工业遗址改造中烟囱体内隐形锚杆加固技术研究

汪方勇，吴 真

(江苏筑镹营造科技有限公司，江苏 南京 210019)

1 工程概况

巴库为阿塞拜疆共和国首都，为保存城市建设与工业历史发展的联系，保留了拟建大型商业综合体地块中的工业烟囱(见图1)。为充分展现工业遗址与新建商业综合体的协调性，以工业烟囱为中心，设计了双子塔建筑(见图2)。烟囱高56m，底部直径约5m，顶部直径约3m，下部为八边形构造，上部为圆台形构造。受多种因素影响，烟囱局部存在缺失砖块及竖向开裂等情况，但烟囱整体仍坚固、稳定。经多次研讨、论证，最终采用体内隐形锚杆加固技术保证烟囱安全。

图1 烟囱原貌

图2 项目效果

2 病害分析

烟囱内部砖块因高温灼烧已出现局部釉面，在热胀冷缩的交替作用下出现多条浅表裂缝，对内部砖块强度造成影响。受地震作用等影响，烟囱壁出现明显的竖向裂缝(见图3)。在风荷载长期作用下，烟囱顶部砖块剥落(见图4)。受雨水侵蚀作用，烟囱基础砖块出现风化、酥损现象(见图5)。

图3 烟囱竖向裂缝

图4 烟囱顶部砖块剥落

图5 烟囱基础砖块风化

3 烟囱加固要求

针对烟囱现状，提出以下加固要求。

1)避免发生烟囱意外倒塌或人身伤害事故。

2)保证原结构安全，不能影响烟囱历史原貌，不能造成二次损伤。

3)解决已有结构病害，综合考虑地震、风荷载等的影响。

4)避免商业综合体施工对烟囱造成影响。

4 体内隐形锚杆加固技术

4.1 体内隐形锚杆组成部件及其作用

体内隐形锚杆由不锈钢杆件(强度高、耐腐蚀)及包裹着无机质水泥基浆料(易于流动，强度适中，无收缩)的衬套组成。不锈钢杆件起抗拉、抗剪作用，如果与体内光纤感应器配合使用，可起到监测构件内部应力变化、预警结构安全的作用。无机质水泥基浆料起锁键咬合、提升锚杆整体抗拉强度的作用。衬套具有约束浆料的作用，防止因浆液过量注入而对孔壁周围基材产生侧向压力，且可减少对建筑物表面的污染。衬套在注浆压力作用下产生的鼓胀可使其与孔壁凹凸面形成有效的锁键咬合，增强锚杆整体抗拉性能。

4.2 钻孔要求

体内隐形锚杆施工时要求在结构基材上精准钻孔，钻孔角度需精准控制，不得采用对基材稳定性产生扰动的锤击或钻孔方式，多采用水钻和干钻钻孔。如有内、外装饰或构件内部存在土体填料时，须采用无水干钻钻孔。

4.3 技术特点

采用体内隐形锚杆加固技术时，锚杆植入与受力均发生在建筑物构件内部，不会对建筑物表面产生影响，有利于保存建筑物历史原貌。在砌体基材自身结构稳定的情况下，锚杆未参与过多的受力，尤其是竖向锚杆。当存在基础沉降或受地震、风荷载作用时，锚杆参与受力，以起到保护原结构的作用。

对烟囱原结构及加筋后的结构进行受力分析，以确定锚杆数量、锚杆布置间距、锚杆直径、钻孔直径、锚固深度、锚固角度，并分析钻孔可行性，保证原结构安全。

4.4 施工要点

为增强建筑物整体抗震、抗风性能，自烟囱顶部至基础设置8根竖向锚杆(采用通长杆件)。为解决地震导致的结构竖向裂缝病害，采用横向锚杆对开裂受损部位进行拉结。为减小新建建筑施工对烟囱的扰动，并提高烟囱基础承载能力，对基础进行扩大处理。

为减少施工成本，降低施工风险，对于烟囱上部圆台形主体结构，自上而下分别布置24，12，18m长锚杆进行加固，每段锚杆采用同材质的不锈钢套筒连接件进行连接。根据锚杆受力及长细比要求，24m长锚杆采用φ27mm不锈钢杆件，钻孔孔径为101mm；12m长锚杆采用φ33mm不锈钢杆件，钻孔孔径为86mm；18m长锚杆采用φ33mm不锈钢杆件，钻孔孔径为101mm(见图6)。

图6 锚杆布置

为增强下部八边形承台的承载能力，并提高烟囱整体抗震性能，布置8根15m长竖向锚杆(采用φ33mm不锈钢杆件，伸入原有基础内部)，钻孔孔径为85mm。

为增强烟囱基础承载能力，采用钢筋混凝土对基础截面进行扩大，且新旧基础采用钢筋锚接，形成整体受力体系。烟囱原基础采用强度较低的烧结砖制成，传统浅埋深植筋工艺无法满足新旧基础抗拉强度要求。为此，植入砖块部分采用体内隐形锚杆加固技术进行处理，锚杆长6m，采用φ25mm不锈钢杆件，钻孔深度为3m，钻孔孔径为40mm；新浇筑混凝土部分采用裸筋处理，并与新基础内的钢筋进行绑扎连接。

采用短锚杆对烟囱壁竖向裂缝进行横向加固，防止裂缝继续发展。短锚杆采用φ16mm不锈钢杆件，钻孔孔径为40mm。

钻孔施工与锚杆安装难度较大，为保证原结构绝对安全，且不发生人身伤害事故，沿烟囱外侧搭建钢结构操作平台(见图7)，对烟囱进行支撑、保护，既可保证施工人员安全，方便施工，又便于锚杆位置、钻孔角度的确定。

图7 钢结构操作平台

加固过程中及加固完成后通过内置光纤感应器对结构变形、建筑物稳定性进行实时监测。

5 结语

作为传统锚杆加固技术的衍生运用，体内隐形锚杆加固技术可有效增强原结构抗压、抗拉、抗剪性能，无机质水泥基浆料具有抗老化及防火性能，不锈钢杆件具有防腐性能。整个加固过程在建筑物构件内部完成，不会对建筑物表面产生影响，且快速、高效，不受模板限制，满足对原建筑影响小、保持历史原貌的修缮要求。当主体结构受荷载作用时，尤其是横向水平荷载，可通过竖向锚杆使主体结构具有抵抗水平荷载的能力，有效保证原结构稳定。横向锚杆可连接破损开裂的砖、石，使结构整体受力。

采用体内隐形锚杆加固技术时，通过计算机软件进行计算分析等，可实现设计分析可视化，加固过程可控制，加固结果可监测，符合我国文物建筑、近现代历史建筑结构加固要求，具有推广应用价值。