倪浩群

上海市奉賢區(qū)建筑建材業(yè)管理所 上海 201400

1 工程概況

上海某建筑為商務(wù)辦公樓，主體為8層框架結(jié)構(gòu)，已竣工使用3 a。現(xiàn)因業(yè)主要求，需將原結(jié)構(gòu)頂層局部改為多功能展示廳，為滿(mǎn)足建筑物大空間的使用要求，頂層中C軸與5軸相交處的框架柱須拔除（圖1），使得原結(jié)構(gòu)主要受力方向上的梁（C軸的梁）跨度由5.60 m變?yōu)?1.20 m，整根梁的受力特性發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化，必須對(duì)該梁進(jìn)行加固處理。

圖1 頂層結(jié)構(gòu)平面布置示意

2 改造方案

由于頂層托梁拔柱后對(duì)其他樓層影響較小，對(duì)梁端支撐柱的承載力增大要求不高，故本工程的托梁拔柱加固具有可操作性。只是在考慮該結(jié)構(gòu)托換方案時(shí)，必須嚴(yán)格控制托換結(jié)構(gòu)的變形，避免或減少原框架內(nèi)力變化，以保證原框架荷載通過(guò)托換結(jié)構(gòu)能安全地向基礎(chǔ)和地基中傳遞。

基于上述原因，同時(shí)為了降低托換梁的高度和控制托換梁的變形開(kāi)裂，決定采用加大梁截面并加設(shè)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力來(lái)對(duì)托換梁進(jìn)行加固，以預(yù)應(yīng)力反拱主動(dòng)作用抵消托換梁在托換荷載作用下產(chǎn)生的撓度變形，減小裂縫寬度[1]。

3 施工步驟

1）在4-6軸梁及4-6軸/B-E軸樓板區(qū)域內(nèi)搭設(shè)滿(mǎn)堂鋼管支撐腳手架及施工腳手架。

2）腳手架搭設(shè)完畢后，先對(duì)C軸與5軸相交處的框架柱混凝土進(jìn)行部分鑿除，再對(duì)需要穿設(shè)預(yù)應(yīng)力筋的梁進(jìn)行定位開(kāi)孔，最后對(duì)需要增加截面的托換梁表面進(jìn)行鑿毛。

3）按照要求的定位尺寸進(jìn)行彈線(xiàn)標(biāo)示，并在相應(yīng)位置進(jìn)行化學(xué)植筋，然后綁扎、焊接鋼筋，布置預(yù)應(yīng)力筋。

4）為了新老混凝土界面能更好結(jié)合，對(duì)托換梁梁底加設(shè)M10膨脹螺栓。

5）鋼筋工程結(jié)束后開(kāi)始支模，因業(yè)主要求不能對(duì)原屋面板進(jìn)行開(kāi)洞，故需在模板側(cè)面進(jìn)行人工開(kāi)孔，以便澆筑混凝土托換梁，同時(shí)應(yīng)確保模板支撐的穩(wěn)定性，不得出現(xiàn)跑模、變形、移位等情況。

6）灌漿料澆筑24 h后可將側(cè)模拆除，每天進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

7）待灌漿料強(qiáng)度達(dá)到75%以后，先對(duì)稱(chēng)張拉上排4束預(yù)應(yīng)力筋；待柱子切除以后，再?gòu)埨款A(yù)應(yīng)力筋，原先張拉過(guò)的預(yù)應(yīng)力筋還需補(bǔ)拉，以達(dá)到規(guī)定的張拉力。

8）預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，拆除底模和支撐。

4 施工工藝要求及關(guān)鍵技術(shù)

4.1 梁板支撐

為了使新老混凝土協(xié)同受力，加固托換梁結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力應(yīng)在低應(yīng)力（甚至零應(yīng)力）狀態(tài)下進(jìn)行加固。本工程采用滿(mǎn)堂鋼管支撐卸載，以保障加固的有效性及施工過(guò)程的安全性。

排架支撐采用φ48.00 mm×3.60 mm鋼管進(jìn)行滿(mǎn)堂搭設(shè)，扣件連接。

4.2 柱邊鑿除范圍及工藝要求

鑿除施工開(kāi)工前，必須依據(jù)施工圖紙要求將需要鑿除的部分彈出紅線(xiàn)，具體施工如下：

1）柱頂鑿除以不破壞未鑿除部分的混凝土為前提，鑿除施工應(yīng)分2步進(jìn)行。第1步：利用機(jī)械進(jìn)行表面鑿除，在距離需要鑿除的表面尚有5 cm時(shí)停止；第2步：采用人工進(jìn)行精細(xì)剔鑿，將表面剔鑿平滑，保證結(jié)合面混凝土不受破壞（圖2）。

圖2 柱邊鑿除范圍示意（陰影部分）

2）柱邊混凝土鑿除順序應(yīng)自上而下，鑿除后須將露出的柱頭主筋及箍筋用氣割割除。

4.3 加固梁主筋及箍筋施工工藝要求

由于拔柱后梁跨度是原梁跨度的2倍，須通過(guò)加大梁截面和增加梁底主受力鋼筋來(lái)保證梁的抗彎剛度和承載力，使拔除柱的荷載安全傳遞給梁端支承柱。具體施工如下：

1）為了新老混凝土界面能更好結(jié)合，在托換梁梁底加設(shè)M10膨脹螺栓，間距500 mm。

2）植筋施工：舊混凝土面鑿毛→定位鉆孔→鉆孔清洗→注漿植筋→固化保護(hù)。

3）加固梁兩側(cè)箍筋與原梁箍筋采用焊接工藝進(jìn)行連接，要保證單面焊焊接長(zhǎng)度達(dá)10d以上，因此在焊接之前應(yīng)先進(jìn)行側(cè)面混凝土保護(hù)層及梁底混凝土保護(hù)層的鑿除，鑿除應(yīng)采用人工剔鑿法（圖3）。

圖3 加固梁箍筋連接示意

4.4 預(yù)應(yīng)力施工工藝及質(zhì)量要求

預(yù)應(yīng)力加固法的受力特點(diǎn)屬主動(dòng)受力，主要是通過(guò)鋼絞線(xiàn)的張拉讓混凝土收拉區(qū)主動(dòng)受力，相當(dāng)于在原構(gòu)件基礎(chǔ)上施加1套與恒載和活載產(chǎn)生的相反效應(yīng)的等效荷載，可從根本上提高構(gòu)件的承載能力和控制裂縫及撓度能力，并縮小甚至閉合裂縫。

本工程預(yù)應(yīng)力梁采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)（規(guī)格：1 860 MPa級(jí)、φ15.24低松弛），錨具采用STM15-P擠壓錨（規(guī)格：Ⅰ類(lèi)）。其張拉步驟具體如下：預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)、錨具進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)必須核對(duì)質(zhì)保書(shū)和進(jìn)行外觀(guān)檢查，且在使用之前進(jìn)行拉力試驗(yàn)檢測(cè)；灌漿料強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的3/4后才能開(kāi)始預(yù)應(yīng)力筋的張拉；張拉設(shè)備（千斤頂與壓力表）必須配套標(biāo)定、配套校驗(yàn)、配套使用，且在法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢測(cè)的有效期限內(nèi)，張拉用壓力表精度為0.40；張拉前應(yīng)先去除鋼絞線(xiàn)端頭保護(hù)套，擦除表面油脂，清理端頭及穴模后安裝錨環(huán)及夾片；安裝千斤頂，連接好油路系統(tǒng)。張拉到初應(yīng)力（張拉控制應(yīng)力的10%）時(shí)，第1次記錄千斤頂伸長(zhǎng)值，然后繼續(xù)張拉至控制應(yīng)力，持載2 min后第2次測(cè)量伸長(zhǎng)值。核算伸長(zhǎng)值是否符合要求，若符合要求，則將錨固回程卸載并降下千斤頂，完成張拉工作；張拉過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力，同時(shí)校核張拉伸長(zhǎng)值，若實(shí)際伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值的偏差超出允許偏差值-6%～+6%，則應(yīng)立即停止張拉，排查原因并采取相應(yīng)的技術(shù)措施后繼續(xù)張拉。

本工程采用φ15.24 mm鋼絞線(xiàn)，鋼絞線(xiàn)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa，其張拉控制應(yīng)力取值為鋼絞線(xiàn)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.65倍，則鋼絞線(xiàn)張拉控制應(yīng)力fptk=1 209 MPa，每根預(yù)應(yīng)力束張拉控制應(yīng)力=fptk×鋼絞線(xiàn)截面面積×1.03=174 337 N≈174 kN。張拉后應(yīng)立即對(duì)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行封端保護(hù)：采用砂輪鋸切除多余預(yù)應(yīng)力筋，錨具外露長(zhǎng)度≥30 mm，不得用電焊燒斷；錨具外涂專(zhuān)用防腐潤(rùn)滑脂并罩上專(zhuān)用塑料套；用微膨脹細(xì)石混凝土澆筑張拉端后澆部分以保護(hù)錨具。

4.5 自流早強(qiáng)灌漿料施工工藝

由于加固梁加大截面的寬度有限，同時(shí)在加大截面的部位鋼筋和鋼絞線(xiàn)非常密集，再加上業(yè)主要求原梁板截面不能開(kāi)洞，所以如何保證加大截面混凝土的澆筑質(zhì)量亦是本工程的施工難點(diǎn)。

本工程從材料、施工工藝等方面予以解決：

1）灌漿料選用專(zhuān)門(mén)配制的H-J45灌漿料。H-J45灌漿料具有與老混凝土黏結(jié)性能好、流動(dòng)度較大、無(wú)收縮、早強(qiáng)、高強(qiáng)的性能，澆筑后不需要振搗，具有質(zhì)量可靠和施工方便的優(yōu)點(diǎn)。

2）由于只能在模板側(cè)面開(kāi)孔澆筑混凝土梁，對(duì)新、老混凝土之間可能出現(xiàn)的空隙，本工程采用結(jié)構(gòu)膠對(duì)結(jié)合面進(jìn)行二次補(bǔ)償注膠以增加兩者的連接[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

由于托梁拔柱施工專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)要求高、施工難度大，因此，強(qiáng)化托換結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)以及施工過(guò)程中各環(huán)節(jié)的管理和監(jiān)控，是保證托梁拔柱施工安全可靠的關(guān)鍵。

本工程在方案選擇、工藝實(shí)施、布點(diǎn)監(jiān)控等方面均進(jìn)行了優(yōu)化，將化學(xué)植筋、后張拉預(yù)應(yīng)力、自流早強(qiáng)灌漿料等多種技術(shù)手段引入施工，并將現(xiàn)場(chǎng)各階段跟蹤監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果基本吻合，順利完成了本次托梁拔柱的改造加固，為類(lèi)似工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)[3]。