董馥鵬

(山西龍城建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030027)

高層建筑混凝土剪力墻強(qiáng)度，會(huì)直接影響建筑質(zhì)量，是承載豎向應(yīng)力的主要構(gòu)件，如果存在缺陷或強(qiáng)度不足，易導(dǎo)致建筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)坍塌事故。為保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，通常采取加固施工技術(shù)，彌補(bǔ)和修復(fù)剪力墻構(gòu)件的強(qiáng)度問(wèn)題，減少或者消除缺陷對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，確保建筑工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程項(xiàng)目概況

山西太原某高層建筑整體結(jié)構(gòu)為混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑高度為54.6m，地上層數(shù)為18層，地下2層，建筑總面積為22963.5m2，預(yù)設(shè)建筑使用年限為70年以上。施工人員需要確保建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)滿足二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，抗震性能、防風(fēng)性能均需要滿足要求。根據(jù)高層建筑設(shè)計(jì)方案，建設(shè)的剪力墻的厚度為20cm、25cm和30cm。使用鋼筋拉抻固定，選用直徑為6mm和8mm的鋼筋材料。施工過(guò)程達(dá)到第10層后，監(jiān)理人員及施工隊(duì)伍考慮到結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)下層結(jié)構(gòu)施加應(yīng)力，使用抽樣取芯法進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表示強(qiáng)度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到繼續(xù)施工安全性以及拆除的經(jīng)濟(jì)性，項(xiàng)目工程多個(gè)部門開(kāi)設(shè)會(huì)議，就解決剪力墻構(gòu)件強(qiáng)度不滿足要求的問(wèn)題展開(kāi)討論，最終確定使用置換混凝土的技術(shù)加固[1]。

2 剪力墻構(gòu)件加固施工技術(shù)

2.1 受力模型分析

為了確定剪力墻構(gòu)件加固的范圍及所需要達(dá)到的加固效果，相關(guān)部門根據(jù)現(xiàn)有的施工方案及相關(guān)資料，建立剪力墻構(gòu)件的受力模型，分析需要加固構(gòu)件的受力參數(shù)，同時(shí)使用鉆芯法確定最終的加固范圍。受力分析則使用有限元分析模型，模擬剪力墻的實(shí)際結(jié)構(gòu)，將混凝土材料的強(qiáng)度信息、構(gòu)件大小及參數(shù)等信息輸入到軟件之中，建立建筑三維模型。軟件構(gòu)件模型中包括高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)之中的板、梁等基礎(chǔ)構(gòu)件，構(gòu)件之間的連接使用鉸接方案[2]。為了確保加固施工后可以達(dá)到預(yù)設(shè)的強(qiáng)度，且在施工過(guò)程中不會(huì)造成混凝土出現(xiàn)塑性損傷，計(jì)算構(gòu)件的拉抻受力情況，具體計(jì)算公式如下。

Θ=(1-K)βL

公式中的θ表示構(gòu)件的拉抻受力情況，K表示構(gòu)件的損傷情況，β表示在未進(jìn)行構(gòu)件加固時(shí)材料的瞬時(shí)彈性模量，L表示拉抻應(yīng)變量。基于上述公式進(jìn)行拉抻受力數(shù)值的計(jì)算。

由于構(gòu)件強(qiáng)度無(wú)法滿足高層建筑豎向承載的要求，但構(gòu)件單軸在受壓前期未達(dá)到極限值，混凝土構(gòu)件受損概率較小。如果出現(xiàn)壓力過(guò)高的情況，混凝土很有可能產(chǎn)生應(yīng)力出現(xiàn)形變、損傷等問(wèn)題。因此，在有限元模型中計(jì)算剪力墻結(jié)構(gòu)的受壓應(yīng)力情況，具體計(jì)算公式如下。

Q=(1-K)β(L1-L2)

公式中的β表示構(gòu)件的彈性模型，L表示構(gòu)件的應(yīng)變量。加固過(guò)程中需要考慮到植筋膠結(jié)力、咬合力等，避免加固過(guò)程中出現(xiàn)損傷。因此，考慮到加固過(guò)程中的本構(gòu)關(guān)系，具體計(jì)算公式如下。

F={El，α≤αn}

F={Q，αn≤α≤αo}

公式中的F表示彈塑性本構(gòu)關(guān)系，E1表示剪力墻植筋鋼筋的彈性模量數(shù)值，α表示拉壓應(yīng)變程度，Q表示屈服強(qiáng)度，αn表示拉壓應(yīng)變情況，α表示最大拉壓應(yīng)變值。

2.2 相互影響分析

使用置換法進(jìn)行混凝土加固處理的過(guò)程中，需要對(duì)置換區(qū)域的初始狀態(tài)及置換后構(gòu)件受力產(chǎn)生的影響程度予以分析，確保剪力墻結(jié)構(gòu)在加固后受力仍處于平衡的狀態(tài)，避免出現(xiàn)受力重心位移等問(wèn)題導(dǎo)致壓應(yīng)力出現(xiàn)差異。在有限元模型中進(jìn)行初始狀態(tài)的影響分析，具體受力平衡關(guān)系計(jì)算公式如下。

V=FADL

公式中的V表示置換加固后的構(gòu)件空間體積大小，A表示置換混凝土加固過(guò)程中的初始應(yīng)力值，L表示剪力墻構(gòu)件的等效荷載量，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變矩陣為F。

由于置換混凝土加固施工會(huì)導(dǎo)致外力增加，使得構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的荷載量發(fā)生變化，在有限元模型中進(jìn)行平衡關(guān)系計(jì)算，根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，使得拆除原有混凝土構(gòu)件時(shí)可以達(dá)到受力平衡狀態(tài)，增加外部荷載。置換加固后為保障剪力墻構(gòu)件的平衡性，應(yīng)力應(yīng)先增加、后減少，將原有構(gòu)件拆除后，受力荷載會(huì)向上部轉(zhuǎn)移，加固澆筑混凝土凝固后，轉(zhuǎn)移荷載應(yīng)維持原有應(yīng)變平衡[3]。

2.3 加固過(guò)程確定

考慮到剪力墻構(gòu)件加固施工中應(yīng)保持高層建筑的穩(wěn)定性，應(yīng)計(jì)算置換混凝土的干結(jié)速度，按照批次進(jìn)行構(gòu)件置換。本工程項(xiàng)目建設(shè)按照從低至高的順序完成，置換構(gòu)件最大長(zhǎng)度為0.5m，優(yōu)先進(jìn)行對(duì)稱區(qū)域的構(gòu)件置換。根據(jù)受力分析結(jié)果，荷載件的間隔距離控制在60cm左右。將原有的剪力墻構(gòu)件拆除后，將施工現(xiàn)場(chǎng)的渣滓等清除干凈，并檢驗(yàn)植筋的拉抻情況和彎曲情況，如在置換過(guò)程中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中原有的鋼筋等造成損傷，則需要更新、替換。置換混凝土主要為微膨脹混凝土，澆筑高度超出原有連接面的9cm左右，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)澆筑的狀態(tài)，完成后將模板拆除進(jìn)行下一批次的構(gòu)件加固。

2.4 技術(shù)試驗(yàn)研究

相關(guān)部門在提出使用置換加固技術(shù)的同時(shí)，進(jìn)行該技術(shù)的應(yīng)用效果分析，計(jì)算加固后的受壓承載力富余比和形變、位移情況。軸壓比為0.35的構(gòu)件，承壓富余比為78%左右，軸壓比為0.55的構(gòu)件承壓富余比為65%左右，施工質(zhì)量可以得到保障。試驗(yàn)結(jié)果表明置換加固技術(shù)應(yīng)用構(gòu)件變形位移量最大為30.5mm，可承受的極限荷載值為34KN/m2，加固質(zhì)量更佳。

3 剪力墻構(gòu)件加固施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 施工流程

置換混凝土法是指在需要加固的剪力墻表面加貼鋼板，并使用耐堿性膠粘劑將鋼板與混凝土表面粘合，并在鋼板上開(kāi)鑿孔洞，在孔洞中灌注高強(qiáng)度砼，形成新的混凝土剪力墻，以達(dá)到加固的效果。

按照上述流程，首先需要對(duì)原有墻體進(jìn)行拆除，以便為新的構(gòu)件創(chuàng)造空間。然后制作新構(gòu)件，按照設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)澆筑或預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，并進(jìn)行試驗(yàn)和檢驗(yàn)。隨后安裝新構(gòu)件，將新構(gòu)件放入原位并進(jìn)行精確定位并連接成整體。

安裝完構(gòu)件之后，焊接支撐鋼板，在新構(gòu)件上焊接支撐鋼板，為后續(xù)加固提供支撐。在加固環(huán)節(jié)，先加固梁柱節(jié)點(diǎn)，針對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行加固，可采用增加箍筋、加設(shè)鋼板等方式。隨后，加固剪力墻，針對(duì)剪力墻進(jìn)行加固，包括增加剪力墻面積，加設(shè)鋼板和加固鋼筋等方式。表面處理過(guò)程中，需要避免澆筑過(guò)程中的混凝土影響剪力墻結(jié)構(gòu)外層的美觀性，使用鑿除、黏結(jié)等方法，確保表面光滑。最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)及檢驗(yàn)，在加固施工完成后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并對(duì)加固效果進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估。使用置換混凝土法進(jìn)行加固時(shí)，需要結(jié)合情況確定加固方案和設(shè)計(jì)，施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，確保加固效果和施工質(zhì)量。同時(shí)需要注意保護(hù)原有剪力墻及其周邊結(jié)構(gòu)，避免對(duì)原有結(jié)構(gòu)造成損害[4]。

3.2 剪力墻構(gòu)件加固施工技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 原有墻體拆除技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)預(yù)設(shè)方案將原有墻體拆除，本工程項(xiàng)目涉及原有墻體面積達(dá)到386m2，在確定原有墻體要拆除的位置和范圍，制定詳細(xì)的拆除方案之后，在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置圍擋和安全警示標(biāo)識(shí)，保證施工區(qū)域的安全通行。按照設(shè)計(jì)方案和拆除計(jì)劃進(jìn)行拆除施工，先開(kāi)口拆除，再逐步向兩側(cè)擴(kuò)展。拆除過(guò)程中注意不要損壞周圍結(jié)構(gòu)。原有墻體拆除期間，在拆除位置或周圍的墻體上設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，避免因拆除造成的結(jié)構(gòu)倒塌或不均勻沉降等不安全情況，同時(shí)對(duì)墻體進(jìn)行局部加固，避免拆除過(guò)程中產(chǎn)生不必要的破壞。同時(shí)，在拆除完成后進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)和修復(fù)工作。根據(jù)有限元模型計(jì)算結(jié)果，新設(shè)立的構(gòu)件必須符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范，位置、尺寸和連接方式要按照要求進(jìn)行設(shè)置。構(gòu)件設(shè)置完成后，在周圍進(jìn)行必要的加固和砼澆筑施工，并整體調(diào)整構(gòu)件位置和垂直度，以確保其滿足設(shè)計(jì)要求。完成后進(jìn)行全面檢查和測(cè)試，確認(rèn)新構(gòu)件的質(zhì)量和安全性達(dá)到要求，并記錄保留相關(guān)施工檔案。拆除之中，需要植筋的區(qū)域，應(yīng)確保鋼筋材料符合國(guó)家規(guī)范和計(jì)劃要求，在節(jié)點(diǎn)周圍鋼筋網(wǎng)中應(yīng)安排足夠的連接鋼筋和拱形鋼筋，以確保節(jié)點(diǎn)的承載能力和穩(wěn)定性安全性。

3.2.2 剪力墻構(gòu)件澆筑要點(diǎn)

原有墻體不合格區(qū)域的混凝土強(qiáng)度為28～30MPa之間，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45。為進(jìn)一步提升混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，板底位置最大壓應(yīng)力應(yīng)在4.7MPa左右，梁底應(yīng)力測(cè)點(diǎn)最大拉應(yīng)力為1.2MPa，仍使用C45等級(jí)混凝土，抗拉強(qiáng)度值為2MPa，混凝土強(qiáng)度達(dá)到40MPa。置換澆筑混凝土過(guò)程中，明確澆筑施工技術(shù)要點(diǎn)。施工前需做好澆筑準(zhǔn)備工作，包括清場(chǎng)，保證施工區(qū)域的安全通行，同時(shí)確定好澆筑順序和周期。此外，確定擺料場(chǎng)地及每個(gè)施工段的攪拌站，并對(duì)原材料進(jìn)行檢查和質(zhì)量控制。用足夠數(shù)量的鋼模板制作放模，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求，放模之前必須先泥板打線、調(diào)整和校準(zhǔn)。鋼筋加工和綁扎應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和圖紙策劃，圖紙審核確認(rèn)后，再加工和綁扎。開(kāi)始混合砼料，應(yīng)按比例派送至攪拌機(jī)，分別進(jìn)行拌和，所得混凝土應(yīng)具有一定的坍落度和流動(dòng)性。注意安排調(diào)整混凝土料運(yùn)送到位和控制其流向重心。澆筑時(shí)應(yīng)盡量避免混凝土堆積和出現(xiàn)空洞，并保持現(xiàn)場(chǎng)濕潤(rùn)。將混凝土均勻平穩(wěn)地倒入放置，隨時(shí)觀察外觀的質(zhì)量和傾向性。澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證混凝土強(qiáng)度成長(zhǎng)發(fā)展。澆筑后大概24h內(nèi)噴水進(jìn)行濕潤(rùn)，在澆筑初期盡可能避免反復(fù)震動(dòng)混凝土。完成后進(jìn)行全面檢查和測(cè)試，確認(rèn)混凝土體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全性達(dá)到要求，并記錄保留相關(guān)施工檔案。置換澆筑過(guò)程中，必須保證振搗充分、坍落度適宜和流動(dòng)性良好，利用特殊措施數(shù)量進(jìn)行及時(shí)加固，并按照設(shè)計(jì)計(jì)劃和規(guī)范要求控制其流向和含水量[5]。

3.2.3 剪力墻支撐鋼板焊接技術(shù)要點(diǎn)

剪力墻構(gòu)件置換加固施工過(guò)程中對(duì)鋼板進(jìn)行焊接，保持剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，為后續(xù)的加固作業(yè)提供保障。在鋼板焊接過(guò)程中，根據(jù)有限元分析結(jié)果，確定需要焊接的鋼板尺寸、數(shù)量和位置，并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范要求制作焊接模板。加固施工到場(chǎng)鋼板應(yīng)進(jìn)行全面檢查和預(yù)處理，清除表面銹蝕、污染、涂層等，確保其符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，選擇合適的焊接材料，滿足鋼板連接的強(qiáng)度、剛度和耐久性等要求。焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收要求進(jìn)行操作，注意電弧焊接要避免冷裂紋產(chǎn)生，并掌握焊接梁角度、角度反彈、斜著焊接等構(gòu)造形式。在鋼板連接之前，確認(rèn)母材表面質(zhì)量、富余距離等基本要點(diǎn)，確保焊接接頭的正確位置和間距。監(jiān)測(cè)焊接過(guò)程中的溫度變化，采取必要措施，防止溫度過(guò)高形成氣泡、裂紋或變形。焊接完畢后進(jìn)行全面檢查和測(cè)試，確認(rèn)焊接質(zhì)量和安全性達(dá)到要求，并記錄保留焊接工藝說(shuō)明書(shū)。

3.2.4 剪力墻節(jié)點(diǎn)加固要點(diǎn)

在加固過(guò)程中需要對(duì)局部階段、軸線等梁板區(qū)域存在疏松混凝土做處理，并對(duì)節(jié)點(diǎn)缺失區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，統(tǒng)計(jì)需要修補(bǔ)的范圍及需要修補(bǔ)的工程量，由相關(guān)人員核實(shí)后恢復(fù)工序?；炷帘砻嫣幚磉^(guò)程中，需要使用斬斧在貼合面位置輕斬混凝土的表面位置，除去0.25cm左右的表層，使用毛刷將表面的粉粒清楚干凈，使得混凝土貼河面處于干燥、清潔的狀態(tài)，隨后在表面涂刷一層界面劑。待表層位置徹底干燥之后，使用高強(qiáng)度的修復(fù)聚合物砂漿進(jìn)行找平，并按照剪力墻構(gòu)件的尺寸和形狀進(jìn)行修復(fù)，隨后進(jìn)行混凝土剪力墻構(gòu)件養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

3.2.5 剪力墻結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)

在澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行全面的養(yǎng)護(hù)工作，確?；炷翉?qiáng)度發(fā)展逐漸完善。一般來(lái)說(shuō)，初期養(yǎng)護(hù)需要持續(xù)7～14d。養(yǎng)護(hù)期間需要充分保證混凝土澆筑砼結(jié)構(gòu)表面濕潤(rùn)，有利于構(gòu)件的硬化致密，養(yǎng)護(hù)時(shí)避免涂料粘附到表面。本工程建立全面的水壓浸入方式養(yǎng)護(hù)體系，保證砼體內(nèi)部溫度、濕度和含水量等物理參數(shù)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。該過(guò)程中自然養(yǎng)護(hù)和加溫保溫兩種方法結(jié)合，先潤(rùn)后干，慢慢升溫，避免因溫度變化出現(xiàn)反復(fù)漲縮，影響構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，合理定位和設(shè)置好養(yǎng)護(hù)設(shè)備，可采取階段倒放、遮陽(yáng)隔熱材料、人孔蓋板等方案，以確?；炷翉?qiáng)度逐漸提高，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)人員需要每天對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡視檢查，記錄養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和計(jì)劃執(zhí)行情況，并將結(jié)果報(bào)告給相關(guān)責(zé)任人和監(jiān)督機(jī)構(gòu)。養(yǎng)護(hù)完畢后進(jìn)行全面的強(qiáng)度測(cè)試和技術(shù)驗(yàn)收，包括砼體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性等方面。并將測(cè)試結(jié)果和驗(yàn)收?qǐng)?bào)告記錄保留，供今后參考使用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市化發(fā)展過(guò)程中高層建筑的數(shù)量越來(lái)越多，但同樣存在市場(chǎng)中混凝土剪力墻構(gòu)件質(zhì)量參差不齊的情況，加固施工是具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的技術(shù)，可以彌補(bǔ)混凝土剪力墻的質(zhì)量缺陷，改善構(gòu)件質(zhì)量，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，相關(guān)人員在應(yīng)用加固施工技術(shù)期間應(yīng)做好加固方案的制定工作，建立混凝土剪力墻構(gòu)件的受力模型，合理配置工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的科學(xué)加固。