短（约200mm～250mm）竖向裂缝，裂缝位于柱头缺陷处下方，裂缝基本与该侧主筋位置重合，测得裂缝最大宽度约为0.10mm，裂缝深度约为28.0mm（基本与柱主筋保护层厚度一致），发现柱脚有混凝土崩裂，无钢筋外露现象。

被测负二层框架柱柱头部位混凝土内部密实性根据规范要求在被测框架柱混凝土表面平整、清洁部位布置超声测点，布置区域主要位于柱头梁下部位（检测高度约为800mm～900mm），框架梁测点网格间距为150mm×150mm、200mm×150mm两种。采用对测和斜测相结合的方法对混凝土密实性进行检测，观测结果表明框架柱均存在声速值及波形异常情况，异常测点主要位于砂浆缺陷层上方一排测点，波形异常部位混凝土存在明显的内部孔洞缺陷，现场通过在负二层框架柱柱头部位钻取芯样发现缺陷砂浆层贯穿这个柱截面。

被测负二层框架柱截面尺寸、主筋根数及箍筋间距等均符合原设计要求，被测负二层框架柱顶点层间侧向位移值满足现行国家规范要求。

被测负二层框架柱柱身部位现龄期混凝土强度推定值均达到设计强度等级C60要求，框架柱柱头部位现龄期混凝土强度推定值在（53.0～53.9）MPa之间，砂浆缺陷层贯穿整个柱截面且未达到设计强度等级C60要求。

2 加固处理原理分析

经过检测，被测两根框架柱柱头100mm左右砂浆缺陷层为施工润泵砂浆夹杂到柱混凝土所致，经复核被测框架柱柱头部位混凝土出现崩碎、开裂等均系结构受力引起，结构构件存在安全隐患。因此必须及时加固处理。

经查计算结果，负二层两根有缺陷框架柱均为边柱，柱截面900mm×900mm，框架柱的抗震等级原设计负一层为二级，负二层为三级，柱轴压比分别0.69、0.81，缺陷层约100mm 厚，在长期竖向荷载作用下，强度不均匀的缺陷层有压溃趋势，产生内力重分布，周边一道框架梁出现斜裂缝。为确保结构安全，迅速对框架柱缺陷层范围外包钢板先期处理，对框架柱有束箍作用，同时能作为缺陷上下部传递竖向荷载的桥梁，有效地传递竖向荷载，避免在高应力作用下缺陷部分继续受压变形加剧原柱的损伤破坏，外包钢板与原混凝土柱之间采用压力灌注结构胶灌注密实，为了后期柱周边新增钢筋混凝土后浇层能有效的与原柱共同受力，在外包钢板侧面焊接直径19的栓钉，长度75mm，栓钉间距200mm，具体做法详图3。

图3 框架柱缺陷先期外包钢板处理立面详图

第二步对缺陷柱采取加大截面法，偏安全的按等截面替代加固原框架柱，计算以箱型柱建模计算，按计算结果配置纵筋、箍筋。为保证原框架柱的竖向荷载有效传递到外包箱型柱上，首先在缺陷位置外包钢板外焊接栓钉（详见以上说明），其次考虑二次受力扩散效应，本工程加固的外包箱型柱往缺陷所在层上一层延伸了一层，同时对外包箱型柱与原柱结合处严格按照《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB 50550-2010）要求采取凿毛处理加强协同工作能力以达到有效传递竖向荷载的目的，具体做法如图4。

图4 加大截面法具体做法

第三步对出现斜裂缝的框架梁在梁侧、梁底粘贴碳纤维加固处理，同时对裂缝采用有恢复截面整体性及补强要求的裂缝修复胶灌注密实，或采用裂缝封闭胶对裂缝进行表面封闭处理。

3 加固处理施工注意事项

3.1 裂缝修复技术

裂缝宽度小于等于0.20mm时，采用裂缝封闭胶对裂缝进行表面封闭，施工步骤如下：①沿裂缝走向，在裂缝中作出临时性标志以保证打磨后能找到裂缝；②对裂缝两侧各100mm范围内的原构件表面进行打磨，直至露出坚实的骨料新面；③将混凝土表面的油渍、污垢清理干净后采用压缩空气清理灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物；④采用工业丙酮擦拭一遍后涂抹裂缝封闭胶。

裂缝宽度大于0.20mm时，采用裂缝修复胶对裂缝进行灌注修复补强，施工步骤如下：①沿裂缝走向，在裂缝中作出临时性标志以保证打磨后能找到裂缝；②对裂缝两侧各100mm范围内的原构件表面进行打磨，直至露出坚实的骨料新面；③将混凝土表面的油渍、污垢清理干净后采用压缩空气清理灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物，再采用工业丙酮擦拭一遍；④按裂缝走向布置针筒注胶嘴及其底座同时设置排气嘴，针筒注胶嘴设在裂缝交叉处、裂缝较宽处和端部同时控制间距在100mm～300mm；⑤注胶嘴的底座上抹一层厚约1mm的环氧胶泥，再骑缝粘贴在预定的位置上，注胶嘴底座之间的裂缝表面应采用封闭胶封闭；⑥封闭胶固化后进行压气试验，检查密封效果，观察注胶嘴之间的连通情况，若有不通气的注胶嘴应重新埋设并缩短其间距；⑦配置裂缝修复胶，并按产品使用说明书的注胶压力对裂缝进行压力注胶；⑧当上部注胶嘴或排气嘴有胶液流出时，应及时关闭上部注胶嘴，并维持压力1min～2min，待封内的胶液初凝时立即拆除注胶嘴和排气嘴，并用环氧胶泥将嘴口部位抹平、封闭。

3.2 外包钢板灌注结构胶加固技术

本工程先期外包钢板是为了暂时消除原柱继续损伤隐患，故施工重点是快速有效地形成外包钢板传力桥梁，同时在施工过程中不能造成原柱的二次削弱，施工步骤大略如下：凿除加固处的粉刷层至混凝土表面不得损伤原混凝土，将混凝土表面打磨平整，除去表面浮浆等杂质；钢板根据图纸要求施按现场实际尺寸下料；将已除锈和粗糙处理的钢板贴附于柱表面，用卡具卡紧，再将其与相邻面钢板焊牢，用环氧胶泥将钢板周围封闭，留出排气孔，并在有利灌浆处做灌浆嘴。待灌浆嘴粘牢后，用压力将环氧树脂浆从灌浆嘴压入；当排气孔出现浆液后，停止加压，以环氧胶泥堵孔，再以较低压力维持10min以上方可停止灌浆，钢板结构胶灌注完毕后不得再在钢板上进行焊接操作。

3.3 碳纤维加固技术

碳纤维加固施工的重点是原混凝土面的基层处理，其直接影响碳布的作用效果，其施工步骤大略如下：首先凿除框架梁表面的粉刷层至混凝土基层；对原混凝土基层严格按照《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB 50550-2010）要求进行处理；碳纤维下料和粘结期间要保持碳纤维材料的干净整洁，严防褶皱、受损。拌胶的配比和操作严格按产品说明进行，搅拌充分和均匀。粘结时保证碳纤维胶密实无气泡，厚度合适且均匀；碳纤维布胶能充分浸透碳纤维。碳纤维布多层粘结时要分层进行；最后一层碳纤维布表面应均匀面涂一层。保证粘结平整，应尽量少搭接，无褶皱和扭曲。碳纤维胶固化期间应严防受到干扰按相关要求进行表面防护处理。如果需要进行粉刷防护，在面涂层进行拍砂处理，拍砂施工不得影响已粘贴的碳纤维。

3.4 植筋技术

本工程基础形式为大直径人工挖孔桩，加大截面的框架柱为单桩承台，新增箱型柱纵筋通过植筋锚固于原承台内，植筋施工步骤如下：首先按设计要求的孔位、孔径、孔深钻孔；用吹风机与刷子清理孔道直至孔内壁无浮尘水渍为止；要求钢筋必须顺直，植筋前应对原钢筋进行除锈，且除锈长度大于植筋长度；注胶采用粘胶灌注器边注边缓慢拔出灌注器。将处理好的钢筋旋转缓慢插入孔道内，使植筋胶均匀附着在钢筋表面及螺纹缝隙中；钢筋锚入后按建议固化时间等待药剂固化，期间不要对钢筋碰撞或敲击；植筋时，其钢筋宜先焊后种植；若有困难必须后焊，其焊点距基材混凝土表面应大于15d，且应采用冰水浸润的湿毛巾包裹植筋外露部分的根部。