一种梁增大截面加固法施工技术

岳启伦，孟庆男，丁传奇，刘 超，陈子楦

(北京建工集团有限责任公司,北京 100055)

0 引言

梁增大截面加固法是一种常用的加固方法,在建筑装修改造中由于会涉及楼层平面布局改变,导致局部不满足受力要求时通常会使用增大截面加固法来提高其部位的承载力。在目前阶段加固工程在建筑工程施工中较为少见,从业人员对加固的基础理论知识掌握不够深刻、施工工艺烦琐等原因,使在施工过程中会产生不同程度的人材机浪费[1]。本文主要就针对梁增大截面加固法在施工中仅梁底增大截面时的灌浆孔留置、模板的支撑体系以及梁模板免对拉螺栓加固等施工工艺展开叙述,相比于传统施工工艺可加快施工进度、提高施工质量、降低人工费用、避免材料浪费[2]。

1 工程概况

某装修改造工程为一栋地下2层、地上5层的建筑,结构形式为框架剪力墙结构,基础形式为筏板基础,框架柱、剪力墙、梁和楼、屋面板均采用现浇钢筋混凝土。该工程地下2层层高4.70 m,地下1层层高3.50 m,1层层高5.70 m,2层层高4.50 m,3层、4层层高4.20 m,5层层高4.30 m,建筑高度22.80 m。本次精装改造对科研楼部分区域平面布局改变,在原有布局的基础上增加会议室、值班室、茶歇区等。为了解结构现状,保证该建筑结构安全,委托国家建筑工程质量检验检测中心对该楼主体结构进行检测鉴定。

经对该楼结构构件的观感质量检查,未发现混凝土构件存在明显蜂窝、孔洞、露筋等缺陷;未发现钢筋存在明显锈蚀现象。部分楼、屋面板存在开裂情况。

该工程主体结构地下2层—5层框架柱、剪力墙、梁构件,将构件验算配筋与设计配筋进行对比,该工程地下1层—4层部分梁设计配筋面积低于验算配筋面积,即构件承载力不满足规范要求,其他框架柱、剪力墙、框架梁、楼(屋)面板构件承载力满足规范要求。

2 梁增大截面加固施工

2.1 增大截面加固法

2.1.1 增大截面加固法介绍

增大截面加固法是结构加固中通过增大结构构件的截面面积或增加配筋,以提高承载能力和刚度,主要用于:建筑基础、框架梁、柱等构件的加固,其中在建筑物改造中运用比较广泛。

2.1.2 增大截面加固法适用性

增大截面加固法可以根据原结构的受力性质、截面尺寸和现场实施条件的实际情况,加固设计可以为单面、双面、三面和四面增大构件截面。例如轴心受压混凝土柱通常采用四面加大截面法,偏心受压混凝土柱如果受压边较为薄弱时,可以仅仅对受压边进行加固,即单面加大截面法,受拉边薄弱时可以只对受拉边加固。而梁、板等受弯混凝土构件,如果是以增大截面为主的加固施工,可以对受压区域加固,也可以以增加配筋为主加固受拉区,或者二者同时进行。另外为了保证补加钢筋混凝土和原混凝土的正常和协同工作,配置构造钢筋按照要求设置。如果是以增大截面为主的加固施工,可以对受压区域加固,也可以增加配筋为主加固受拉区,或者二者同时进行。另外为了保证后增钢筋混凝土和原构件混凝土的良好结合,配置构造钢筋按照要求设置。

2.2 施工工艺流程

梁增大截面加固法施工技术的施工工艺流程,如图1所示。

2.3 施工技术要点

2.3.1 混凝土表面处理

1)凿除装饰层:结构表面的装饰层、粉刷层等应进行凿除至原混凝土基层。

2)混凝土表面凿毛:在构件需增大的一面对构件进行凿毛,凿毛深度应保持均匀一致。

3)修复混凝土表面缺陷:清洁混凝土表面,不得有砾石、浮浆、尘土、杂物,如油渍和脱模剂。

4)除锈:对原有和新设钢筋应进行除锈处理。

2.3.2 植筋施工

1)参数控制:植筋将采用HRB400钢筋对建筑进行改造加固,将新增腰筋及底筋植入原混凝土支座中,确保钢筋牢固。

2)放线定位:植筋时应先进行钢筋种植定位的放线工作。

3)钻孔:钻孔深度不应小于15d,钻孔直径D+3～5 mm(D为钢筋直径),开孔后及时清理孔内灰尘,将孔壁上的浮灰用打气筒插入孔内反复吹洗直至灰尘清理干净,以免影响结构胶与结构的黏接。

4)注胶和种植:使用厂家配套的胶枪,使得两组分充分搅拌均匀后,将枪嘴插入到孔底,胶体注入的体积约为孔洞体积的2/3倍,将钢筋慢慢旋转插入孔内,将孔内气体导出,然后将其固定,应保证胶体在强度增长期内植入的钢筋不受扰动,植筋工艺流程如图2所示。

2.3.3 避让结构钢筋措施优化

由于钢筋分布情况不明,在植筋钻孔施工过程中通常会钻到原结构钢筋以及预埋电缆、水暖管道等,如打断钢筋会对结构受力情况产生很大的影响,在打断钢筋的同时钻头也很容易遭受损坏,对作业人员安全造成威胁。

通常情况在施工过程中钻孔时遇到钢筋会放弃在此处打孔,向左或右偏移20 mm～50 mm的位置重新钻孔,而对于废孔则需要用高强度修复砂浆进行封堵。

2.3.4 钢筋避让措施

1)在植筋作业前充分利用现有仪器(一体式钢筋扫描仪)的便利,对植筋部位进行扫描,探测出钢筋分布情况以及电缆、水暖管道等位置进行标记。

2)施工前的探测可以有效避免施工中对钢筋的破坏和废孔处理,减少意外的发生。

2.3.5 钢筋加工

1)技术人员负责进行钢筋翻样,钢筋加工人员按钢筋配料单进行钢筋加工,确保尺寸正确。

2)对于复杂节点部位钢筋,加工前应先放样,经确认无误后再进行钢筋加工,做到图纸与现场一致,加工按规范操作。

3)箍筋弯钩应满足135°。

4)下料时应注意钢筋错开搭接长度。

2.3.6 钢筋安装

1)U形箍筋安装间距为100 mm,箍筋穿过楼板与下箍筋进行单面焊接10d。

2)新增腰筋、底筋连接方式采用电弧焊,单面焊接不小于10d,相邻两根主筋搭接接头要错开1.3倍搭接长度,接头错开率一般为50%。

3)焊接过程应及时清理焊渣,搭接焊、帮条焊的接头,应逐个进行外观检查,焊缝表面应平顺,无裂纹、夹渣和较大焊瘤等缺陷。

2.3.7 常规模板安装工艺

1)原梁尺寸:JKL1(1)400 mm×600 mm,JKL1(3)300 mm×550 mm,JKL2(1)400 mm×600 mm;加固后尺寸为:JKL1(1)500 mm×800 mm,JKL1(3)420 mm×650 mm,JKL2(1)500 mm×800 mm。

2)梁侧帮内龙骨布置3道,内龙骨采用50 mm×100 mm木方,外龙骨采用双钢管48 mm×3.0 mm,对拉螺栓布置2道,在断面内水平间距100+200 mm,断面跨度方向间距700 mm,直径16 mm。

3)梁底采用扣件式支撑脚手架,木方50 mm×100 mm,顶托采用48 mm×3.0 mm钢管。梁底立杆步距1 500 mm。

4)模板采用15 mm厚覆模多层板,模板采用硬拼缝,拼缝处注入发泡胶密实。

2.4 支撑体系优化

2.4.1 模板优化出发点

施工工艺优化的出发点是施工的质量及进度,模板支撑体系的选择直接影响施工进度及工程质量,施工过程中依据施工图纸地下1层砌筑墙体需进行拆除,梁截面加大时墙体只拆除到顶部第1道圈梁部位,利用墙体圈梁作为模板支撑架基础进行搭设,在此方法上可减少周转材料的投入。

2.4.2 模板优化措施

在此方法基础上进行了综合性经济成本分析,满足工程实际需要,可有效减小模架搭设高度,减少周转材料投入,达到降低工程成本的目的。经过深化优化设计,形成如下基本技术参数:

1)本工程梁截面加大的模板支撑体系采用扣件式钢管脚手架,立杆采用φ48 mm×3 mm。上部采用外径38 mm可调U托,支托板厚度不小于5 mm。所有立杆底部设置成品可调底座。

2)梁侧横向次龙骨使用50 mm×100 mm木方,梁侧主龙骨使用48 mm×3 mm双钢管,梁底模次龙骨为50 mm×100 mm木方,主龙骨为48 mm×3 mm双钢管。

3)第一道立杆在距结构300 mm处设置,其余立杆间距1 000 mm依次布置在现有圈梁顶部,梁底主龙骨在梁两侧分别用钢管与立杆进行斜拉,形成三角稳固结构,其三个内角均应为60°,此结构具有稳定、动摇、耐压的特征,如图3所示。

4)梁侧模采用自制简易木质U型箍配合步步紧沿梁长每600 mm设置一道,对梁侧模进行加固,此方法避免在梁体的对拉螺栓设置,有利于提高加固梁的整体性,且制作木质U型箍全部采用废旧木方进行加工,充分利用旧有资源,达到节约材料废物利用的作用,见图4。

5)搭设流程:墙体两侧搭设门式操作架→拆除墙体至圈梁处→布置立杆→安装模板→主龙骨加固→木质U型箍固定梁侧模。

2.5 灌浆施工

原设计对于梁加大截面加固的材料采用比原结构梁高一等级的C40混凝土进行浇筑,浇筑时混凝土需从室外人工运输至浇筑部位,每次浇筑方量较小浇筑时间较长,混凝土罐车在施工现场停留时间多则2 h～3 h,混凝土随时间的推移不断变稠,流动性降低容易影响混凝土品质,且按照施工图纸梁截面仅加大60 mm～100 mm,空间小振动棒无法进入梁内进行有效的振捣密实,易出行蜂窝、麻面、露筋等缺陷,施工质量难以保障[3]。

2.5.1 优化灌浆料

鉴于上述施工难点,经与设计单位等各方协商,将拟采用灌注豆石CGM高强无收缩灌浆料对梁加大截面进行浇筑,相比于混凝土,灌浆料有以下优势:

1)施工便捷:可在施工部位直接拌和使用,有效减少人工运输,缩短浇筑工期,可降低施工成本。

2)早强、高强:24 h强度最高可达40 MPa以上。

3)自密性较好:直接灌入浇筑部位,不需震捣即可密实模板内部狭小空间。

4)微膨胀:能够与原混凝土结构进行良好的黏结。

2.5.2 注浆施工

1)灌浆料拌和:水灰比应按照厂家提供的用水量进行拌和。灌浆料拌和宜用清洁自来水。

2)清理湿润:清扫结构面,不应有碎石、灰尘等,灌浆前24 h,对结构表面浇水湿润,灌浆时必须连续进行灌注不得间断,并尽可能缩短灌浆时间。

3)拆模养护:a.应在灌浆完毕后的12 h以内,对灌浆料进行覆盖,并对构件进行保湿养护。b.灌浆完毕后应及时对构件表面洒水养护,并加盖塑料薄膜保持湿润。c.灌浆料必须保证足够强度,梁表面不因拆模而受损坏,一般为12 h后,方可进行拆模。

2.5.3 注浆孔优化

1)针对于仅梁底加大而宽度没有增加的梁,灌浆料在浇筑时是一个难题,灌浆时由于空间狭小,通常会采用在梁一侧模板全部斜放进行灌浆,此方法在灌浆时便于施工,但由于梁一侧模板全部斜放灌浆,在灌浆时为了注满梁底灌浆料通常会溢出浇筑部位,灌浆料终凝后需大量人工剔凿,直接造成材料、人工的浪费[4]。

2)在施工过程中经现场优化设置,灌浆孔可设置为50 mm×50 mm,灌浆口从结合部位向下50 mm的部位留置,模板设置成斜放,模板斜放宽度设置为50 mm,斜放模板高出结合部位50 mm,避免灌浆料注满时溢出,每间隔1 000 mm设置一处灌浆孔,浇筑时从一端的灌浆孔依次浇筑,为避免灌浆料溢出灌浆口设置较小,灌注时要配合喇叭口进行施工,如图5所示。

3)经现场施工实际验证,此方法可免设置出气孔,在浇筑过程中气体能自由逸出,保证浇筑密实,相比传统的模板全部斜放灌注方法可有效避免灌浆料的不必要浪费和拆模后多余灌浆料剔凿的人工浪费。

2.6 楼板裂缝控制技术

2.6.1 裂缝原因分析

1)楼板钢筋保护层偏小,垂直方向的分布钢筋保护层过大或没有分布筋,致使钢筋部位出现微裂缝。

2)施工速度过快,混凝土未上强度时在楼板放置钢筋、脚手架等材料,此时是混凝土强度形成的关键时期,震动、冲击等对楼板造成的伤害是永久致命性的。

3)配合比、材料不符合要求或现场加水致使坍落度过大,堆载过重、模过早、养护不良。混凝土早期强度低,水化及养护过程中干缩所致。

2.6.2 裂缝处理措施

1)对于结构楼板表面的一般裂缝,应先将裂缝冲洗干净,待干燥后用环氧树脂液灌缝封闭。

2)对于裂缝大于0.3 mm的将采用环氧树脂浆液灌注处理。a.凿缝:沿裂缝进行剔凿,凿出15 mm～20 mm的V型槽。b.灌浆管:沿裂缝的方向每隔500 mm埋置一个灌浆嘴。c.灌浆:将配制好的灌浆液缓慢注入灌浆口中,直到相邻灌浆嘴溢出后结束灌浆,并取出灌浆嘴,依次进行灌浆。

3 结语

增大截面加固法是建筑加固改造中通过增大原构件截面面积和增加配钢筋,以提高其承载力和刚度,或改变其自振频率的一种直接加固法,主要用于:建筑梁、柱等构件的加固中,其中在建筑加固改造中运用比较广泛,本文通过主要对梁截面加大施工工艺进行了探讨,联系实际施工条件,详细介绍了梁截面加大的优化技术,可为类似的加固工程提供参考。