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        某老建筑結(jié)構(gòu)改造加固的回顧

        2021-06-21 03:26:26王若茂中冶華天馬鞍山邁世紀(jì)工程咨詢有限公司江蘇南京210000
        安徽建筑 2021年6期
        關(guān)鍵詞:包鋼耐久性抗震

        王若茂 (中冶華天馬鞍山邁世紀(jì)工程咨詢有限公司,江蘇 南京 210000)

        1 老建筑改造加固前現(xiàn)狀

        該老建筑為5層鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu),地處國內(nèi)某市,始建于20世紀(jì)10年代,長度76m、寬度24m、檐口高29m,建筑面積約11000m,層高4.7m、5.0m不等;使用用途多次變化,期間已經(jīng)多次加固(注:加固年代不詳、主要增大截面法);因功能改變,建設(shè)方需要對老建筑結(jié)構(gòu)改造加固后重新繼續(xù)使用,特委托一專業(yè)檢測評估單位,深入現(xiàn)場重點對該老建筑主體結(jié)構(gòu)安全性、抗震性能及耐久性進(jìn)行檢測鑒定,主要鑒定情況如下。

        ①地基基礎(chǔ):未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)存在明顯的不均勻沉降引起的裂縫、變形和位移現(xiàn)象,地坪無沉降裂縫發(fā)生,地基穩(wěn)定,但其基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度較低、推定值17.6MPa、18.4MPa。

        ②上部結(jié)構(gòu):經(jīng)現(xiàn)場檢查,梁板柱構(gòu)件存在不同程度的露筋、銹脹現(xiàn)象,其中樓面以及屋面板露筋現(xiàn)象普遍且嚴(yán)重、構(gòu)件碳化及鋼筋銹蝕嚴(yán)重;經(jīng)鉆芯檢測,所測部分構(gòu)件混凝土強(qiáng)度低于20 MPa,不滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)第4.1.2條對混凝土強(qiáng)度最低要求,其中1層柱至3層柱、5層柱部分框架柱構(gòu)件承載力不滿足規(guī)范要求。

        ③安全性:根據(jù)規(guī)定,對“地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)系統(tǒng)”的承重單元部分的安全性等級進(jìn)行評定,其地基基礎(chǔ)B、上部結(jié)構(gòu)C、圍護(hù)系統(tǒng)C,為此整體結(jié)構(gòu)安全性鑒定結(jié)果C(注:C/C級:表示安全性不符合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對Au/Asu級的要求,顯著影響整體承載,應(yīng)采取措施,可能有個別構(gòu)件必須立即采取措施)。

        ④抗震性:經(jīng)鑒定評定,該老建筑抗震承載力不滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的要求,其綜合抗震能力評定為不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對C類鋼筋混凝土房屋抗震鑒定的要求。

        ⑤耐久性:經(jīng)鑒定評定,該老建筑框架柱構(gòu)件耐久性不能滿足后續(xù)50年使用要求,框架梁構(gòu)件已達(dá)到耐久性極限狀態(tài)。

        ⑥鑒定評估結(jié)論:

        a.該建筑安全性等級為Csu級,表示安全性不符合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對Au/Asu級的要求,顯著影響整體承載,應(yīng)采取措施,可能有個別構(gòu)件必須立即采取措施;

        b.該建筑綜合抗震能力不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對C類鋼筋混凝土房屋抗震鑒定的要求;

        c.該建筑柱構(gòu)件耐久性不能滿足后續(xù)50年使用要求,梁構(gòu)件已達(dá)到耐久性極限狀態(tài)。

        圖1 改造加固前

        圖2 改造加固前

        2 老建筑改造加固設(shè)計方案

        專業(yè)設(shè)計單位,根據(jù)業(yè)主轉(zhuǎn)交的老建筑結(jié)構(gòu)鑒定報告、結(jié)合業(yè)主方擬使用功能,本著“安全、實用、經(jīng)濟(jì)、兼顧方便施工”的原則,經(jīng)過設(shè)計、甲方、監(jiān)理、施工及相關(guān)專家多輪多次比較,反復(fù)優(yōu)化、深化設(shè)計方案,最終對該老建筑提出“分構(gòu)件、分部位”,主要采取了“濕法外包鋼加固”“置換混凝土加固”兩項改造加固新技術(shù),對延性混凝土、延性砂漿、型鋼、鋼板、化學(xué)錨栓、灌漿料、結(jié)構(gòu)膠、焊條等改造加固材料從材質(zhì)、型號、規(guī)格及性能等提出明確具體要求,現(xiàn)主要將老建筑結(jié)構(gòu)“梁板柱”構(gòu)件改造加固設(shè)計方案簡述如下。

        2.1 原梁板混凝土面結(jié)構(gòu)修復(fù)

        ①對原結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù):對于構(gòu)件面存在混凝土蜂窩、麻面、露筋等情況,要剔除混凝土疏松表面后,采用風(fēng)槍吹掃干凈、潤濕,再以C40灌漿料修復(fù)。

        ②對原結(jié)構(gòu)梁板耐久性修復(fù):主要是剔除梁板底混凝土保護(hù)層至露出原鋼筋,對鋼筋銹蝕情況進(jìn)行檢查,用防銹劑處理后,對主梁用高延性混凝土抹灰修復(fù),對次梁及板底采用聚合物砂漿抹灰修復(fù)。

        ③以上情況施工中如發(fā)現(xiàn)鋼筋截面銹蝕損失較大,應(yīng)及時反饋設(shè)計單位,進(jìn)行特別處理。

        2.2 “柱梁”濕法外包鋼加固

        ①“包鋼濕法外包鋼加固”法,是將角鋼、鋼板箍通過膠栓在混凝土柱或梁外表面固定后,用專用膠封閉形成“空腔”,而后灌注高強(qiáng)度建筑結(jié)構(gòu)專用膠,使鋼板或型鋼和原混凝土面可靠連接成一個整體;經(jīng)優(yōu)選,對所有框架柱四周采用角鋼(100×100×6、75×75×6)進(jìn)行包鋼之間用鋼板箍(-100×4@200/400)相連,鋼板箍用化學(xué)錨栓(M20/16)固定老結(jié)構(gòu)上,角鋼間隙、鋼板箍間隙,均采用壓力灌注環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠(A級)充填,使型鋼和老結(jié)構(gòu)形成一體。

        ②對主框架梁底部兩陽角用角鋼(75×75×6)進(jìn)行包鋼,底部及兩側(cè)用鋼板箍(-100×4@200/400)同陽角角鋼焊接相連;次梁底部及側(cè)面用“U”鋼板箍直接包裹(-100×4@200/400);在主次梁頂設(shè)有等寬度、等間距的“U”鋼板箍,在主次梁側(cè)面用等強(qiáng)螺桿(直徑14鍍鋅圓鋼)逐一焊接相連,所有間隙均用灌注環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠充填,同樣形成整體。

        2.3 “老框架柱”置換混凝土加固

        “置換混凝土加固”法,是剔除原混凝土構(gòu)件低強(qiáng)度或有缺陷區(qū)段的混凝土至一定深度,重新澆筑同品種但強(qiáng)度等級較高的混凝土進(jìn)行局部增強(qiáng),以使原構(gòu)件的承載力得到恢復(fù)的一種直接加固法;根據(jù)鑒定評估,經(jīng)優(yōu)選對頂層6根混凝土嚴(yán)重風(fēng)化老結(jié)構(gòu)柱,需要采用置換混凝土加固法徹底處理,主要內(nèi)容是剔除二次修復(fù)混凝土層(約厚50mm~80mm),對原芯柱混凝土面鑿除后涂刷界面劑,對二次修復(fù)的鋼筋進(jìn)行調(diào)直、必要增設(shè)縱筋和箍筋,重新立模后,再用C40混凝土灌漿料澆筑形成整體。

        3 老建筑結(jié)構(gòu)改造加固的實施

        通過實查現(xiàn)場,施工項目部及時熟悉圖紙,多次深化研討設(shè)計及時編制出改造加固專項方案提交專家論證并多次修改,最后形成切實可行、具有實戰(zhàn)型和指導(dǎo)性的改造加固專項施工方案;開工前,項目部組織兩輪技術(shù)交底,過程中又根據(jù)施工需要,針對具體施工點進(jìn)行專項交底并樣板示范,使參建人員對改造加固施工次序、質(zhì)量要求、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等心里有數(shù),同時在設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理方共同配合協(xié)助下,工程進(jìn)展比較順利。其施工幾個重點主要分述如下。

        圖3 改造加固中

        圖4 改造加固中

        3.1 主要改造加固流程

        ①整體加固改造施工順序:一部分為頂層置換柱區(qū)域施工,另一部分為包鋼加固區(qū)域。

        ②包鋼濕法外包鋼加固流程:現(xiàn)場實查→劃線定位→螺栓固定→鋼構(gòu)件制作→鋼構(gòu)件固定→封縫→埋注膠嘴→配膠、灌膠→檢測檢查→固化→外表面處理。

        ③置換混凝土加固流程:現(xiàn)場實查→搭設(shè)支撐及操作平臺→老混凝土剔除→鋼筋規(guī)整調(diào)直→結(jié)合面處理→支模→灌漿料澆筑→養(yǎng)護(hù)→拆模驗收。

        3.2 改造加固主要用材

        項目部按照設(shè)計圖紙,詳列出各種用材規(guī)格、數(shù)量及性能等要求,采購進(jìn)場前要求提交資信等合格證明,進(jìn)場后按規(guī)見證取樣復(fù)檢,合格后方可正式使用;像對鋼筋、型材及錨固鋼板按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50204-2015)要求進(jìn)行安全性復(fù)試,對植筋、化學(xué)錨栓鋼板受拉性能按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB50367-2013)要求進(jìn)行復(fù)試,現(xiàn)場按檢驗批次進(jìn)行拉拔強(qiáng)度試驗,對環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度、相容性試驗等,總之所有加固材料性能要求均符合設(shè)計、規(guī)范及當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)主管部門驗收要求。

        3.3 改造加固方法實施要點

        3.3.1 濕法外包鋼加固

        ①結(jié)合面處理最為關(guān)鍵,包括原結(jié)構(gòu)結(jié)合面的處理、型鋼/鋼板結(jié)合面處理:

        其一,原結(jié)構(gòu)表面處理,用手持銑刨機(jī)、鋼絲刷將表面松散浮渣刷去、并用氣槍吹去表面灰塵,如原結(jié)構(gòu)凹凸不平應(yīng)再用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補;其二,型鋼結(jié)合面處理,用角磨機(jī)打磨、直到露出金屬光澤,打磨粗糙度越大越好,打磨紋路與受力方向垂直,固定前用棉紗沾丙酮擦拭干凈。

        ②劃線定位:根據(jù)加固方案及施工圖,準(zhǔn)確地在混凝土表面劃出處理部位輪廊線及定出定位螺栓位置。

        ③螺栓固定:用電錘鉆孔,孔洞、螺栓界面處理,放膠管、安裝螺桿。

        ④鋼構(gòu)件制作:準(zhǔn)確鋼構(gòu)下料,長寬度確保,并對鐵銹及污物清理干凈。

        ⑤鋼構(gòu)件固定:將已經(jīng)處理好的鋼板固定在指定的位置,留出注膠縫隙,用螺桿固定(鋼板箍同角鋼采用焊接)。

        ⑥封縫:將注膠四周進(jìn)行封閉處理,留出泄氣孔,還有對螺桿四周的縫隙封閉處理。

        ⑦埋注膠嘴:將注膠嘴按施工要求間距,數(shù)量埋設(shè)妥當(dāng)。

        ⑧配膠、灌膠:按產(chǎn)品說明書要求,將建筑結(jié)構(gòu)灌注專用膠A、B兩組份倒入干凈容器內(nèi),以人工或電動工具將其完全調(diào)勻,注意翻看容器底部的顏色,確保配好的膠體色澤一致,從底嘴開始注膠,使膠從下向上浸透,膠從排氣孔溢出并封堵。

        ⑨檢測:采用非破損檢驗,即用小錘敲擊鋼板檢驗鋼板的有效密實面積,如無空洞聲表示已灌注密實,否則要補膠。

        ⑩固化:固化時間達(dá)到72h后可以進(jìn)行后續(xù)使用。

        ?外表面處理:用角磨機(jī)配鋼絲輪對鋼板外表面進(jìn)行打磨,除去鋼板表面的銹蝕、污物等,再掛網(wǎng)抹砂漿,方便后期裝修。

        3.3.2 置換混凝土加固法

        ①加固前的卸荷處理:事前要進(jìn)行受力計算并認(rèn)真復(fù)核,對置換區(qū)域柱荷載從周周進(jìn)行可靠支撐,進(jìn)行卸載后再施工。

        ②結(jié)合表面處理:在卸荷狀態(tài)下,將老柱疏松風(fēng)化的混凝土鑿除,對保留的芯柱混凝土面用風(fēng)槍吹掃干凈,及時對鋼筋調(diào)直、除銹、必要增補豎筋和箍筋。

        ③新增層的施工:為增強(qiáng)結(jié)合能力,在結(jié)合面涂刷環(huán)氧樹脂或混凝土界面劑一道封閉處理,隨后嚴(yán)密牢固制安模板,并在界面劑初凝前,即用具有高流動性、微膨脹性的H40灌漿料澆筑并養(yǎng)護(hù)。

        4 老建筑改造加固的成效

        盡管該單體老建筑年代久遠(yuǎn)、改造加固體量大,但是:①由于改造加固方案事前充分論證、又多次深化優(yōu)化、可靠可行;②施工專項方案編制嚴(yán)謹(jǐn)、又經(jīng)專家論證后多次修改完善、具有指導(dǎo)性和實操性;③參建方同心努力、積極配合,尤其經(jīng)施工方科學(xué)管理、精心施工,改造加固工作進(jìn)展十分順利。期間未發(fā)生任何質(zhì)量及安全事故,現(xiàn)場安全文明、物料有序、且施工形象長期保持良好,并最終較原計劃8個月工期提前近20天順利完成,過程中各種技術(shù)資料同步報審、動態(tài)收集、基本齊全;實體內(nèi)實外美、外立面依然保持有老建筑原有風(fēng)格,用仿古砂漿飾面,其墻面質(zhì)感性強(qiáng)、不褪色、耐污染、更突出了歷史厚重感;很快就順利通過當(dāng)?shù)匚幕?、質(zhì)安站及行業(yè)專家一次性竣工驗收,并及時交付甲方招租,擬作為“辦公、培訓(xùn)、餐飲”等功能使用;往昔殘破老建筑現(xiàn)已煥然一新,成為該地段的典型建筑,在新的時期將繼續(xù)發(fā)揮新的使命。

        圖5 加固改造后

        圖6 加固改造后

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