某粮食平房仓墙体砌筑砂浆强度不足时的加固设计

武冠楠

（南京丰源建筑设计有限公司，江苏 南京 210000）

1 工程概况

江苏省某栋机械化粮食平房仓占地面积2685.3m2，平面尺寸78.2m×40.5m，建筑面积3297.4m2，建筑高度24m，单仓仓容2.15 万t，储粮品种为小麦，仓内散装粮食采用斜堆方式，斜堆靠檐墙最高点为8m，斜堆中间最高点16.184m。本工程采用单层钢筋混凝土柱+钢梁组合的排架结构体系[1-2]，结构设计工作年限为50 年，结构抗震等级为二级，结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级。本工程每5.6m 设一榀钢筋混凝土排架柱，屋面为钢结构屋面，墙体采用490mm 厚MU10 烧结多孔砖[3]、M10 混合砂浆砌筑，为抵抗粮食对墙体的水平侧压力，沿墙体高度设置多道联梁，满足强度及抗震要求。平房仓剖面如图1 所示。

图1 平房仓剖面

该项目在土建主体施工完成后，经检测发现标高2m 以下墙体砌筑砂浆强度均不足，且墙面反碱严重，不满足设计要求，存在安全隐患，需加固处理。

2 墙面泛碱现象及其原因

现场查看平房仓墙面，砌砖墙面局部表面呈现白色粉末状斑点，属反碱所致。

墙面反碱是一般是墙体里的硅酸盐、碳酸盐遇水或潮气渗出结晶而产生的。造成本工程墙面反碱的原因是使用地下水进行砌体砂浆拌制、浸砖且本工程地处海边、材料堆放未设置隔离措施等原因。针对墙面反碱现象的处理思路包括3 个方面。

（1）砂浆原材料成本、搅拌质量严格控制。

（2）已经完成的反碱墙面进行清理和冲刷。

（3）处理完成后的墙体表面进行防护处理，抹灰层应具有足够的抗裂能力、防水性和耐久性。

具体采用以下步骤。

（1）已反碱的墙面铲除斑点，反复洗刷，用清水冲洗干净。

（2）其后，用5%～8%草酸溶液涂刷一遍墙体，让墙体的碱性充分中和。

（3）待反应完全后，先用钢丝刷将墙壁刷洗一遍，用清水自上而下清洗干净，让墙体充分干透。

3 平房仓砖墙体加固计算

3.1 计算简图与传力途径

根据原设计图纸，该平房仓结构形式为单层钢筋混凝土柱+钢梁组合排架结构。原传力途径：粮食侧压力→由水平联系梁间的砌体→水平联梁→柱→基础。

经现场观测原有梁柱基础均工作正常，仅墙体有反碱现象且砂浆强度低。故对此范围内砌体强度进行验算。檐墙和山墙的加固构造如图2 所示。

图2 平房仓墙身加固大样

已知檐墙±0.000 处粮食水平压力标准值最大为37kN/m2，山墙±0.000 处粮食水平压力标准值最大为48kN/m2。墙体及加固面层计算简图可看做两跨连续梁。檐墙与山墙计算如图3 所示。

图3 檐墙与山墙计算

粮食荷载由原砌体和新增面层两部分协同承担。按以下原则考虑二者协同分担比：①墙体砂浆强度不足，按降低为不足M2.5 等级考虑。②设定承载分担比，新增混凝土按扣除墙体分担荷载后的荷载进行设计，初步定荷载分担比为新增混凝土:原墙=8:2。

验算内容确定如下：①墙体受到平面外弯剪作用，分别进行平面外弯、剪承载力验算。②新增混凝土板按不允许开裂进行弯剪承载力验算（因承受正负弯矩，且考虑到开裂后的防湿，按不允许开裂验算）。

3.2 内力计算

平房仓墙体内力均取1m 宽度范围内。

（1）檐墙内力计算。

弯矩计算：n=1.1/0.9=1.2。

MB跨中=内力系数×分项系数×ql12=-0.155×1.3×37×0.9×0.9=-6.039kN·m。

MBC=内力系数×分项系数×ql12=0.1108×1.3×37×1.1×1.1=6.449kN·m。

MBA=内力系数×分项系数×ql12=0.0595×1.3×37×0.9×0.9=2.318kN·m。

剪力计算：最大剪力系数0.625。

VB右=内力系数×分项系数×ql2=0.625×1.3×37×1.1=33.07kN。

（2）山墙内力计算。

弯矩计算如下。

MB跨中=内力系数×分项系数×ql12=-0.1388×1.3×48×0.8×0.8=-5.543kN·m。

MBA=内力系数×分项系数×ql12=0.0653×1.3×48×0.9×0.9=3.301kN·m。

MBC=内力系数×分项系数×ql12=0.0898×1.3×48×0.8×0.8=3.586kN·m。

剪力计算：最大剪力系数0.625。

VB右=内力系数×分项系数×ql2=0.625×1.3×48×0.9=35.1kN。

根据以上计算，控制弯矩取6.45kN·m，控制剪力为35.1kN。

3.3 承载力与抗裂验算

3.3.1 墙体承载验算

（1）受剪验算。根据《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）[4]，砂浆M2.5 时，fv=0.08N/mm2，因砌筑高度较小不考虑上部压应力。有弯矩存在时：×490=26.13kN<35.1kN，所以加固是必要的。

设原墙体分担20%，26.13kN>35.1×0.2=7.02kN。

（2）受弯验算。因为受力状态为竖向受弯，破坏面为砂浆通缝，ftm=0.08N/mm2。

设原墙体分担20%，3.2kN>6.45×0.2=1.29kN。

3.3.2 新增混凝土墙板验算

（1）正截面受弯验算。根据《混凝土结构设计规范（2015 年版）》（GB 50010—2010）[5]。

常规计算方法如下。

承担弯矩为6.45×0.8=5.16kN·m。控制最大拉应力不超过C30 混凝土抗拉强度ft=1.43N/mm2；ftk=2.01N/mm2。2.01N/mm2，不满足要求。

计算支座边缘界面如下。

将弯矩计算至水平梁边缘截面，取计算跨度为1.05ln=1.05×0.8=0.84m，可控的可变荷载分项系数可取1.3。则弯矩设计值下限值可为MBC=内力系数×分项系数×ql12=0.1108×1.3×37×0.84×0.84=3.76kN·m。

考虑砌体和混凝土协同工作计算如下。

墙体总厚度为80+490=570mm。Mu=ftmW=0.08×且>3.76kN·m。即在超载不超过20%，且原砂浆强度不低于M2.5 时，加固构造满足抗裂要求。

将混凝土层厚度增大到100mm。此时，情况如下。

（2）斜截面受剪承载力验算。当板厚取100mm 时，Vu=0.7ftbh0=0.7×1.43×1000×（100-20）=80.08kN>35.1kN，满足要求。

4 墙体补强措施及施工步骤

原墙体外侧保持原构造措施不变，采用抗碱水泥砂浆和抗碱聚合物砂浆，满布1.0 镀锌钢丝网。墙体内侧增加φ6@200 单层双向钢筋网片，喷射100mm 厚C30 混凝土。

墙体内侧施工步骤：原表面用草酸洗墙后用钢刷扫毛冲净→设置双排拉结筋8@400 值入连梁内→喷射50mm 厚C30 混凝土（掺入阻锈剂）→安装φ6@200 钢筋网片→喷射50mm 厚C30 混凝土（掺入阻锈剂）→12mm 厚1:3 抗碱水泥砂浆打底扫毛→刷素水泥浆一道（内掺水重5%建筑胶）→8mm 厚1:2 聚合物抗碱水泥防水砂浆粉面（内掺抗裂纤维）→保养→检查验收。

（1）基层处理。对于光滑墙表面或水平拉梁光滑表面，应对其表面进行“毛化”处理。其方法有两种：第一种为表面用尖钻剔毛，剔去光面，使其表面粗糙不平，用水湿润基层；另一种方法是将光滑的表面清扫干净，用10%火碱水除去混凝土表面的油污后，将碱液冲洗干净后晾干，采用机械喷涂或用笤帚甩上一层1:1 稀粥状水泥细砂浆（内掺20%的107 胶水），使其凝固在光滑的基层表面，用手掰不动为好。对混凝土水平梁表面，本项目采用第一种方法，凿毛平均凹凸深度不小于6mm。

对于砌体墙表面，草酸洗墙后用钢丝刷刷毛墙面，除去浮渣，用自来水冲净。

（2）植筋。障碍物清理→定位→基层表面处理→钻孔→清孔→钢筋除锈→配制植筋胶→植筋→养护固化→质量检验。

（3）第一次浇筑混凝土。采用喷射工艺均匀第一次喷射C30 混凝土，厚度不小于50mm 抹压密实，厚度误差不大于5mm。

（4）安装钢筋网。考虑混凝土板较长，应在板的表面双向配置防裂构造钢筋。本工程钢筋网采用φ6@200单层双向钢筋；将钢筋网固定在墙体表面拉结筋处，同时与8@400 钢筋绑扎。

（5）第二次浇筑混凝土。采用喷射工艺第二次均匀喷射50mm 厚C30 混凝土，抹压密实；两次喷射总厚度不小于100mm。完成后应进行压平，总厚度误差不大于5mm。

（6）抹底层砂浆。混凝土浇筑完成后，进行防护面层施工。抹1:3抗碱水泥砂浆，每遍厚度为5～7mm，应分层与所充筋抹平，并用大杠刮平、找直，木抹子搓毛。

（7）抹面层砂浆。底层砂浆抹好后，第二天即可抹面层砂浆，首先将墙面洇湿，刷素水浆一道。面层砂浆配合比为1:2 抗碱水泥砂浆粉面内掺抗裂纤维，厚度为8mm。

5 结语

目前，本工程已竣工使用数年，未发现墙体裂缝、粉刷脱落等任何影响安全的问题。因此，理论及工程实践证明采用此方法加固，满足工程安全及使用要求。