田紹博 康洪震 喬瀚林

（華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,河北 唐山 063000）

在承載能力薄弱需要加固補(bǔ)強(qiáng)的建筑物中，砌體結(jié)構(gòu)房屋在承載力較弱的建筑中占很大比例，需要加強(qiáng)，特別是有必要選擇高效、經(jīng)濟(jì)、合適的加固方法。不僅可以在短時(shí)間內(nèi)以較小的投資解決砌體結(jié)構(gòu)加固的問題，而且為其他結(jié)構(gòu)的加固提供了新的思路和合理的施工工藝方案，對(duì)滿足建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)的生產(chǎn)和生活需要具有重要意義。通過加固確保了建筑物的安全性和持續(xù)使用性。由于《砌筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》的發(fā)布與實(shí)施，砌筑加固在砌筑構(gòu)件施工實(shí)際工程中的運(yùn)用也會(huì)更加普遍，為適應(yīng)工程設(shè)計(jì)的新要求而滿足，對(duì)砌筑構(gòu)件保護(hù)后的力學(xué)和變化特點(diǎn)加以研究與分析，是十分必要的。實(shí)踐也證明了在進(jìn)行加固工程后的建筑，破壞程度明顯輕于未經(jīng)加固的建筑。所以，深入研究和探討砌體構(gòu)件的加固方式是非常關(guān)鍵的。

1 高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

砌體結(jié)構(gòu)的主要組成材料是砂漿和塊材，這兩種材料在黏結(jié)后形成了砌體結(jié)構(gòu)，耐受強(qiáng)度性、結(jié)構(gòu)牢固性偏低。在傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)增加承載力方面，基本依靠?jī)煞N方式，鋼筋混凝土面層、砂漿面層加固，但這兩種方式存在眾多不足，我國(guó)著名建筑學(xué)者鄧明科在研究中發(fā)現(xiàn)，砌體結(jié)構(gòu)和高延性混凝土能夠產(chǎn)生良好的黏結(jié)效果，在砌體結(jié)構(gòu)中通過高延性混凝土能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性、耐受力。高延性混凝土是由各種材料混合制成的，主要包括膠凝材料、細(xì)骨料、其他添加劑和人工制造的纖維混合制成的，按照科學(xué)的比例成型，具備高抗裂性、高韌性和高耐疲勞性的特種混凝土。高延性混凝土的抗震性是依賴于增強(qiáng)主要抗側(cè)向力構(gòu)件的延性、承載力、結(jié)構(gòu)整體性來(lái)達(dá)到的。在砌體結(jié)構(gòu)中通過使用高延性混凝土進(jìn)行加固，可減少面層厚度，在山西省高延性混凝土加固標(biāo)準(zhǔn)要求中，要求加固面層（雙面）的厚度不得低于15mm。通過雙面加固的方式對(duì)普通砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，單側(cè)墻面達(dá)到受力標(biāo)準(zhǔn)的厚度為15mm 即可，相比于抹灰厚度所差無(wú)幾。因此荷載并不會(huì)因原抹灰層被鏟除而受到影響，也不會(huì)使室內(nèi)使用面積產(chǎn)生變化，無(wú)須穿墻鋼筋，施工周期較短并且難度較低，不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)造成較大影響，能夠有效增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的整體性，降低工程加固成本，無(wú)論從社會(huì)層面還是經(jīng)濟(jì)層面來(lái)說(shuō)都有著良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2 高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

在砌體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用高延性混凝土進(jìn)行加固的方式，經(jīng)鄧明科教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行試驗(yàn)后得出了相關(guān)研究理論，總結(jié)了這個(gè)設(shè)計(jì)方法的計(jì)算方式和具體構(gòu)造措施。云南和山西等眾多省市根據(jù)鄧教授的研究理論先后制定了相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)充了加固理論，提供了更加豐富的理論依據(jù)。

2.1 砌體構(gòu)件受壓加固

采用了配筋高延性或者高延性混凝土面層對(duì)軸心受壓的構(gòu)件進(jìn)行加固時(shí)，正截面的受壓承載力可以根據(jù)此式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算：

在符合構(gòu)造相關(guān)要求后，外加高延性混凝土其面層在加固之后，砌體的受壓構(gòu)件能夠看作是砌體和高延性混凝土面層的砌體構(gòu)件。在公式里，αd是考慮到高延性混凝土和砌體極限壓應(yīng)變不一樣，并且后加高延性混凝土需要壓力滯之后，據(jù)實(shí)際情況引入強(qiáng)度折減系數(shù)，規(guī)范下取αd= 0.15。

2.2 砌體構(gòu)件受剪加固

通過配筋高延性或者高延性混凝土面層進(jìn)行加固之后，墻體受剪的承載力必須符合規(guī)定V≤Vm+Vd。

通過配筋高延性或者高延性混凝土面層進(jìn)行加固之后的墻體承載力的提高值Vd需要根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

通過高延性混凝土面層加固砌體構(gòu)件時(shí)，受剪承載力的提高值其計(jì)算方式和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB50702—2011砌體加固規(guī)范里的鋼筋混凝土砌體墻加固和提高受剪承載力的計(jì)算方法大致相同，但是按照實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)整了一些參數(shù)取值。

2.3 砌體構(gòu)件抗震加固

配筋高延性或者高延性混凝土面層對(duì)砌體墻進(jìn)行加固時(shí)抗震受剪承載力需要根據(jù)以下公式進(jìn)行驗(yàn)算：

非抗震時(shí)的抗剪計(jì)算和此計(jì)算方法大致相同，只是需要用提高值的相關(guān)計(jì)算數(shù)值除以其抗震承載力的調(diào)整系數(shù)。

3 高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)實(shí)際案例

唐山市豐南區(qū)黃各莊鎮(zhèn)郝莊子農(nóng)村目前有許多需要抗震改造的既有農(nóng)房，改造目標(biāo)是需要在本地區(qū)抗震設(shè)防烈度下，主體結(jié)構(gòu)不發(fā)生嚴(yán)重破壞，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)大面積的倒塌。由于這些既有農(nóng)房的結(jié)構(gòu)材料為砂漿和磚石，承重及抗震等強(qiáng)度偏低，因此需要加固來(lái)提高整體強(qiáng)度，但這個(gè)建筑為農(nóng)房，屬于農(nóng)民安危保障建筑，因此甲方特別提出了要求，需要根據(jù)其可使用50年限的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行加固，同時(shí)在加固過程中不可對(duì)建筑內(nèi)外的風(fēng)貌進(jìn)行改變性破壞。根據(jù)相關(guān)鑒定報(bào)告得知，這個(gè)建筑的一層高度和二層高度一致，都為3.8m，三層高度相比于前兩層要少0.2m。由于該建筑為墻下條形基礎(chǔ)，地基可承載強(qiáng)度只有80kPa，整個(gè)建筑利用黏土燒結(jié)磚，強(qiáng)度等級(jí)MU5，砂漿類型是混合砂漿，強(qiáng)度2.9MPa，構(gòu)造柱也并未設(shè)置在建筑過程中，就目前情況而言，一層和二層有少部分的窗間墻體受壓，經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)抗力和效應(yīng)比低于0.9，這是目前的主要問題，經(jīng)評(píng)定建筑結(jié)構(gòu)安全級(jí)別僅為D。在對(duì)其抗震性經(jīng)過測(cè)試并計(jì)算后得知，最終得出的計(jì)算結(jié)果相較于建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)部分墻體都不符合標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，鑒定圈梁和鋼筋混凝土均未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，磚和砂漿的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正常值。

3.1 加固方案比選

（1）鋼筋混凝土面層加固方法。即日常提到的鋼筋網(wǎng)夾板墻，砌體墻加固可以從很大程度上提升墻體承受壓力、承受剪切應(yīng)力，大幅度提升剛度和抗震性，該方法的施工方法具備簡(jiǎn)易性，并具備合格的計(jì)劃和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，是砌體結(jié)構(gòu)加固最實(shí)用的方法，但實(shí)際施工工況需要長(zhǎng)時(shí)間在濕潤(rùn)狀況下工作，會(huì)影響到正常的生產(chǎn)生活，且建筑物實(shí)際面積在加固后會(huì)出現(xiàn)減少的情況。

（2）砌體托換加固方法。該方法主要針對(duì)具有重大缺陷和裂縫的部分，將其替換成新磚墻體，當(dāng)出現(xiàn)其他問題時(shí)，可以將原構(gòu)件進(jìn)行有效的支頂，同時(shí)要對(duì)原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件在具體工況全過程中的承重情況進(jìn)行驗(yàn)算、監(jiān)測(cè)和把控。托換部分的材料強(qiáng)度等級(jí)要適當(dāng)高于建造時(shí)計(jì)算的強(qiáng)度等級(jí)，砂漿強(qiáng)度也要相較原設(shè)計(jì)提升一個(gè)等級(jí)，用整磚堆砌。

（3）高延性混凝土加固方法。主要在經(jīng)過基層處理后的構(gòu)件表面涂一道高延性混凝土層，利用高延性混凝土所具備的高性能粘結(jié)性，讓高延性混凝土面層和砌體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)緊密結(jié)合層，使其整體受力更加均勻，更加適合高受力工況，同時(shí)還具備高延性、高抗裂性能和高耐損傷能力，這些良好的材料性能可以有效提高結(jié)構(gòu)的承載力、延性和抗裂性能，讓成型后的砌體具備結(jié)構(gòu)性承載力、延展性和較高的耗能能力，可以有效阻止裂縫的產(chǎn)生，從而使原有砌體結(jié)構(gòu)的抗震性和抗裂性都有所提升。從本工程的實(shí)際工況和技術(shù)要點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為高延性混凝土加固是適合應(yīng)用在砌體上的。通過高延性混凝土對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)可以省略鋼筋的應(yīng)用，并且減少了大量的施工工序，方法簡(jiǎn)略，而人工壓抹則是最主要的工藝。

3.2 施工流程

3.2.1 基層處理

加固部位砌體粘接的前提條件是保證接觸面整潔干凈，沒有油污，對(duì)原有墻面裝飾面層和抹灰層都要處理干凈，將灰縫進(jìn)行徹底清理，使用鋼絲刷將殘余灰塵清理干凈，讓表面灰粉徹底干凈。將砌體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行清理后，要用水分充分潤(rùn)濕，最好分兩次澆水，兩次分別在施工前12h和施工前2h左右進(jìn)行。最后在墻面上粉刷一層素水泥漿，使墻面與高延性混凝土的結(jié)合更加充分，避免出現(xiàn)面層開裂的情況。

3.2.2 配置高延性混凝土

配置高延性混凝土要堅(jiān)決按照使用手冊(cè)上的工藝要求進(jìn)行拌制，對(duì)拌制比例加以把控，采取稱重計(jì)量的方式保證比例合理。高延性混凝土主要采用混料預(yù)拌的方法進(jìn)行制備。原材料計(jì)量主要使用電子計(jì)量?jī)x進(jìn)行測(cè)試，使用前要確定其標(biāo)定合格。每盤高延性混凝土原料計(jì)量的允許偏差應(yīng)符合表1 規(guī)定的原材料種類計(jì)量允許偏差。

表1 原料計(jì)量允許偏差表

高延性混凝土使用的工程機(jī)械是強(qiáng)制式攪拌機(jī)，強(qiáng)制式攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速要大于45r/min，并應(yīng)配備纖維專用計(jì)量以及送料設(shè)備。每次攪拌都有相應(yīng)的次數(shù)規(guī)定，需要按照施工進(jìn)程進(jìn)行制備，以防高延性混凝土存放太久，存放時(shí)間不能超過半小時(shí)，且施工過程中不能損壞原來(lái)的水比配置。

3.2.3 壓抹高延性混凝土面層

因原有墻面在清除固有裝飾面及抹灰面時(shí)對(duì)于原有砌筑墻體表面會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的破壞，使得墻面平整度降低，所以在壓抹之前需做灰餅，這樣可以有效保持每層高延性混凝土的厚度?；绎炐璨捎酶哐有曰炷林谱?，直徑大小約為50mm。高延性混凝土面層應(yīng)采取分層多次刮涂的方式，單層厚度≤15mm。第二層施工則需要在第一層高延性混凝土初凝前完成，各層高延性混凝土之間以及其與基層的粘接面需要牢固，保證無(wú)脫層、空鼓、裂隙等缺陷。在壓抹高延性混凝土前應(yīng)先將墻面澆水濕潤(rùn)，待墻體稍干后進(jìn)行壓抹施工。

3.2.4 養(yǎng)護(hù)

高延性混凝土面層竣工后要進(jìn)行7d 的噴水養(yǎng)護(hù)，溫度要大于5℃，否則會(huì)進(jìn)行冬施，夏季施工時(shí)保證環(huán)境封閉。應(yīng)在施工完成后2h 以內(nèi)就開展養(yǎng)護(hù)工作，前三天和第四天之后分別保證每隔2h 以及4h 的灑水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。

3.2.5 效果

通過高延性混凝土加固法，從建筑的實(shí)際狀況中可發(fā)現(xiàn)，在加固后其關(guān)鍵區(qū)域承重性能有了很大程度的改善，穩(wěn)定性也大大提高，各結(jié)構(gòu)部件均能充分發(fā)揮作用，強(qiáng)度也獲得了提高，承載力、抗裂性能均有所增強(qiáng)與改進(jìn)?？偟膩?lái)講，對(duì)該建筑的鑒定、改建與施工的過程成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的加固效果。

4 結(jié)語(yǔ)

在砌體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用高延性混凝土可產(chǎn)生較好的效果，能夠充分發(fā)揮二者力學(xué)性能互補(bǔ)的特點(diǎn)，加固后墻體的延性和抗剪強(qiáng)度都有顯著提高，在墻體開裂后加強(qiáng)鋼網(wǎng)的效果也很可觀，在增加鋼筋直徑中豎向鋼筋的效果也很明顯；同時(shí)施工較為便利，材質(zhì)強(qiáng)度較高，這種方式未來(lái)在砌體結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域必然得到廣泛的應(yīng)用，無(wú)論從社會(huì)還是經(jīng)濟(jì)層面來(lái)看，都會(huì)產(chǎn)生良好的效益。