关于办公楼加固工程施工技术的探讨

文／闫峰 广州市第二建筑工程有限公司 广东广州 510045

引言：

当前一线城市中的老旧办公建筑越来越多，且大多为混凝土框架-剪力墙结构，其结构构件随着使用年限的增加都会出现不同程度的损伤。伴随着老旧建筑物安全性能产生变化和人们对办公楼使用需求的变化，对办公楼的加固改造需求也逐渐增加，现行规范对建筑物的承载能力、抗震性能的要求越来越高，对旧办公楼的加固和改造有一定的难度。

1、常用加固方法及特点

1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是在原有建筑混凝土构件的四周叠浇新的钢筋混凝土结构，一般是在受弯构件的受拉区或者受压区面，或者是对轴心受压构件薄弱部分的受压边，原理是通过增加缓凝土构件的截面积以提高整体刚度和承载能力。该施工方法的特点是加固后所增加的体积较小，占用空间不多，基本不会影响构筑物原有的使用功能，施工周期较长，结构的自重也随截面积的扩大而增大，该方法具有一定局限性，因为新浇筑的混凝土构件同时也存在应变、应力滞后的情况。

1.2 粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是指通过在原有混凝土构件的四面粘贴上型钢来提高其承载能力，通常需要使用胶粘剂和螺栓等来进行型钢的固定。该方法的特点是对原有混凝土构件增加的体积、尺寸较小，但是可以有效增大结构的延性和构件承载能力，缺点是施工工序多且繁琐，型钢的耐腐蚀性较差，需要增加防护层，施工成本和后续养护、维护的费用花费较多。

1.3 体外预应力加固法

体外预应力加固法在原有构件的基础上设置型钢撑杆或预应力拉杆，对受弯混凝土构件采用预应力拉杆，对受压混凝土构件采用型钢撑杆进行加固的方法。该加固方法可以改变原有结构的内力分布，从而达到加固的目的。该加固方法的特点是不会出现增大截面加固方法的应变、应力滞后的情况，而且改变了原有结构的内力分布，分散荷载，增大承载能力，有效加固构件。缺点是施工成本高，施工工序繁琐。

1.4 增设支点加固法

增设支点加固法一般用于梁、板等受弯构件，采用在梁、板跨中增加多个支点的方法将构件的计算跨度减小，从而降低了构件受到的剪力和最大弯矩，从而避免构件变形和开些的现象。该方法最大的特点是通过增加受力支点，改变了结构的传力途径。

1.5 粘贴纤维复合材料加固法

粘贴纤维复合材料加固是在原有结构表面粘贴上纤维复合材料，一般采用碳纤维布和环氧碳纤维浸渍胶配合使用，碳纤维复合材料的制作过程经过高温工序，具有较好的抗拉能力，该方法可通过碳纤维复合材料协调原有结构变形，提高原有构件的耐久性、承载力和抗震性能。纤维复合材料还可以用于结构裂缝的处理，用途较广。该方法的特点是施工简单便捷、高强高效、材料自重轻、适用范围广等，但是纤维复合材料并不可以提高原有结构的刚度，其耐火性能也比较差。

1.6 增设支撑加固法

增设支撑加固法是指在原有结构中增设新的支撑系统，有偏心支撑和中心支撑两种形式，一般较多采用钢支撑和防屈曲耗能支撑。该方法的特点是能有效提高原有结构的整体刚度，改变了力的传导途径，传导荷载发生变化，从而影响相邻构件的受力情况，能够大大地提高整体结构的承载能力和抗震能力，但是也存在一定的缺点，会影响到构筑物内部结构的使用。

2、工程概况

中山大学广州校区南校园永芳堂改造项目，永芳堂1992年由中山大学基建处设计室设计，为一栋主体四层，局部两层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑，楼房高度15.90m，屋面为上人屋面，基础为预制桩基础。该办公楼使用超过25年，根据具有相关资质的检测单位出具的《中山大学永芳堂房屋改＜扩＞建工程 可靠性及抗震性能检测鉴定报告》结论反映，本工程整体结构安全性评级为Bsu 级，使用性评级为Ⅱ级，综合抗震能力不满足抗震鉴定标准要求。

2.1 基础加固方案

因原基础承载力不满足改造需要，故对原基础进行加桩加固处理，需加固基础数量为38 个，主要内容为：第一，扩大原钢筋混凝土承台；第二，采用锚杆静压桩加固基础;原基础加固采用锚杆静压桩,方桩尺寸为250x250,单桩承载力特征值为400KN。

2.2 主体结构加固方案

对原结构柱、梁、板进行加固改造，加固改造部分：主要是原建筑部分结构拆除，一层至四层柱加大截面法及纤维织物环向围束加固，二层至屋面层梁、板加大截面法及粘贴钢板加固等。

3、办公楼基础加固施工技术

施工流程：界面处理→植筋→新增基础（预留桩孔）→上部主体结构完成后进行锚杆静压桩→预应力封桩→混凝土封桩。

钢筋混凝土工程施工：

3.1 承台混凝土界面处理

（1）采用挖掘机开挖与人工清底相结合的施工方法。用小型挖掘机将原承台周围土方开挖至扩大承台需要尺寸及标高，再用人工予以修整。

（2）提前将扩大承台混凝土接触面进行表面凿毛处理，将接触界面的混凝土表面凿成凹凸不平的面，深度范围约为10 ～20mm，并把表面松散的混凝土清理干净。

（3）完成凿毛处理后用清水将混凝土表面冲洗干净，并充分湿润，保证新的混凝土结构浇捣时接触界面保持湿润。

3.2 植筋施工处理

工艺流程：放线定位→钻孔→清孔→配胶→植筋→养护

（1）定位：按设计图纸要求进行防线定位。钻孔的位置应避开缺陷混凝土和原有结构内部的钢筋。若使用环氧胶进行植筋，植筋孔与钢筋焊接位置的间隔不得小于500mm。

（2）钻孔：一般使用电钻、风钻进行钻孔，钻孔孔径大于钢筋植筋3 至8mm。如果钻孔位置会触碰到原有结构的钢筋，则因重新调整钻孔位置。根据设计图纸的钢筋植入深度，钻孔时应加深约15mm，若设计图纸没有标明深度，则一般取10 ～15d（d 为钢筋直径）的钻孔深度。

（3）清孔：用压缩空气把钻孔的粉尘杂物吹出，再采用刷子刷除孔壁，最后再用压缩空气清理钻孔内的粉尘等。若钻孔内有潮湿粉尘杂物或者积水，应该用清水清洗干净，再排出积水。

（4）配胶：严格按照使用说明的配方比例进行配胶，配胶数量应结合施工使用量和时间，并在30 ～60 分钟内使用完毕。

（5）植筋：植入的钢筋表面应检查完毕。钢筋插入前应该在钻孔内挤满胶粘剂，充满钻孔，并在植入段周围抹胶，将钢筋插入后，为保证钢筋插入的深度，可使用锤子进行锤击。

（6）养护：钢筋养护时间不得低于24 小时，植筋后不得碰撞到钢筋，待胶粘剂凝固后，方可进行下一步。

3.3 预留压桩孔

在基础承台扩大部分预留压桩孔，根据施工图测量放样，定桩位，平面偏差不得大于±10mm，预留上小下大截头锥形，上口350＊350mm、下口450＊450mm。

3.4 预埋反力架锚杆及安装反力架

反力锚杆安装在桩孔周边，采用M27 锚杆与承台钢筋焊接，伸出承台面800mm，反力架安装时要保持垂直，扭紧螺母防止反力架晃动。

3.5 锚杆静压桩施工

3.5.1 锚杆静压桩施工工艺流程

安装反力架→首段桩尖就位→安装千斤顶→校核垂直度→施压→下一桩段就位→校核垂直度→焊接接桩→安装千斤顶→施压→稳压→拆除反力架。

3.5.2 压桩前准备工作

（1）安装反力架：在承台的预留孔洞两边安装反力架，装完毕的反力架应平稳、垂直。

（2）在预制桩相对的两侧各设置一条竖直的线，方便在进行压桩时观察和控制桩身垂直度。

（3）提前搭设作业平台，平台应稳固、安全，检查各种设备性能完好。

3.5.3 施工方法及工艺

（1）将预制桩吊起，把桩尖放入承台预留孔内，在桩身垂直后在其周围用木尖卡紧。

（2）安装千斤顶，桩顶端面和千斤顶之间垫钢板。

（3）使用吊线锤校准预制桩桩身的垂直度。首段桩垂直度偏差须控制在5mm 以内，之后的偏差控制在1%以内。

（4）在施压过程中必须随时观测桩的垂直度，发现有偏斜情况必须立即调直。

（5）各节桩的连接采用角铁焊接，焊接中必须严格按照规定操作，焊缝表面焊波应均匀，不得有裂缝、夹渣、焊瘤、烧穿等缺陷。

（6）终桩施加压力达到2 倍设计单桩承载力时，开始稳压10 分钟，桩下沉量不超过3mm，桩头伸入承台内50mm ～100mm，最后由检测机构抽查检验桩承载力进行验桩。

图1 预制桩顶钢筋与承台连接大样

（7）封桩：压桩完成，封桩前将压桩孔周围区域内的泥土清洗干净，压桩孔内的杂物清理干净，桩帽采用两根Ф18 钢筋与锚杆用双面交叉焊接，焊接长度不应小于5d，然后浇捣C30 微胀混凝土。

4、办公楼主体结构加固施工技术

4.1 梁柱加大截面加固施工工艺

施工工艺流程：新旧界面处理→钻孔植筋→钢筋制安→模板制安→浇捣缓凝土→养护→模板拆除：

（1）新旧混凝土界面处理：对梁柱的原批荡层凿除，并对新旧接触面表面进行凿毛处理。并用清水清洗并充分湿润。

（2）植筋：钢筋经过表面检查和丙酮擦拭后待用，配置好植筋胶并填充到孔内，缓缓插入钢筋并旋转，最后用锤子敲击钢筋到底。在植筋胶凝固前，不得触碰钢筋。

（3）钢筋制安：钢筋应经过检查表面洁净，钢筋调直可以采用人工或者机械调直，钢筋下料长度应根据构件尺寸、钢筋弯曲调整值、弯钩增加长度混凝土保护层厚度等综合计算。钢筋绑扎前先检查图纸设计和钢筋配料表是否相匹配，检查钢筋尺寸，与下料表是否吻合，核对无误后方可进行绑扎。水平钢筋焊接可采用对焊与电弧焊，竖向钢筋焊接按设计要求。

（4）模板安装：采用建筑模板，先在加大截面的梁底处支设底膜，并设支撑或者方木支承牢固。将其中一边的侧模板封闭，另一边模板封至距原梁底10cm 处，留出浇筑混凝土的空间。侧膜内侧用铁丝与钢筋拉紧，并用斜撑支撑牢固。

（5）混凝土浇筑：混凝土浇筑前，应检查模板、支架的承载力、刚度、稳定性，检查钢筋和预埋件的位置、规格，做好记录，相应接面应凿毛并清洗干净，表面充分湿润但不得有积水。检查完毕浇筑混凝土并振捣密实，避免振捣器碰撞钢筋和模板，混凝土终凝后及时进行养护，时间不得少于7 昼夜。

（6）模板拆除：混凝土强度达到设计或规范强度方可拆除模板。

4.2 梁板粘钢加固施工工艺

工艺流程：界面处理→钢板制作（含成型、焊接、钻孔）→配胶→粘贴固定（含螺栓固定）→钢板表面防腐：

（1）界面处理：将接触界面清扫除尘去污打凿至露出坚实的基层，结合面应平整，并用钢丝刷毛。

（2）钢板制作：按照图纸设计尺寸加工钢板，钢板粘结面应打磨光滑，形成光泽面，表面干净，不得有污垢、铁锈等，并按设计孔距呈梅花状钻好螺栓孔。

（3）配胶：胶粘剂产品质检合格后，按照说明书配置，即配即用，配置好后超过30 分钟不得使用。

（4）钢板粘贴：在混凝土梁表面和钢板粘接面同时均匀涂抹胶粘剂，厚度掌控在1 ～3mm 之间，周边薄涂，中间厚涂，涂抹完成立即将钢板粘贴于设计的混凝土构件位置上。确认粘贴位置无误后，立即固定和加压，用螺栓和卡具固定住，并且进行适当加压，确保胶粘剂充分接触并充满混凝土构件和钢板的表面。结构胶粘剂在下可自然固化，当室内温度在20℃以上时，24 小时后即可将支撑、卡具卸除，一般3 天后即可承受设计使用荷载。在胶粘剂固化期内不得扰动混凝土构件和钢板。

（5）钢板表面防腐：梁板粘钢加固完成并经过验收合格后，在钢板面进行挂网，设置25mm 厚的水泥砂浆保护层。

4.3 柱粘贴碳纤维布加固施工工艺

工艺流程：柱表面打磨清理→胶的配制→修补整平→涂刷底胶→粘贴碳纤维布→固化→质量检查→防护处理→完成：

（1）表面处表面理：原柱饰面层、批荡层凿除干净，露出混凝土结构面，接着用金刚石磨片将需要粘贴碳纤维布的接触面的浮浆层打磨平整，清理表面的污垢等杂质，吹净粉尘，再用丙酮将表面清洗。

（2）修补找平：混凝土粘贴接触面存在部分下凹的部分须用修补胶进行找平处理，转角部位和有段差的位置用胶将其表现涂抹至平滑，以防凹凸不平、台阶高差等造成后续碳纤维布粘贴不牢。

（3）涂刷底胶：将缓凝土接触面清理完成后，将底胶按照说明书按照比例混合搅拌至颜色完全均匀，立即用毛刷或滚刷等工具将其均匀涂抹在混凝土柱接触面上，并且其表面应满布底胶，不得出现遗漏部位。底胶要在产品说明时间内使用，不得久置。常温下约3 ～5 小时后，用手指接触胶粘面干燥时，可进行粘贴碳纤维布的施工。

（4）粘贴碳纤维布：将碳纤维布按照预定位置粘贴，一般采用从上到下的顺序进行粘贴。然后用刮刀刮片在碳纤维布上面反复刮压，让底胶渗透出碳纤维布上，并充分渗透，之后将补充胶粘剂涂刷在碳纤维布表面，在转角、边角部位应该多涂胶，防止粘贴不良，再次用刮刀反复充分刮压，不得有气泡，直到碳纤维布被胶粘剂浸透并且平直、平整，并且胶粘剂充分渗入。碳纤维布长方向上的搭接长度不得小于10cm，一般在10 ～20cm 之间。当纤维布需要延长搭接时，其搭接重叠部分不得低于20cm。碳纤维布搭接延长的位置应避免出现在主要受力区域。

一般在常温下大概经过1 ～2 小时后，碳纤维布可能会出现错动和浮起，则应该用硬橡胶辊或塑料刮板反复碾压，直至消除。粘贴完成后，应该做好粘贴面的保护工作，不得再接触和拉扯。

（5）固化：碳纤维布粘贴后为达到设计强度，固化养护时间应根据不同环境温度条件来定。一般平均气温高于5℃时，固化时间不得低于3 天；当遇到平均气温低于5℃、或者降雨等湿度较大的环境条件时，则需要进行保温。

结语：

综上所述，随着现行规范的要求越来越严格和人们对办公楼使用要求的增加，办公楼加固改造需求的日渐增多。办公楼加固施工还是一项比较复杂且具有难度的工程，在实际是施工过程中，应选择适合的施工工艺，严格按照施工要求，以满足改造后的抗震性、承载能力、安全性能和使用需求。常用的结构加固方法有增大截面加固法、粘贴钢板加固法、体外预应力加固法、增设支点加固法、粘贴纤维复合材料加固法、增设支撑加固法等。

通过对中山大学广州校区南校园永芳堂改造项目的检测和实际勘察，筛选出合适的结构加固方法，对原基础采用扩大原钢筋混凝土承台、锚杆静压桩加固处理，对原结构柱、梁、板进行加固改造，采用柱加大截面法及纤维织物环向围束加固，梁、板加大截面法及粘贴钢板加固等进行改造，并对施工工艺进行总结，以期为相似工程提供参考。