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【摘要】某高层建筑在施工中出现了质量问题，对其原因进行分析，并提出合理的加固处理方法。具体讲述了框架柱、剪力墙、楼板、梁的加固措施，可供处理同类问题时参考。
【关键词】建筑施工加固技术混凝土粘贴钢板
一、工程概况
某高层建筑地面以上三十五层，地下室三层，地下室作为停车房，裙房五层，以上是办公写字楼，总建筑面积7.1万m2。其工程为现浇钢筋混凝土框架—核心筒结构，剪力墙抗震等级为二级，框架抗震等级为二级，按七度抗震设防，主体结构总高161 m，建筑物平面简图如图1 所示。
二、事故情况及分析
其工程已施工一部分的混凝土强度设计等级为C45，当其工程地上第三层现浇完毕时，在拆模过程中发现钢筋密集处位置出现蜂窝、露筋、麻面等质量问题，墙表面出现浮浆与浮石；多处柱子根部混凝土强度低下、振捣不足。为此，专家认为对已浇筑混凝土的质量须要重新检测，决定对柱子、墙体混凝土采用回弹法为辅，取芯法为主的强度综合检测法。为避免对结构的影响，主要钻取φ75 mm 的芯样，同时钻取少量φ100 mm 的大芯样，检测结果发现已建各层柱子、墙体、梁、楼板混凝土强度等级均未能达到设计要求。
经综合各方面意见，通过认真分析，我们认为主要原因如下：
（1）振捣棒工作长度不够混凝土浇筑高度，造成柱子根部混凝土漏振捣；（2） 施工人员不按规程操作，混凝土一次浇筑超高，且直接由吊斗入模，造成混凝土出现离析现象，石子多的地方出现蜂窝和孔洞；（3） 运送商品混凝土的车辆调度供应计划不当，浇筑时无法连续施工，也未对施工缝进行必要的处理；施工时经常出现混凝土输送泵堵管，维修又不及时。
三、加固方法
所有出现问题之处均应进行加固，但加固时应考虑到施工的可行性，并采用成熟、可靠且易作质量检测的加固方案。为此，我们在加固前根据结构实际施工情况，进行加固计算，并与原设计进行对比。使加固后的结构应能满足相关设计规范要求，如自振周期、柱轴压比限值、层间位移要求等。
首先，清理墙面污垢物，用改性环氧化学灌浆对所有裂缝进行封闭补强。其次将突出的石子颗粒和不密实的混凝土凿除，要凿成斜形，避免形成死角，以免二次浇筑的混凝土无法浇筑进去，形成空洞。在将凿好的孔洞清洗干净、充分湿润后，刷水泥浆一道，用C45微膨胀细石混凝土浇灌，水灰比不宜过大。混凝土浇灌应超高超宽，拆模后将多余混凝土凿除，保持外观整洁。
1. 框架柱的加固
经复核计算，由于现场浇筑的混凝土强度不足，而使柱子的轴压比偏高。常用的加固方法有：（1）外包角钢加固法；（2）碳纤维布缠绕加固法；（3）加大截面加固法。经比较，如采用碳纤维布缠绕的加固方法，施工方法虽较为简便，且不影响建筑空间，由理论分析可知，碳纤维布约束混凝土可以提高混凝土的极限压应变，可使轴压比限值和框架柱的延性得到提高。但在实际工程中考虑到框架柱在较高轴压比工作下有如下一些不利点：①约束用的碳纤维布一直处于较高应力状态下，碳纤维布强度在持续应力作用下会降低；②混凝土徐变等影响较大，对碳纤维布约束性能也有较大影响；③会导致其他一些指标不满足要求，如剪压比限值等。
为此，对其他二种方法再度进行论证，考虑到加大截面加固法质量可靠且易作质量检测，本工程最后研究决定采用加大截面法加固。加固时宜从下至上全高加固，以保证新增竖向结构中承受的竖向荷载能顺利的传给基础，并且有利于保证刚度的连续性，柱子纵筋采用焊接或机械连接。本工程中地下3 层为箱形基础，顶板较厚（达300 mm），刚度较大，且地下室中剪力墙较多，为提高施工方案的可操作性，可让新增柱截面中的主筋直接植筋于箱基顶板之上。但在加大截
面加固设计时应注意解决好新旧混凝土的整体工作问题，因为在弹性阶段，结合面的应力主要是靠新旧混凝土的粘结强度来承担，开裂后及极限状态下，则主要是靠锚筋所产生的被动剪切摩擦力传递。因此，从设计上应配置贯穿于结合面的锚筋，以便将新旧部份混凝土连接起来，确保结合面能有效传力。在复核加固后柱承载力时，还应考虑一定的强度折减系数，还以考虑新旧混凝土之间难以完全作为一整体工作的应力滞后现象。故在复核承载力时，采用式（1）计算，且考
虑了0.80 的强度折减系数。由于周圈混凝土的加固，可使新增的混凝土对原混凝土形成较好的约束作用，较好的形成整体共同工作，有效提高层间抗侧刚度，降低轴压比。此外，也增大了框架梁支座宽度，减小了梁净跨，也同时提高了梁的安全度。
施工时先凿去原柱全部疏松混凝土，直至密实处。同时将原柱表面混凝土凿毛，以利于新旧混凝土的粘接，提高新旧混凝土的整体工作性。待原柱表面清理干净后用水充分润湿，刷一道水泥砂浆，再支模浇筑C50 微膨胀细石混凝土。为保证柱子顶部能与上部结构顶紧，防止混凝土收缩，应采用微膨胀混凝土。当浇筑靠近梁板范围内上部柱子新增混凝土时，在楼板上沿柱边隔500 mm 开一φ100 孔，用高压泵将混凝土从洞中直接泵入柱子侧模内。
N＜φ[fcoAco+ fyoAso+α(fcAc+ fyAs)] （1）
式中φ—构件稳定系数；
fco，Aco—原柱混凝土强度设计值和截面积；
fyo，Aso—原柱钢筋强度设计值和截面积；
fc，Ac—新加混凝土强度设计值和截面积；
fy，As—新加钢筋强度设计值和截面积；
α—新旧混凝土之间的应力滞后而引起的强度折减系数，建议取0.8。
拆模后将多余混凝土凿除，保持外观整洁，其加固施工方案见图2。
2. 剪力墙的加固
由于地下室三层剪力墙混凝土强度均不足，为减小其轴压比，提高抗侧刚度，并虑到施工操作的便捷性，对地下室的剪力墻采用大面积喷射混凝土的方法进行加固，新增的混凝土厚度为80 mm。为保证新增混凝土部分与原有剪力墙的有效连接，在喷射施工过程前，应先将原混凝土墙面凿毛，同时沿墙通长方向梅花形布置间距350 mm 的φ10 mm 化学锚筋。新增墙体部分按构造要求配置钢筋其加固施工方案见图3。】
3. 楼板的加固
由于楼板混凝土强度等级低于原设计要求，经复核计算楼板的板底正弯矩段及支座负弯矩段强度均表现不足，故决定采用在原楼板上加现浇叠合层的方法加固，这样可以同时提高楼板正负弯矩段承载力。其加固施工方案见图4。
施工时，将原楼板凿去10 mm，表面凿毛，形成凹凸咬合面以便于新旧混凝土有效结合，为防止混凝土的干缩裂缝和提高现浇层的整体性，表面清洗干净后用水充分润湿。再绑扎双向钢筋网φ8 mm@ 120 mm，然后再浇筑60 mm 厚C45
细石混凝土叠合层。浇筑叠合层后，相当于提高了原楼板的有效计算高度。复核加固后楼板的正截面强度时，在支座负弯矩段内混凝土强度则按原楼板混凝土实测强度来取，钢筋可按原负弯矩段钢筋实配量和后浇叠合层中钢筋总计量来取，但应取一折算有效高度；在正弯矩区段内混凝土强度按后浇叠合层来取，钢筋仍按原板底钢筋实配量来算，有效高度则按新的高度来取。
4. 框架梁的加固
在对梁的承载力按照现浇混凝土实际标号、实配钢筋量进行复核计算后，发现除梁跨中正截面抗弯承载力不足外，支座处负弯矩段抗弯承载力以及斜截面抗剪承载力仍能基本满足设计荷载要求，因此需对梁的正弯矩段进行加固。梁常用的加固方法有：（1）增大截面加固法；（2）预应力加固法；（3）碳纤维布加固法；（4）粘贴钢板加固法。考虑到加固范围大、工期紧、不能破坏原结构、工程造价等因素，本工程决定采用粘钢加固法。其加固施工方案见图5
粘贴钢板加固时按结构加固规范进行设计和施工，粘结剂采用大连产的JGN 型建筑结构胶，粘贴钢板前，先对梁底混凝土表面打磨处理，用找平材料将梁表面凹洞填平，配好粘结剂，用抹刀将粘结剂涂在混凝土粘贴面和钢板粘贴面上，厚度1 mm~ 3 mm（中间厚边缘薄为宜，以防止粘结剂沿钢板边缘溢出），再将钢板用一定压力粘贴于混凝土上后，即用木杆顶撑或用特制U 型夹具夹紧，压力保持为0.05 MPa~ 0.1 MPa，使胶液刚好从钢板边缝挤出。再用手锤轻轻敲击钢板，检查粘贴质量，无空鼓声表示已粘贴密实；若锚固区空鼓面积大于10%，非锚固区空鼓面积大于30%应剥下重新粘贴。然后沿钢板通长方向梅花形布置间距150 mm 的φ10 mm 膨胀螺栓，这可使钢板紧贴梁底混凝土，对混凝土保
护层的开裂起到抑制作用，以充分发挥钢板的抗拉强度，提高了加固梁的整体工作性能，降低挠度。同时钢板端部的膨胀螺栓在一定程度上抵抗了钢板与混凝土之间的滑移，可以减少钢板端部的应力集中现象，防止过大的应力将混凝土保护层沿纵筋处撕裂，降低梁的有效高度，而使加固失效。
四、结语
经加固后检测发现，修补构件混凝土结合面正常，内部无明显空洞、表面无蜂窝缺陷。对补强加固后混凝土强度进行检测，评定加固后混凝土强度代表值为设计强度等级（C45）的98.5%。目前，该工程已经竣工并通过验收，经过一段时间观察，未发现结构有任何异常现象，这说明该加固方法施工方便、经济合理、消除了隐患、基本达到原设计要求。
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看
【关键词】建筑施工加固技术混凝土粘贴钢板
一、工程概况
某高层建筑地面以上三十五层，地下室三层，地下室作为停车房，裙房五层，以上是办公写字楼，总建筑面积7.1万m2。其工程为现浇钢筋混凝土框架—核心筒结构，剪力墙抗震等级为二级，框架抗震等级为二级，按七度抗震设防，主体结构总高161 m，建筑物平面简图如图1 所示。
二、事故情况及分析
其工程已施工一部分的混凝土强度设计等级为C45，当其工程地上第三层现浇完毕时，在拆模过程中发现钢筋密集处位置出现蜂窝、露筋、麻面等质量问题，墙表面出现浮浆与浮石；多处柱子根部混凝土强度低下、振捣不足。为此，专家认为对已浇筑混凝土的质量须要重新检测，决定对柱子、墙体混凝土采用回弹法为辅，取芯法为主的强度综合检测法。为避免对结构的影响，主要钻取φ75 mm 的芯样，同时钻取少量φ100 mm 的大芯样，检测结果发现已建各层柱子、墙体、梁、楼板混凝土强度等级均未能达到设计要求。
经综合各方面意见，通过认真分析，我们认为主要原因如下：
（1）振捣棒工作长度不够混凝土浇筑高度，造成柱子根部混凝土漏振捣；（2） 施工人员不按规程操作，混凝土一次浇筑超高，且直接由吊斗入模，造成混凝土出现离析现象，石子多的地方出现蜂窝和孔洞；（3） 运送商品混凝土的车辆调度供应计划不当，浇筑时无法连续施工，也未对施工缝进行必要的处理；施工时经常出现混凝土输送泵堵管，维修又不及时。
三、加固方法
所有出现问题之处均应进行加固，但加固时应考虑到施工的可行性，并采用成熟、可靠且易作质量检测的加固方案。为此，我们在加固前根据结构实际施工情况，进行加固计算，并与原设计进行对比。使加固后的结构应能满足相关设计规范要求，如自振周期、柱轴压比限值、层间位移要求等。
首先，清理墙面污垢物，用改性环氧化学灌浆对所有裂缝进行封闭补强。其次将突出的石子颗粒和不密实的混凝土凿除，要凿成斜形，避免形成死角，以免二次浇筑的混凝土无法浇筑进去，形成空洞。在将凿好的孔洞清洗干净、充分湿润后，刷水泥浆一道，用C45微膨胀细石混凝土浇灌，水灰比不宜过大。混凝土浇灌应超高超宽，拆模后将多余混凝土凿除，保持外观整洁。
1. 框架柱的加固
经复核计算，由于现场浇筑的混凝土强度不足，而使柱子的轴压比偏高。常用的加固方法有：（1）外包角钢加固法；（2）碳纤维布缠绕加固法；（3）加大截面加固法。经比较，如采用碳纤维布缠绕的加固方法，施工方法虽较为简便，且不影响建筑空间，由理论分析可知，碳纤维布约束混凝土可以提高混凝土的极限压应变，可使轴压比限值和框架柱的延性得到提高。但在实际工程中考虑到框架柱在较高轴压比工作下有如下一些不利点：①约束用的碳纤维布一直处于较高应力状态下，碳纤维布强度在持续应力作用下会降低；②混凝土徐变等影响较大，对碳纤维布约束性能也有较大影响；③会导致其他一些指标不满足要求，如剪压比限值等。
为此，对其他二种方法再度进行论证，考虑到加大截面加固法质量可靠且易作质量检测，本工程最后研究决定采用加大截面法加固。加固时宜从下至上全高加固，以保证新增竖向结构中承受的竖向荷载能顺利的传给基础，并且有利于保证刚度的连续性，柱子纵筋采用焊接或机械连接。本工程中地下3 层为箱形基础，顶板较厚（达300 mm），刚度较大，且地下室中剪力墙较多，为提高施工方案的可操作性，可让新增柱截面中的主筋直接植筋于箱基顶板之上。但在加大截
面加固设计时应注意解决好新旧混凝土的整体工作问题，因为在弹性阶段，结合面的应力主要是靠新旧混凝土的粘结强度来承担，开裂后及极限状态下，则主要是靠锚筋所产生的被动剪切摩擦力传递。因此，从设计上应配置贯穿于结合面的锚筋，以便将新旧部份混凝土连接起来，确保结合面能有效传力。在复核加固后柱承载力时，还应考虑一定的强度折减系数，还以考虑新旧混凝土之间难以完全作为一整体工作的应力滞后现象。故在复核承载力时，采用式（1）计算，且考
虑了0.80 的强度折减系数。由于周圈混凝土的加固，可使新增的混凝土对原混凝土形成较好的约束作用，较好的形成整体共同工作，有效提高层间抗侧刚度，降低轴压比。此外，也增大了框架梁支座宽度，减小了梁净跨，也同时提高了梁的安全度。
施工时先凿去原柱全部疏松混凝土，直至密实处。同时将原柱表面混凝土凿毛，以利于新旧混凝土的粘接，提高新旧混凝土的整体工作性。待原柱表面清理干净后用水充分润湿，刷一道水泥砂浆，再支模浇筑C50 微膨胀细石混凝土。为保证柱子顶部能与上部结构顶紧，防止混凝土收缩，应采用微膨胀混凝土。当浇筑靠近梁板范围内上部柱子新增混凝土时，在楼板上沿柱边隔500 mm 开一φ100 孔，用高压泵将混凝土从洞中直接泵入柱子侧模内。
N＜φ[fcoAco+ fyoAso+α(fcAc+ fyAs)] （1）
式中φ—构件稳定系数；
fco，Aco—原柱混凝土强度设计值和截面积；
fyo，Aso—原柱钢筋强度设计值和截面积；
fc，Ac—新加混凝土强度设计值和截面积；
fy，As—新加钢筋强度设计值和截面积；
α—新旧混凝土之间的应力滞后而引起的强度折减系数，建议取0.8。
拆模后将多余混凝土凿除，保持外观整洁，其加固施工方案见图2。
2. 剪力墙的加固
由于地下室三层剪力墙混凝土强度均不足，为减小其轴压比，提高抗侧刚度，并虑到施工操作的便捷性，对地下室的剪力墻采用大面积喷射混凝土的方法进行加固，新增的混凝土厚度为80 mm。为保证新增混凝土部分与原有剪力墙的有效连接，在喷射施工过程前，应先将原混凝土墙面凿毛，同时沿墙通长方向梅花形布置间距350 mm 的φ10 mm 化学锚筋。新增墙体部分按构造要求配置钢筋其加固施工方案见图3。】
3. 楼板的加固
由于楼板混凝土强度等级低于原设计要求，经复核计算楼板的板底正弯矩段及支座负弯矩段强度均表现不足，故决定采用在原楼板上加现浇叠合层的方法加固，这样可以同时提高楼板正负弯矩段承载力。其加固施工方案见图4。
施工时，将原楼板凿去10 mm，表面凿毛，形成凹凸咬合面以便于新旧混凝土有效结合，为防止混凝土的干缩裂缝和提高现浇层的整体性，表面清洗干净后用水充分润湿。再绑扎双向钢筋网φ8 mm@ 120 mm，然后再浇筑60 mm 厚C45
细石混凝土叠合层。浇筑叠合层后，相当于提高了原楼板的有效计算高度。复核加固后楼板的正截面强度时，在支座负弯矩段内混凝土强度则按原楼板混凝土实测强度来取，钢筋可按原负弯矩段钢筋实配量和后浇叠合层中钢筋总计量来取，但应取一折算有效高度；在正弯矩区段内混凝土强度按后浇叠合层来取，钢筋仍按原板底钢筋实配量来算，有效高度则按新的高度来取。
4. 框架梁的加固
在对梁的承载力按照现浇混凝土实际标号、实配钢筋量进行复核计算后，发现除梁跨中正截面抗弯承载力不足外，支座处负弯矩段抗弯承载力以及斜截面抗剪承载力仍能基本满足设计荷载要求，因此需对梁的正弯矩段进行加固。梁常用的加固方法有：（1）增大截面加固法；（2）预应力加固法；（3）碳纤维布加固法；（4）粘贴钢板加固法。考虑到加固范围大、工期紧、不能破坏原结构、工程造价等因素，本工程决定采用粘钢加固法。其加固施工方案见图5
粘贴钢板加固时按结构加固规范进行设计和施工，粘结剂采用大连产的JGN 型建筑结构胶，粘贴钢板前，先对梁底混凝土表面打磨处理，用找平材料将梁表面凹洞填平，配好粘结剂，用抹刀将粘结剂涂在混凝土粘贴面和钢板粘贴面上，厚度1 mm~ 3 mm（中间厚边缘薄为宜，以防止粘结剂沿钢板边缘溢出），再将钢板用一定压力粘贴于混凝土上后，即用木杆顶撑或用特制U 型夹具夹紧，压力保持为0.05 MPa~ 0.1 MPa，使胶液刚好从钢板边缝挤出。再用手锤轻轻敲击钢板，检查粘贴质量，无空鼓声表示已粘贴密实；若锚固区空鼓面积大于10%，非锚固区空鼓面积大于30%应剥下重新粘贴。然后沿钢板通长方向梅花形布置间距150 mm 的φ10 mm 膨胀螺栓，这可使钢板紧贴梁底混凝土，对混凝土保
护层的开裂起到抑制作用，以充分发挥钢板的抗拉强度，提高了加固梁的整体工作性能，降低挠度。同时钢板端部的膨胀螺栓在一定程度上抵抗了钢板与混凝土之间的滑移，可以减少钢板端部的应力集中现象，防止过大的应力将混凝土保护层沿纵筋处撕裂，降低梁的有效高度，而使加固失效。
四、结语
经加固后检测发现，修补构件混凝土结合面正常，内部无明显空洞、表面无蜂窝缺陷。对补强加固后混凝土强度进行检测，评定加固后混凝土强度代表值为设计强度等级（C45）的98.5%。目前，该工程已经竣工并通过验收，经过一段时间观察，未发现结构有任何异常现象，这说明该加固方法施工方便、经济合理、消除了隐患、基本达到原设计要求。
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看