既有整毛石砌体墙的墙体加固技术分析

朱远浩，周 天，苏文庭，阙志斌

（1.福州大学土木工程学院，福建 福州 350108； 2.福建泉大建设有限公司，福建 厦门 361000； 3.厦门大同建筑工程有限公司，福建 厦门 361000）

石砌体是村镇建筑中最主要的结构形式之一，在我国东部沿海、华北太行山及东北地区等地区都有着较为广泛的分布。尤其是在福建省沿海地区，花岗岩分布广泛，蕴藏丰富，石结构的建筑尤为普遍，形成独特的民居文化。

石结构建筑石墙采用整毛石进行砌筑，基础及其上部结构的墙、梁、柱、楼板以及非结构构件皆采用石材制作。通过对福建沿海闽南地区石结构建筑实地调研发现，泉州市石结构房屋所占比例高达80%，且大部分分布在农村地区。江道镨指出尤其以闽南石结构结构最为集中，保有量至少占村镇建筑总量的60%。

福建沿海地区紧邻地震最为活跃的台湾地震带，地处长乐-诏安地震断裂带中部，历史上主要受此断裂带两端地震活动的影响，自19世纪以来，已有多次地震对该地区造成了不同程度的破坏。近年来，台湾海峡地震频发，福建沿海地区震感强烈，应高度重视建筑的抗震设防。为了使人们免遭或尽可能少遭受地震破坏的灾难，村镇建筑抗震防灾工作已经成为国家防灾减灾的重点工作之一。

1 福建省石砌体结构的主要特点及存在问题

据统计，整个闽南地区有2000多万平方米的石结构房屋，居住人口约200万。在抗震性能方面，同样由于石材自重大、刚度大，其地震反应也大，变形能力很小，抗拉、抗剪、抗扭等受力性能也很差，这就决定了石砌体结构的抗震能力是先天不足的。闽南石结构民居采用横墙承重体系，部分山墙墙体单薄，仅用一皮料石砌筑，墙厚约210 mm（如图1所示）。作为承重墙的山墙不仅需要承受其自身的重量，还要承受梁板传递下来的荷载，同时山墙单薄的特点会削弱墙体抗震性能。

图1 墙体厚度较小

福建省闽南地区石砌体结构房屋墙体大多采用整毛石加垫片甩浆法砌筑，即“无坐浆、加垫片、后勾缝”的有垫片干砌甩浆的砌筑方法。在“干砌”过程中以灰缝中大小不一、摆放随意的石垫片作为主要的传力单元，垫片摆放的随意性导致了石材受力的不合理，容易在单块料石中引起受剪、受弯等不利情况，“甩浆”方法则无法保证砂浆的饱满程度。干砌甩浆整毛石墙体砌筑过程如（图2）。

图2 干砌甩浆整毛石砌体墙砌筑过程

以上这些原因，使得石墙体抗震性能差，从而导致石结构整体抗震性能差。在地震作用下，可能引起墙体沿灰缝的破坏而导致整个结构的倒塌，造成“小震成灾，小震大灾”的隐患。

2 石砌体墙加固技术的研究

当砌体结构及构件的承载力满足不了抗震规范要求时，需根据结构特征的实际使用条件和使用要求，选择合适的加固方案并且配合使用相应的技术进行加固改造。目前石结构加固改造的相关规范中常见的墙体加固方法如下：钢筋混凝土面层加固、钢筋网水泥砂浆面层加固、粘贴纤维复合材料加固、灌浆加固和更换砂浆嵌缝加固。为了改善石结构的抗震性能，降低石结构在使用过程中对人们生命财产的威胁，国内外很多专家学者都对石砌体的加固技术进行了研究。

2.1 钢筋混凝土面层加固

该方法一般用于砌体墙、柱的加固改造，是一种复合截面加固法，具有施工工艺简单、加固成本低、受力可靠，加固后承载力能大幅度提升等优点。

刘文定通过试验研究发现采用钢筋混凝土面层加固后的干砌甩浆石砌体墙的抗剪承载能力可以提高3倍以上。

2.2 钢筋网片水泥砂浆面层加固

该方法适用于各类砌体墙、柱的加固，技术成熟，适应性强，能够保证砂浆与原有墙体间可靠粘结，大大提高了双面加固后的墙体的抗震承载力、刚度及延性。

徐天航对采用钢筋网片改性砂浆加固条石干砌石墙进行了低周水平往复加载试验。试验结果表明钢筋网片改性砂浆加固面层能显著提高石墙的受剪承载力和耗能能力，其中双面加固的受剪承载力提高幅度是单面加固的2倍以上。且改性砂浆强度越高，面层与石墙的粘结性能越好，面层剥离破坏过程越平缓。李梁峰通过压剪试验发现干砌甩浆石砌体经钢筋网水泥砂浆面层加固后，其抗剪承载能力可提高1～3倍。王慧芳对4个使用钢筋网水泥砂浆面层加固的干砌甩浆石砌体试件进行抗压试验，结果表明钢筋网水泥砂浆面层能明显提高石砌体抗压极限承载力，且随着配筋量的增加，构件从开裂到破坏有越长的延展空间。

2.3 粘贴纤维复合材料加固法

将纤维复合材料用结构胶粘贴在原构件表面，形成完整的复合截面，从而提高承载力和延性。

Ayman Mosallam采用纤维增强聚合物（FRP）复合材料对无筋砌体墙进行加固或修复后的平面内抗剪能力增强试验研究，试验结果表明采用不同的FRP材料和叠层方案加固后的无筋砌体墙的平面内抗剪承载力提升了35%，且由于FRP的加固，墙体的最终破坏模式由对角开裂（脆性破坏）转变成了墙体趾端的压缩破坏（延性破坏）。Antonio Borri 采用一面表面固定GFRP网片一面灰缝嵌入不锈高强钢丝绳进行复合加固，加固后墙体抗剪强度显著提高。

2.4 灌浆加固

该方法是针对干砌甩浆砌筑的石墙体灰缝厚度较大，砂浆饱满度低的特点提出的。该方法加固时通过压力将砂浆注入墙体水平灰缝和竖向灰缝内，填充料石与旧砂浆之间的缝隙，能较大提高灰缝砂浆的饱满度。

施养杭采用石粉为集料配置浆体，对石砌体进行灌浆加固试验，结果表明灌浆石砌体沿水平通缝的抗剪强度相对于未灌浆石砌体显著提高。并建立了灌浆石砌体结构抗震剪切强度计算公式。Miranda L对已经破坏的毛石砌体进行灌浆加固试验。结果表明：灌浆加固方式能够恢复破坏后墙体的初始特征和抗震承载力。

2.5 更换砂浆嵌缝加固

该方法是针对灰缝是石砌体结构抗震抗剪薄弱环节这一问题，用高度砂浆更换灰缝中原有的低强度砂浆，操作时先将原灰缝中甩入的旧砂浆尽可能掏干浄，再将新砂浆嵌入，填饱缝隙，并用力挤实。

胡奕东，郭子雄对5片嵌缝加固的干砌甩浆石墙进行低周反复加载试验，试验结果表明采用钢筋-聚合物砂浆嵌缝加固石墙体能有效延缓灰缝裂缝的开展。

3 石砌体墙加固技术的新方法展望

纵观石砌体墙加固的研究，很多研究成果应用既有工程中仍存在一些问题。综合以上分析，提出以下研究思路和展望。

（1）目前石砌体墙加固技术研究已有一定的进展，但是钢筋混凝土面层加固和钢筋网水泥砂浆面层加固需要的加固面层较厚，一定程度减少了室内使用空间；粘贴纤维复合材料加固方法加固石砌体墙时需将墙体打磨平整，施工复杂。因此施工简便、减少加固面层厚度的加固方法是今后要考虑和解决的问题。

（2）新发展的UHPC具备超高的力学性能、良好的流动性和超高的耐久性。将其运用到石砌体墙的加固上，能够提升石砌体墙的延性，提高结构的安全性，还能减少加固面层厚度，降低结构的维护成本，实现高度的材结融合。UHPC目前已广泛应用于桥梁、钢筋混凝土构件和砖砌体墙等加固。

4 结语

（1）国内外很少在石砌体结构抗震方面进行系统研究，在抗剪承载力方面也没有得到统一的结论。这主要是因为石砌体结构本身具有较大的离散性，同时各个地区石材特性和建筑工艺不同使得在研究上也存在较大的差异。

（2）目前石砌体墙加固技术研究已有一定的进展，钢筋混凝土面层加固和钢筋网水泥砂浆面层、粘贴纤维复合材料加固等方法均能一定程度提升石砌体墙的抗震承载能力并改善构件破坏形态，使其发生延性破坏。

（3）新型材料UHPC目前已广泛应用于桥梁、钢筋混凝土构件和砖砌体墙等加固，但缺少利用该加固材料进行石砌体墙加固的研究工作。