高层建筑框架柱整体置换加固技术分析

摘要：为实现框架柱整体置换修复，通过多方案比选提出了一种整体快速置换新技术。该技术通过增设临时钢柱支撑和智能监控的双重手段，确保置换过程的构件强度和整体稳定性，具有操作简便、置换效率高、结构性能好的特点。通过工程实例，分析了该方法的设计、施工技术要点，有效解决了高层建筑框架柱混凝土的质量缺陷问题，可为今后类似工程提供参考。

关键词：高层建筑； 框架柱； 混凝土缺陷； 整体置换

中图分类号：TU746.3文献标志码：B

0引言

城市化水平的提高促成了高层建筑在各大中城市的持续、快速发展。但在高层建筑施工中由于其结构复杂、施工难度大，往往导致新建工程中混凝土质量不合格。针对这类承重构件强度偏低或构件局部有严重缺陷的处理方式，一般采用保留部分完好混凝土的局部置换方法，但这类解决方式无法从根本上解决问题［1］。为实现框架柱快速有效进行替换，本研究开发了高层建筑框架柱混凝土快速整体置换技术，可有效解决高层框架柱混凝土质量隐患问题，具有重要的实际应用及推广价值。

1工程概况

本工程位浙江省湖州市长兴县东南，为养老综合体项目，本工程含4栋扇形单体，分别为G-1号楼、G-2号楼、G-3号楼及G-4号楼，附属配套2层地下空间。4栋主楼为28层结构，高99.6 m，G1-G2及G3-G4塔楼之间为两层裙房，高度约为9.45 m， G2-G3塔楼之间为三层裙房，高度约为14.6 m。主楼结构形式为框架剪力墙，混凝土强度设计为C30，框架柱尺寸以800 mm×800 mm为主。

在进行4栋上部楼层施工时，通过现场对结构实体进行的常规检查，发现8层（1-A）/（1-27）及（1-M）/（1-30）轴共计2根框架混凝土柱出现质量问题，导致柱身强度不达标，经检验讨论后提出对缺陷柱进行置换。

2缺陷处理概况

2.1处理方案比选

目前，针对高层建筑中框架柱混凝土出现质量缺陷的常用加固方案包括增大截面加固法、外粘型钢加固法、置换混凝土加固法等（表1）［2-5］。结合该工程特点，从施工工期、费用及后续使用等方面进行综合考虑后，最终制定了缺陷混凝土柱整体置换加固方案，对现存缺陷问题进行彻底解决。

2.2混凝土缺陷置换重难点

（1）结构稳定性：在置换混凝土加固过程中，需对缺陷结构、现有结构及置换结构的承载状态进行受力验算。对于缺陷混凝土置换点，要尽量避免出现拉应力。

（2）控制置换接口：混凝土柱置换加固过程中，置换混凝土柱与已有结构的粘结性和一致性要得到保证，以确保加固效果和整体结构的稳定性。

（3）混凝土强度要求：对于置换的混凝土结构构件，其混凝土抗压强度等级应不低于原结构建造时所规定的强度等级。

3总体工艺流程

缺陷柱分区—搭设支撑体系及变形监测设备—剔除缺陷混凝土—新混凝土浇筑—拆模及养护—拆除支撑。

4置换柱施工工艺

4.1缺陷柱分区

将各缺陷柱进行分区（南侧：左侧柱为1区，右侧柱为2区；东侧：上侧柱为1区，下侧柱为2区）（图1）。

4.2搭设支撑体系及变形监测设备

经比选，选择钢柱作为本工艺中的支撑柱，同时在支撑柱旁边需设置一道工具柱。安装支撑柱区域为8层缺陷柱位置及7至9层同位置的左、右、内三侧，其他区域采用满堂脚手架进行支撑（图2）安装钢支撑采用分层、分区、从下至上的安装原则，钢支撑的立杆垂直度偏差不得大于架高的1/200。

鋼支撑安装工艺流程：首先进行定位放线，完成柱脚锚栓植筋，对置换柱柱顶四周主梁安装点位和地面安装点位处进行找平，确保钢支撑的垂直度满足要求。提前做好钢支撑安装前拼装工作，拼装过程中两段接口处不得有错位现象，螺栓必须紧实；钢支撑架设时，施工区域除安装人员外不得站人，支撑必须平稳架设至安装点位；支撑搭设完毕后，通过工具柱上100 t千斤顶进行反顶卸载，各千斤顶同步反顶，并采用分级位移控制，每级反顶量为2 mm，反顶前，应先采用裂缝测宽仪对靠近该框架梁梁端裂缝宽度进行测量记录，反顶过程中应对梁裂缝宽度变化、传感器测力值及反顶量进行监测；反顶过程中，每根支撑柱配一名操作手填充垫块并将钢楔抵紧，做到随顶随垫；钢楔将支撑柱楔紧并点焊，端板与垫板之间用灌浆料进行填充。

支顶完成后，在每根置换柱X向及Y向框架梁上均设置一个变形监测点，监测点位置应尽量靠近置换柱且不应受到振动等施工影响。

4.3缺陷柱置换

本次缺陷柱置换工程分成两步置换操作，待支撑体系搭设完毕并验收合格后，首先对各缺陷柱1区进行剔凿，对主筋进行调直，箍筋重新绑扎、调直，并对受损处箍筋进行焊接搭接。处理后进行隐蔽验收工序，验收合格并封模后方可开始浇筑混凝土。浇筑时采用C60细石微胀混凝土进行浇筑，待1区混凝土强度达到C35及以上后，再进行缺陷柱2区剔凿工作（图3）。

对缺陷柱2区混凝土进行剔凿时，需剔凿至1区内1～2 cm，再对柱主筋进行调直，筋重新绑扎、调直，并对受损处箍筋进行焊接搭接，同时处理后需进行钢筋隐蔽验收，验收合格并封模后开始浇筑混凝土（浇筑前对交界面进行浇水湿润并涂刷与混凝土相同配合比的水泥砂浆）；浇筑2区时混凝土采用C65细石微膨胀混凝。

4.4拆模及养护

混凝土浇筑完成之后，须根据相关标准及时养护。若采用了高强度无收缩灌浆料，在拆除模具之后，需马上使用塑料薄膜覆盖部件的外部，再进行浇水养护。

4.5钢支撑拆除

待柱混凝土强度达到设计强度后，对支撑柱及工具柱进行拆除。拆除过程按从上到下原则进行，先将工具柱机械千斤顶收回后拆除植筋螺栓，恢复植筋孔洞，再对支撑柱采用同样方式拆除。

5结束语

综上所述，通过对缺陷柱加设临时支撑、分区置换等工序，并在过程中辅以数字化监测，为高层结构框架柱的置换工作提供有力保障。该缺陷混凝土柱整体置换技术可从本质上解决框架柱中存在的混凝土质量缺陷问题，同时具有可靠性高、可保留原有框架柱尺寸、不影响建筑后续建造及功能性要求等有点，可为今后类似项目提供参考。

参考文献

［1］吴照海.高层建筑混凝土柱置换加固施工方法［J］.中国设备工程，2018（22）：147-148.

［2］梁冬，吴杰春，张八秀，等.混凝土柱局部分拆支顶置换加固技术研究［J］.建筑结构，2022，52（24）：82-87+137.

［3］浦绍武.框架柱置换混凝土加固技术的应用［J］.城市建筑，2021，18（27）：144-146.

［4］王元清，宗亮，施刚，等. 钢结构加固新技术及其应用研究 ［J］. 工业建筑， 2017， 47 （2）： 1-6+22.

［5］刘东，杨烨. 加大截面法加固轴心受压构件的数值模拟分析 ［J］. 建筑结构， 2010， 40 （S2）： 456-457.

［作者简介］高健（1969—），男，本科，高级工程师，研究方向为建筑施工。