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砼強度不足加固方法 原理和案例

砼強度不足加固方法 原理和案例

第一部分 砼強度不足基本知識

1)概述

因施工和使用不當而引起的混凝土強度不足,將會使結構的承載能力和剛度下降,撓曲變形加大,同時使結構的抗裂、抗滲和耐久性降低,影響結構使用。下圖是兩例砼強度不足的圖片。

 

2)引起混凝土強度不足的表現

強度不足的表現:混凝土強度不夠必將伴隨有抗滲能力降低,耐久性降低,更重要的會影響結構的承載能力。主要表現為三方面:

1 降低結構強度、剛直下降。

2 抗裂性差、產生大量寬裂縫。

3 構件變形,變形大到影響正常使用。

3)引起混凝土強度不足的原因

1 原材料質量差:

(1)水泥質量不良:1.水泥實際活性低;2.水泥安定性不合格;

(2)骨料(砂、石)質量不良:1.石子強度低;2.石子體積穩定性差;3.石子形狀與表面狀態不良;4.砂、石中有機雜質含量高、粉塵含量高,砂中云母含量高;

(3)拌合水質量不合格;

(4)外加劑質量不合格或組成配比不當

2 混凝土配合比不當:

混凝土配合比是決定強度的重要因素之一,其中水灰比的大少直接影響混凝土強度,其他如用水量、砂率、骨灰比等也影響混凝土的各種性能,從而造成強度不足事故。

(1)用水量加大:較常見的有攪拌機上加水裝置計量不準;不扣除砂、石中的含水量;甚至在澆灌地點任意加水等;

(2)隨意套用配合比;

(3)外加劑摻量不準;

(4)外加劑使用不當;

(5)砂石計量不準和水泥用量不足。

3 施工工藝不正確

(1)攪拌不佳,時間過短或過長造成不勻;

(2)澆筑時水泥漿漏失嚴重;混凝土假凝、初凝;振搗不實;

(3)養護不當;如早期缺水干燥,受凍等.

4 試塊未經標準養護或未按規定制作

對于混凝土強度不足的補救和處理一般采用測定實際強度,利用后期強度,減少結構荷載,結構加固、分析驗算,至拆除重建等。

4)典型加固方法及適用范圍:

混凝土結構強度不足的加固分為直接加固與間接加固兩類,設計時可根據實際條件和使用要求選擇適宜的方法和配套的技術。

1、直接加固的一般方法有:

(1)加大截面加固法

在鋼筋混凝土受彎構件受壓區加混凝土現澆層,可增加截面有效高度,擴大截面面積,從而提高構件正截面抗彎,斜截面抗剪能力和截面剛度,起到加固補強的作用。

在適筋范圍內,混凝土彎變構件正截面承載力隨鋼筋面積和強度的增大而提高。在原構件正截面配筋率不太高的情況下,增大主筋面積可有效地提高原構件正截面抗彎承載力。在截面的受拉區加現澆混凝土圍套增加構件截面,通過新加部分和原構件共同工作,可有效地提高構件承載力,改善正常使用性能。

加大截面加固法施工工藝簡單、適應性強,并具有成熟的設計和施工經驗;適用于梁、板、柱、墻和一般構造物的混凝土的加固;但現場施工的濕作業時間長,對生產和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。

(2)置換混凝土加固法

該法的優點與加大截面法相近,且加固后不影響建筑物的凈空,但同樣存在施工的濕作業時間長的缺點;適用于受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的加固。

(3)有粘結外包型鋼加固法

外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構件的外邊,外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應采用濕式外包法,即采用環氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構傭粘結成一整體,加固后的構件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高,因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。

該法也稱濕式外包鋼加固法,受力可靠、施工簡便、現場工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無防護的情況下用于600C以上高溫場所;適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。

(4)粘鋼加固法

鋼筋混凝土受彎構件外部粘鋼加固是在構件承載力不足區段(正截面受拉區、正截面受壓區或斜截面)表面粘貼鋼板,這樣可提高被加固構件的承載力,且施工方便。

該法施工快速、現場無濕作業或僅有抹灰等少量濕作業,對生產和生活影響小,且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響,但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平;適用于承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎或受拉構件的加固。

(5)粘貼纖維增強塑料加固法

外貼纖維加固是用膠結材料把纖維增強復合材料貼于被加固構件的受拉區域,使它與被加固截面共同工作,達到提高構件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優點外,還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優點,但需要專門的防火處理,適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物。

(6)繞絲法

該法的優缺點與加大截面法相近;適用于混凝土結構構件斜截面承載力不足的加固,或需對受壓構件施加橫向約束力的場合。

(7)錨栓錨固法

該法適用于混凝土強度等級為C20~C60的混凝土承重結構的改造、加固;不適用于已嚴重風化的上述結構及輕質結構。

2、間接加固的一般方法有:

(1)預應力加固法

(一)預應力水平拉桿固法

預應力水平拉桿加固的混凝土受彎構件,由于預應力和新增外部荷載的共同作用,拉桿內產生軸向拉力,該力通過桿端錨固偏心地傳遞到構件上(當拉桿與梁板底面緊密貼合時,拉桿會與構件共同找曲,此時尚有一部分壓力直接傳遞給構件底面),在構件中產生偏心受壓作用,該作用克服了部分外荷載產生的彎矩,減少了外荷載效應,從而提高了構件的抗彎能力。同時,由于拉桿傳給構件的壓力作用,構件裂縫發展得以緩解、控制、斜截面抗剪承載力也隨之提高。

由于水平提桿的作用,原構件的截面應力特征由受彎變成了偏心受壓,因此,加固后構件的承載力主要取決于壓彎狀態下原構件的承載力。

(二)預應力下撐拉桿加固法

鋼筋混凝土構件采用預應力下撐式拉桿加固定后,形成一個由被加固構件和下撐式拉桿組成的復合超靜定結構體系,在外荷載和預應力共同作用下,拉桿中產生軸向力并通過與構件的結合點(下撐點和桿端錨固點)傳遞給被加固構件,抵消了部分外荷載,改變了原構件截面內力特征,從而提高了構件的承載能力

該法能降低被加固構件的應力水平,不僅使加固效果好,而且還能較大幅度地提高結構整體承載力,但加固后對原結構外觀有一定影響;適用于大跨度或重型結構的加固以及處于高應力、高應變狀態下的混凝土構件的加固,但在無防護的情況下,不能用于溫度在600C以上環境中,也不宜用于混凝土收縮徐變大的結構。

(2)增加支承加固法

增設支點加固法是通過減少受彎構件的計算跨度,達到減少作用在被加固構件上的載載效應,提高結構承載水平的目的。該法簡單可靠,但易損害建筑物的原貌和使用功能,并可能減小使用空間;適用于具體條件許可的混凝土結構加固。

(3)其它加固法

輔助結構加固法是采用另制的輔助構件,如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁,部分或全部分擔被加固梁的荷載。

在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗彎和抗剪能力都得到提高。

3、與混凝土結構加固改造配套使用的技術一般有:

(1)托換技術

系托梁(或桁架)拆柱(或墻)、托梁接柱和托梁換柱等技術的概稱;屬于一種綜合性技術,由相關結構加固、上部結構頂升與復位以及廢棄構件拆除等技術組成;適用于已有建筑物的加固改造;與傳統做法相比,具有施工時間短、費用低、對生活和生產影響小等優點,但對技術要求較高,需由熟練工人來完成,才能確保安全。

(2)植筋技術

系一項對混凝土結構較簡捷、有效的連接與錨固技術;可植入普通鋼筋,也可植入螺栓式錨筋;已廣泛應用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設計位置的補救,構件加大截面加固的補筋,上部結構擴跨、頂升對梁、柱的接長,房屋加層接柱和高層建筑增設剪力墻的植筋等。

(3)裂縫修補技術

根據混凝土裂縫的起因、性狀和大小,采用不同封護方法進行修補,使結構因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復的一種專門技術;適用于已有建筑物中各類裂縫的處理,但對受力性裂縫,除修補外,尚應采用相應的加固措施。內部修補法。

內部修補法是用壓力泵把膠結材料壓力混凝土裂縫中,結硬后起到補縫作用,并通過其膠結性使原結構恢復整體性,該方法適用于裂縫寬度較大,對結構的整體性和安全性及耐久性等有影響,或有防水防滲等要求的裂縫的修補。

(4)碳化混凝土修復技術

系指通過恢復混凝土的堿性(鈍化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術。

(5)混凝土表面處理技術

系指采用化學方法、機械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣以及其它附著物的專門技術。

(6)混凝土表層密封技術

系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對混凝土進行防水、防潮和防裂處理的技術。

(7)其它技術

如結構、構件移位技術、調整結構自振頻率技術等。

第二部分  混凝土強度不足加固工程3個案例

1.案例1 某超低強度混凝土現澆框架結構的補強加固

2. 工程概況

某紙箱廠為單幢建筑( 最大寬度109 m, 最大長度159.1m) , 總建筑面積為16 860m2, 其中: 生產車間為單層, 跨度為20m, 鋼結構屋面; 成品倉庫為3層鋼筋混凝土框架結構; 原料倉庫為8m高的單層鋼筋混凝土框架結構。基礎采用高強預應力管樁, 地面為結構地面, 框架結構混凝土設計強度等級均為C25。

該工程于2002年1月份開始開挖基礎, 混凝土采用現場攪拌站制備和商品混凝土。施工至2002年2月份( 跨春節) 時, 完成了部分結構地面、生產車間的所有柱、原料倉庫的所有結構、成品倉庫3層柱后, 發現混凝土強度超低, 后經對承臺、地梁、地面鋼筋混凝土板、部分鋼筋混凝土柱、樓蓋梁進行補強加固, 于2002年10月末竣工, 交付正常使用至今。

1 混凝土強度檢測

為摸清混凝土質量的準確情況, 委托法定單位對已完成的混凝土構件進行了高頻度的現場

鉆芯取樣檢測, 檢測結果表明: 除成品倉庫二層樓蓋( 用商品混凝土) 及一層樓蓋板[1]( 用自拌混凝土) , 原料倉庫屋蓋( 用商品混凝土) 混凝土強度基本滿足驗評要求外, 其他構件的混凝土強度均不符合設計要求, 而不合格的混凝土均為現場自拌。經調查分析: 該工程混凝土強度大面積不合格, 其主要原因是現場攪拌站用錯了混凝土配合比及所使用的砂較細所引起的。

1. 加固設計

2.1 加固原則

加固必須滿足現行規范對承載能力極限狀態、正常使用極限狀態、混凝土結構的耐久性要求; 被加固結構的混凝土強度按C10考慮; 采用加大截面方法進行加固。

2.2 加固范圍

所有兩樁及兩樁以上承臺; 局部地梁; 局部地面;成品倉庫一層樓蓋梁; 除生產車間鋼屋架柱外的所有混凝土柱, 即成品倉庫的1, 2, 3層混凝土柱, 原料倉庫8m高的混凝土柱。

2.3 主要加固工藝

鋼筋采用植筋及焊接, 為保證混凝土的耐久性符合要求, 在原混凝土面抹10mm厚FSB- 100防滲寶新型材料。加固用混凝土均為C30。

1. 加固施工

3.1 承臺加固

利用原地梁未嵌入承臺, 承臺至地面板的空間加厚承臺, 承臺側面則加厚100~150 mm, 以確保承臺的耐久性。

施工工藝流程: 挖土→鑿毛原承臺表面→打孔→安裝膨脹

螺栓( 起銷的作用) →清洗承臺表面→安放承臺的加固鋼筋→支承臺模板→澆筑承臺混凝土→養護→拆模→回填土。

3.2 地梁加固

原設計將地面板與地梁設計成各自獨立的構件,便于梁板單獨施工, 即地梁截面為矩形。加固設計在板面給地梁再配負筋、箍筋并與板一起整澆, 使原矩形截面地梁變為T形截面。

施工工藝流程: 挖土→鑿毛地梁側表面( 地梁頂應露出箍筋, 外露長度不少于12 d) →清洗地梁側表面→抹防滲寶→柱打孔→植筋及安裝地梁加固筋→焊接地梁加固筋→焊接地梁箍筋→澆筑混凝土。

施工注意事項: 地梁主筋能直接繞過柱的, 則直通; 不能繞過柱的, 則用植筋辦法錨固、加固鋼筋。

3.3 地面加固

在原混凝土地面, 間距300mm植12鋼筋, 再配筋并將板加厚150mm。

施工工藝流程: 鑿毛原地面表面→清潔板面→安裝板筋→植12鋼筋→澆筑混凝土→養護。

施工注意事項: 地面的配筋為負筋, 為保證鋼筋的有效高度, 必須安放足夠的馬凳筋; 為確保地面的平整度達到要求, 采用鋪道軌滾平施工工藝。

3.4 柱加固

將原柱截面加寬100~200mm。

施工工藝流程: 鑿毛柱表面→鑿出原柱邊中部主筋→柱頭梁打孔→固定角鋼→焊接箍筋及復合箍( 焊于已鑿出的原柱中主筋上) →柱頭穿樓板打孔→清洗柱面→安裝柱模板( 2m高翻一次) →澆筑混凝土→拆模→養護。

施工注意事項: 柱頭加密箍的安裝, 必須首先在與柱頭相交的梁上打兩個孔, 用螺栓固定角鋼, 然后再將加密箍焊于角鋼上( 圖1) ; 由于有些柱高為8m, 柱模板必須多次向上翻, 一般將混凝土的自由落體高度控制在2m以內; 由于柱截面加固厚度較小( 50~100mm) , 因此澆筑的混凝土必須采用流動性較大( 坍落度14cm) 的細石混凝土, 澆筑時必須用最小的振動棒振搗及不斷地敲擊模板, 以避免出現蜂窩; 已形成樓板的柱頭處, 必須將樓板打穿, 通過該洞澆筑柱頭混凝土; 兩邊或三邊加大截面的, 將加固箍筋焊于原柱箍筋上。

3.5 樓面梁加固

將原梁加高100~150mm并在梁頭加掖, 梁加固筋采用在柱上打孔植筋的辦法錨固。

施工工藝流程: 鑿出梁側下箍筋且外露12 d→在柱上鉆孔→植梁底加固筋→焊接梁底加固筋→焊接加固箍筋→支梁加固模板→澆筑及超澆筑梁加固混凝土→拆模→養護→打掉超搗部分混凝土→抹防滲寶。

施工注意事項: 由于鑿梁表面只破壞鋼筋保護層,因此梁一般不用臨時支護; 為了加固箍筋的焊接必須鑿出梁下側的箍筋, 且露出長度必須≥12 d( 圖2) ; 梁底角必須保證有高

度不小于30mm的直角, 梁加固模板的頂端必須做成喇叭口( 圖3) , 以便于澆筑梁加固混凝土, 加固梁超搗的混凝土, 宜在其強度達到75%時鑿掉。

3.6 植筋工藝

植筋采用國產JGN.AC建筑結構粘合劑。

施工工藝流程: 成孔→清潔孔→清潔鋼筋表面→配膠→孔內注膠、鋼筋表面涂膠→安放加固鋼筋→固化養護→抽檢。

施工注意事項: 鉆孔深度一般比要求超鉆20mm,孔徑一般比鋼筋直徑大5 mm; 為便于操作, 植筋用材長度一般宜為3m左右, 然后再焊接加固筋, 但需滿足接頭規定。

1.結語

隨著社會的發展, 建筑加固已不僅局限于事故處理, 出現了更多的使用功能改變的加固, 但我國在建筑加固的理論研究、產品開發、施工工藝等方面還不能滿足發展的要求,例如本工程鉆芯抽檢了182個構件, 群體的強度如何評定, 被加固構件的混凝土強度如何取值, 被加固混凝土的超低強度與抗震要求強度等級的不符, 框架梁端部原負筋加固后應力如何取值等, 目前尚無明確的結論。在加固施工方面, 我們的國產結構膠完全可以與進口膠媲美, 且價格占有優勢, 但施工成孔工具較差; 結構膠兩組份混合, 現場計量難以保證準確; 注膠擠壓工具原始等, 有待研究部門、結構膠生產單位、施工工具生產等單位加強研究、開發, 以促進我國建筑結構加固事業的發展。

1. 案例2 某高層混凝土建筑質量問題的鑒定與加固處理

2. 工程概況

某高層混凝土結構位于東部沿海地區,為地下2層、 地上 27層的框架-剪力墻結構。主樓建筑面積為 22950 m2(不含地下室和裙房 )。1~5層為辦公、 商務、 會議和娛樂用房 , 6~24層為酒店客房 , 25層為茶座和觀景平臺 , 26層為機房。1~4層層高為412 m, 5~22層層高為 313 m, 23~27層層高為 412m,室內外高差為 0175 m,建筑高度為 97195 m,局部高度為 110125 m。

根據設計圖紙 ,本工程抗震設防烈度為 7度(第一組 ) ,設計基本加速度值為 0115 g,框架抗震等級為 3級 ,剪力墻抗震等級為 2級;結構安全等級為 2級 ,基本風壓為 0160 kN /m2,地面粗糙度按 A類取用;1~5層為底部加強區。混凝土設計強度:7層以下 (含 7層 )采用 C40混凝土,8~16層頂采用C35混凝土,17層以上均采用C30混凝土。設計使用年限為50年,室外地面以上構件所處的環境條件均為室內正常環境。本工程場地類別為 Ⅱ類 ,主樓采用樁筏基礎 ,采用 <800 mm的鉆孔灌注樁 ,以粉質粘土層作為樁端持力層 ,樁進入持力層不小于116 m,單樁承載力設計值不小于 3000 kN,有效樁長不小于 22 m。2005年初 ,建至地上4層時發現 ,主樓 1~4層的混凝土強度遠低于設計強度,經有關單位進行多次檢測,證明主樓 1~4層的混凝土強度確實不滿足設計要求,檢測結果見表1。

 

上述樓板和墻體的混凝土實測強度均明顯低于設計強度C40,而且混凝土不均勻,離散性較大。立面和平面如圖1~3所示。該建筑已建部分能否通過加固補強后繼續建造 ,還是需要拆除后重建 ,業主一時無法決斷。為了幫助業主決策 ,對該建筑進行了整體鑒定分析 ,通過鑒定發現 ,不僅施工質量不滿足要求 ,原設計也存在一些問題。

1  構造措施鑒定

1. 1  側向剛度規則性

通過計算可知 ,本工程 1~25層側向剛度規則性基本滿足要求 ,但 26~27層墻肢長度急劇減少 ,部分退化成異形柱,存在剛度突變,不利于抗震,地震作用下樓層最大反應力曲線如圖 4所示。

圖 4  地震作用下樓層最大反應力曲線

1. 2  樓層承載力均勻性假設本工程 4層以上的混凝土強度滿足設計要求 ,由于原設計 1~5層為底部加強區 ,其豎向構件配筋相同 ,因為施工質量問題造成 1~4層的混凝土強度明顯偏低 ,直接導致 4, 5層的受剪承載力存在突變 ,不利于抗震。1. 3  地下室嵌固本工程地下室頂板設計厚度除局部為 220 mm

外 ,其余均為 160 mm,小于規范要求的 180 mm;由于施工質量問題 ,樓板混凝土強度也低于 C30,部分樓板未采用雙層雙向配筋 ,與規范要求存在差距。

1. 4 框架和剪力墻的布置本工程設計 1軸墻體 (從 1層至頂層 )為一字墻, 25, 26層也有部分橫墻為一字墻,抗震墻平面外剛度較弱。部分橫墻長度為 10 m,未開設結構洞口 ,墻段的高寬比小于 2,洞口連梁的跨高比小于 6,使得剪力墻延性較差 ,不滿足要求。另外 , G軸和 K軸的豎向構件截面尺寸為 1000mm ×500 mm。通過查詢設計單位提供 PKPM -SAT WE計算模型發現 ,設計單位將這些構件按照短肢墻進行建模計算 ,其理由為:按照框架柱建模 ,則框架柱的承載力不能滿足要求 ,而按照短肢墻輸入,則計算能順利通過。根據規范規定 ,截面高寬比小于 3的構件按照柱進行設計 ,且箍筋應沿全高加密。這兩種模型計算結果的差異 ,主要有兩點原因:其一是剪力墻僅考慮平面內的受力 ,平面外的剛度較弱,一般不予考慮 ,而框架柱需要考慮縱橫兩個方向的作用。本工程 G軸和 K軸上與 2, 3, 4, 5軸相交部位的構件縱橫兩個方向均有連接 ,而 G軸和 K軸上其余的豎向構件僅與縱向梁連接,橫向約束較差;其二 ,規范規定 ,任一樓層框架部分承受的地震剪力不應小于結構底部總地震剪力的 20%和按框架 — 抗震墻結構分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值115倍兩者的較小值。

1. 5  底部加強部位

由于施工質量的原因 ,底部加強部位在重力荷載代表值作用下部分墻肢的軸壓比大于 016,不滿足要求。部分約束邊緣構件沿墻肢的最小長度為0155 m,而該墻肢長度為 715 m (墻肢的最小長度應為 11125 m) ,不滿足要求。

1. 6  框架柱軸壓比

由于施工質量的原因 ,本工程部分柱的軸壓比大于 0185,不滿足要求。

1. 7  連梁

本工程內墻連梁的跨高比小于 2,且墻厚不小于 200 mm,除普通箍筋外 ,原設計未另設斜向交叉構造鋼筋 ,不滿足要求;圖紙中未要求頂層連梁的縱向鋼筋錨固長度范圍內設置箍筋 ,也不滿足要求。

1.承載力驗算

根據主樓已建成部分的混凝土實測強度和設計圖紙 ,利用中國建筑科學研究院編制的結構計算軟件 PKPM - SAT WE對主樓進行了承載力驗算 ,結果表明 ,部分梁、 板、 柱和墻體的承載力不滿足要求。

1.結構鑒定結論

根據檢測報告、 原設計圖紙、 施工資料、 地質勘查報告 ,對該建筑主樓結構進行了構造鑒定 ,并利用結構計算軟件 S AT WE對主樓進行了承載力計算 ,發現該建筑設計和施工質量主要存在以下問題。(1)由于施工質量問題 ,墻體和樓板、 梁的混凝土強度偏低 ,直接導致了底部加強區部分墻肢的軸壓比大于 016,部分柱的軸壓比大于 0185, 1~4層部分墻、 柱、 梁和樓板的承載力不滿足規范要求。(2)由于設計圖紙問題 ,結構墻肢長度在 26層有突變 ,使得結構側向剛度突變 ,不利于抗震。1軸墻體為一字墻 , 26, 27層橫墻為一字墻 ,平面外聯系較弱;少部分橫墻長度為 10 m,墻段的高寬比小于2,洞口連梁的跨高比小于 6,內墻連梁未另設斜向交叉構造鋼筋 ,頂層連梁的縱向鋼筋錨固長度范圍內未設置箍筋 ,結構延性較差 ,不滿足連梁的構造要求。(3)由于設計建模的偏差 ,將框架柱按照短肢墻輸入 ,使得框架柱的承載力不能滿足要求。

1. 對主樓的加固方案

針對設計和施工質量存在的問題 ,通過綜合計算分析 ,建議對主樓采取以下加固和改進方案。(1)對地下室 ~4層的墻體采用鋼筋網噴射混凝土進行加固 ,對柱、 梁、 板采用高強不銹鋼絞線網 — 滲透性聚合砂漿的方法進行加固 ,確保結構的承載力和樓層受剪承載力的均勻性 ,豎向構件的加固應延伸至地下室。

(2) 將單向布置的剪力墻改為雙向布置或在端部增加端柱或加強暗柱 ,以利于結構抗震。

(3) 對部分較長的墻肢 ,應設置或預留結構洞口 ,避免剛度過于集中 ,將墻肢設計成延性構件。

(4) 在主樓頂部適當增加墻體數量 ,避免樓層剛度突變。

(5) 頂層連梁的縱向鋼筋錨固長度范圍內設置箍筋 ,確保連梁作為第一道抗震防線和耗能構件的構造要求。

(6) 建議設計單位對 5~7層墻體混凝土采用C35進行復核 ,避免 4, 5層之間的強度突變。該方案經業主組織的專家委員會審定 ,一致認為 ,在采取上述加固處理措施后 ,主樓的承載能力基本是可以滿足結構安全和 7度抗震設防目標的。

1. 案例3 某高層建筑工程質量事故實例分析與加固處理

2. 工程概況

深圳某高層建筑為一幢三十二層的現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構,按D度抗震設防,框架抗震等級為二級,剪力墻抗震等級為二級。該工程總建筑面積為6萬平方米,設三層地下室,四層裙房,總建筑高度為99.4m。地下室為停車庫,裙房為商業用房,五層以上為寫字樓。該建筑物柱網跨度大,雙核心筒集中布置,筒體剪力墻是主要抗側力構件。

1.事故概況與工程檢測

2.1 事故概況

該工程地下三層核心筒剪力墻設計混凝土等級為C50,屬于高強混凝土,于1997年6月澆筑完畢,并按規范規定的拆模時間(中途進行測溫,內外溫差相等時)開始拆模。在拆模過程中,發現筒體墻多處出現蜂窩、孔洞、露筋和墻體裂縫等多種質量問題。本次質量事故發生在主樓部分的地下三層東、西兩個核心筒體剪力墻上,在墻體轉角的暗柱、門洞暗柱、暗粱筋密集區以下。從檢查結果發現:蜂窩面積大,孔洞多處出現且露筋較多。根據建筑工程質量檢測評定標準,各項指標大大超過標準允許值數倍,對整體結構承載力造成嚴重影響

2.2 工程檢測

為了查清問題,及時處理,消除隱患,決定對筒體混凝土進行全面回彈,必要時進行抽芯,查出混凝土的實際強度。由于《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ/T23-29)能查到的最大強度換算值為49MPa,且地下室因連日陰雨,墻體潮濕,故筒體(混凝土C50)回彈檢測意義不大,且數據離散性也大。最后決定采用鉆心法對核心筒混凝土進行檢測,以進行區域強度評價。

1997年7月,檢測單位對核心筒剪力墻共鉆心取樣57處,其中東筒鉆芯30處,西筒27處。檢測結果核心筒混凝土最大換算強度為66.9MPa,最小換算強度為21.9MPa,強度變化很大,遠遠達不到設計要求。東、西核心筒混凝土檢測換算強度區域代表強度分別詳見表1和表2。

1.事故原因分析

認真分析這次質量事故,認為主要原因如下:

(1)人員狀況:現場管理干部素質差,組織能力和管理水平以及領導統籌能力較差,沒有與各有關管理人員和施工操作員有效溝通。施工技術人員力量薄弱,管理失控,責任不明確。工人素質低,混凝土澆筑工未經培訓,又沒有以往類似工程施工經驗。

(2)技術原因:不按規范施工,質量保證體系不健全,技術措施不貫徹落實,領導和管理人員沒有將施工方案里的技術措施向施工人員交底,工序交接沒有記錄,沒有交底。混凝土澆筑方法不對,一次澆筑超高未設溜槽或串筒,致使混凝土在澆筑時出現離析現象,混凝土澆筑時又振搗不足,致使混凝土出現石子與砂漿分離,石子多的地方出現蜂窩、孔洞,砂漿多的地方強度不足,混凝土體開裂。

(3)設備狀況:運送混凝土的車輛不足,致使澆筑時不能連續施工,施工縫又沒能進行必要的處理;經常出現混凝土輸送泵堵管,維修又不及時;振動棒等震動器材質量不穩定且數量不足,振動器材經常壞或轉動無力,無法使用。

1. 加固處理方

4.1 缺陷補強處理

裂縫:清理墻基面的污垢、松散物體,刷洗干凈,用改性環氧化學灌漿液對所有裂縫進行封閉補強。

麻面:用鋼絲刷清理墻面浮漿,并沖洗干凈,充分濕潤,用1:2水泥砂漿抹壓平整。

蜂窩:鑿除墻面浮漿浮石,并洗刷干凈,充分濕潤,用1:2水泥砂漿抹壓平整。

孔洞:將孔洞處不密實的混凝土和突出的石子顆粒鑿除,直至無空隙為止,要鑿成斜形,避免死角,已銹蝕的鋼筋應除銹。再將鑿好的孔洞用水沖洗,洗刷干凈,充分濕潤24小時后,刷水泥漿一道,用C50微膨脹細石混凝土澆灌,細石混凝土的水灰比控制在0.5以內,采用小振搗棒仔細振搗密實。混凝土澆灌應超高超寬澆灌,拆模后將多余混凝土鑿除,或采用噴射混凝土施工。

露筋:將外漏鋼筋上的混凝土殘渣、浮漿浮石清除,用鋼絲刷刷除銹皮。

4.2 加固處理

東、西核心筒剪力墻,由于混凝土強度等級不同程度低于設計混凝土強度等級C50的要求(見表1、表2),故需進行加固處理。本設計采取的補強加固措施,是結合實測混凝土缺陷處及強度較弱(小于C40)處將筒體剪力墻鑿成多條豎向加強帶,加強帶采用微膨脹混凝土,強度等級為C50,加強帶鑿斷面要清刷干凈,并充分濕潤12小時。澆混凝土前,要刷一道水泥漿,混凝土要振搗密實。加強帶的具體位置要求見圖2,在層頂處設一道加強暗圈梁,已形成整體加強。

4.3 施工要求

(1)所有缺陷定義劃分,應按照國家標準“建筑安裝工程質量檢測評定標準”進行劃分,分別采取補強措施。

(2)所有已銹鋼筋均應除銹,當鋼筋截面因銹蝕削弱>10%(面積比)時,應綁條焊加強。

(3)所有修補部位的水泥砂漿及細石混凝土均應做好養護,確保砂漿及混凝土強度。

(4)缺陷補強及加強帶位置、范圍,放線后要經有關單位核實后方可鑿打。

(5)在缺陷補強時,鑿除浮漿、浮石、除銹清刷工作完成后,應通知建設、質檢、監理、設計檢查滿足設計要求后,再做下步工作。

(6)混凝土鑿打,不能采用大錘大力撞打,應采用鋼釬鑿打,不得損傷旁邊的混凝土,不得打斷鋼筋。

1.加固處理效果

按照上述要求補強、加固后,確認整體混凝土的強度等級可達C40。經計算復核:建筑物層間位移及頂點位移滿足規范限值要求;筒體剪力墻軸壓比均小于0.60,滿足設計要求,剪力墻仍保證一定的延性,剪壓比控制在規范范圍內;筒體剪力墻的配筋按原設計滿足要求,承載力滿足使用要求,建筑物安全、可靠。

附錄 混凝土結構構件加固方法分析

采用有限元方法,通過對結構構件在加固前、后的應力及位移狀態的分析,對不同加固方式的作用效果進行探討。

一、剛度問題(剪力墻開洞問題)

剪力墻開洞常采用洞口周邊粘鋼板加固。

1 計算模型

 

 粘鋼加固計算模型(圖中橙色部分為洞口周邊粘貼鋼板)

2 剪力墻應力狀態分析

 

為開洞剪力墻應力均勻(開洞前)                  角部應力集中(加固前)

 

(加固后)應力向墻體內部轉移(應力均勻化,避免剪力墻角部產生裂縫)

3 結論

剪力墻洞口角部為應力集中區域,易產生斜向裂縫;

剪力墻開洞為剛度問題,外粘鋼加固洞口能使洞口角部應力向墻體深部擴散,使應力均勻化,避免洞口角部裂紋出現,保證墻體整體剛度。

二、強度問題(梁受彎承載力問題)

梁受彎承載力不足的加固,常用的有加大截面加固法和粘纖維材料加固法。

1 計算模型

 

梁受彎承載計算模型

2 應力狀態分析


均勻荷載作用下,正常使用狀態,梁應力狀態(層狀受力)


均勻荷載作用下,大變形狀態,梁應力狀態(層狀受力)


梁底加大截面加固(梁中性層下移,梁底新增截面與原有梁協同受力)


梁底粘貼纖維材料加固(應力狀態與加大截面法類似)

3 結論

梁中性層位置約為梁高中部;

加大截面加固后,中性層位置下移,后增截面部分發揮作用(抵抗拉力);

梁底粘貼纖維材料加固后,中性層位置下移,后增截面部分發揮作用(抵抗拉力),效果與加大截面做法相差不大。

三、撓度問題(梁受彎變形問題)

控制梁抗彎撓度問題常采用加大截面法和粘纖維材料法加固。

1 計算模型

 

2 位移狀態分析


原有梁豎向位移


梁底加大截面加固


梁底纖維材料加固

3 結論

梁底加大截面對控制梁豎向位移效果明顯,梁底粘貼纖維材料對控制梁豎向位移效果也有效果,但是效果略遜于加大截面法。

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