地下室火災后結構受損檢測和補強加固技術

陜西建工第九建設集團有限公司 榆林 719000

1 概況

某大型地下室工程，建筑面積約8 200 m2，建筑結構為框架-剪力墻結構。工人用氧氣切割地下1 層擋土墻內(nèi)側上的拉桿時，切割引起的火星及灼熱鋼筋頭，從混凝土板預留洞口落到地下2 層用于覆蓋混凝土的棉被上，引起火災持續(xù)約1 h。

2 工程受損情況

2.1 受損原理

由于混凝土各組成材料的熱膨脹性能不同，在溫度較高的情況下，水泥石脫水收縮，而骨料受熱膨脹，使混凝土產(chǎn)生很大的內(nèi)應力，破壞水泥與骨料之間的粘結。而鋼材的耐火性能差，當溫度達500℃時，強度僅為設計強度的50%左右，當溫度達700 ℃及以上時，強度僅為設計強度的5%～10%。隨鋼筋和混凝土溫度升高，混凝土抗拉強度及混凝土和鋼筋之間的粘結力顯著降低。當用水撲滅時，結構表面急劇冷卻在其表面形成很大的收縮應力，混凝土表面首先出現(xiàn)裂縫，進而使結構變得酥松，強度減低，產(chǎn)生許多由外向內(nèi)的裂紋，導致混凝土爆裂、表面酥松及鋼筋外露。

2.2 受損情況

鑒于本工程火災的持續(xù)時間、分布范圍、可燃物特性、通風條件、滅火過程等對火災區(qū)域進行溫度推斷，本次火場最高溫度約為930 °C。現(xiàn)場對承受溫度應力作用的結構構件及連接節(jié)點進行檢查后發(fā)現(xiàn)，在受災較重區(qū)域的框架梁柱節(jié)點處未發(fā)現(xiàn)有明顯開裂、疏松脫落和鋼筋外露現(xiàn)象，但結構構件受損嚴重，見圖1～圖4。

圖1 受損混凝土板底

圖2 受損混凝土柱

圖3 受損混凝土擋土墻及暗柱

圖4 受損混凝土基礎梁

3 檢測情況[1-7]

3.1 結構材料性能檢測

（a）鋼筋力學性能檢測：由于火災造成基礎梁側及地下1 層頂板的板底混凝土大面積剝落，鋼筋嚴重外露，經(jīng)取樣檢驗，受災后所取鋼筋的屈服強度、抗拉強度及斷后伸長率雖滿足規(guī)范要求，但屈服強度均有所下降，最大的達到3.4%，抗拉強度平均下降了12.2%，實測屈服強度與標準規(guī)定的屈服強度特征值之比不滿足GB 1499.2—2007要求，個別鋼筋己無明顯的屈服。

（b）混凝土強度檢測：根椐工程建筑結構類型及現(xiàn)場實際情況，依據(jù)相關國家標準，采用回彈-鉆芯取樣綜合法對該工程柱、梁、板進行隨機抽樣檢測，發(fā)現(xiàn)部分混凝土強度等級不滿足設計要求，且同一構件采用回彈法與鉆芯取樣法測的強度偏差較大。主要原因是回彈法與鉆芯取樣未在同一個側面，且地下室溫度偏低、混凝土日平均溫度累計遠小于600 ℃。

3.2 對損傷構件進行鑒定評級

根據(jù)檢測結果，參考《火災后建筑結構鑒定標準》，對受損構件進行現(xiàn)場踏勘，結合現(xiàn)場實際情況如起火部位，火勢走向，混凝土表面顏色及構件損傷程度，對承受溫度應力作用的結構構件及連接節(jié)點進行檢查后發(fā)現(xiàn)，著火點附近區(qū)域的構件受損嚴重，達到了中度灼傷（Ⅲ級），其他區(qū)域的構件為輕度灼傷或未直接遭受燒灼作用（Ⅱb和Ⅱa級），無結構倒塌或構件塌落、嚴重燒灼損壞、變形損壞現(xiàn)象（Ⅳ級），未受火區(qū)域構件均為Ⅰ級，對結構沒影響。

4 加固方案及注意事項[8-10]

4.1 加固方案

（a）對評定為為Ⅲ級的受損構件如框架柱、框架梁和現(xiàn)澆板，造成中度燒灼尚未破壞，顯著影響結構材料或結構性能，明顯變形或開裂，對結構安全或正常使用產(chǎn)生不利影響，采取增大構件截面、按照原設計鋼筋規(guī)格直徑進行植筋綁扎、強度等級提高一級的自密實混凝土進行澆筑的方法進行加固。

（b）對評定為為Ⅱ級的受損構件，結構材料及結構性能未受影響或僅受輕微影響，未產(chǎn)生明顯影響，不影響結構安全，采取鑿除剝落的混凝土，待混凝土表面完全干燥后，用環(huán)氧樹脂水泥砂漿抹壓平整進行修復。

（c）對評定為為Ⅰ級的受損構件，可簡單清理后恢復原貌即可。

4.2 應注意的問題

（a）未經(jīng)技術鑒定和設計許可，不得改變結構的用途和使用環(huán)境。

（b） 施工中發(fā)現(xiàn)原結構或相關工程隱蔽部位有缺陷或與原設計圖紙不一致時，應暫停施工，在會同加固設計單位采取有效措施處理后方可繼續(xù)施工。

（c） 對受火影響構件進行加固，不得損傷原有結構，使原混凝土結構的安全性符合設計或相關規(guī)范要求。

（d）進行表面處理的部位，在施工前必須清理干凈且基層必須干燥，嚴格控制原材料質(zhì)量，按照混凝土配合比進行施工，確保混凝土強度。

（e）對植筋經(jīng)拉拔試驗合格后方可進行下一道工序，并提供拉拔檢測合格報告。組織專人進行監(jiān)督施工，嚴格工序交接，遵守驗收程序。

5 方案實施

針對檢測結果，將火災區(qū)域的受火構件分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級3 種情況分別進行處理。

5.1 梁Ⅲ級受損構件加固

梁兩側及梁底加大100 mm，梁底主筋同原設計并錨入兩端柱或墻中，U形箍筋錨入板中并與梁側植筋綁扎固定；混凝土強度提高一級且采用自密實混凝土即混凝土，強度由原設計C40調(diào)整為C45。

操作工藝為：鑿除→清洗→鉆孔→清孔→注膠→植筋固化→鋼筋綁扎→模板支設→混凝土澆筑→拆模→強度檢測驗證。具體操作方法為：

（a）鑿除：用手錘、釘子鑿除板松散、過火損壞的混凝土至新鮮、堅實的混凝土基面，不得用力過猛，避免造成構件二次損傷。

（b）清洗：用高壓水清洗混凝土表面。

（c）鉆孔、注膠、植筋等：沿框梁兩側受火面按間距不大于150 mm進行沖擊鉆孔、孔徑略大于U形箍筋直徑、深度為80 mm，植筋設直角彎頭便于與U形箍筋綁扎連接，確保與混凝土的錨固質(zhì)量；梁底植入原設計梁底筋，規(guī)格數(shù)量直徑不變，深度不小于鋼筋直徑的15 倍，并按照規(guī)范要求錯開接頭；U形箍筋植筋于現(xiàn)澆板中，間距100 mm、深度不小于80 mm，用吹風噴嘴清孔至無塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗合格為宜。

（d）鋼筋綁扎：綁扎梁鋼筋，要求與U形箍筋綁扎牢靠，U形箍與梁側的植筋固定牢靠無漏綁。

（e）模板支設：支設梁模板，立桿距梁側300 mm、縱向間距900 mm、設掃地桿1 道，同時在基礎梁頂設1 道水平桿，以上水平桿按照間距不大于1 200 mm設置，并與滿堂架相連（若相應部位無滿堂架應增沿架體兩側設剪刀撐）；模板應清理干凈并充分濕潤并認真填堵縫隙，減少漏漿。

（f）混凝土澆筑：采用比原設計梁板混凝土高一個強度等級的自密實混凝土澆筑，嚴格控制坍落度及擴散度，同時安排專人隨混凝土流淌進展部位不斷敲擊模板，確保混凝土密實，并留取同條件試塊不少于3 組，以隨時掌握混凝土強度增長情況。

（g）拆模：待混凝土強度達100%后，進行模板拆除，后現(xiàn)場清理。

（h）強度檢測驗證：采用回彈儀進行現(xiàn)場檢測，確保強度滿足設計要求。

5.2 板Ⅲ級受損構件加固

板厚在原設計基礎上加大50 mm，單層雙向布置板鋼筋，鋼筋直徑、規(guī)格、間距同原設計，并錨入梁側或墻內(nèi)。搭設滿堂腳手架，混凝土強度提高一級且采用自密實微膨脹混凝土即混凝土強度由原設計C40調(diào)整為C45。主要操作如下：

（a）滿堂架體搭設：立桿間距雙向不大于900 mm、設掃地桿1 道，間距不大于1 200 mm，并與周圍框架柱拉結，必要時需設置斜撐。

（b）鉆孔、注膠、植筋等：沿板底及周圍梁側受火面按原設計板鋼筋分布間距進行沖擊鉆孔、孔徑略大于板筋直徑、深80 mm、長度沿梁側為300 mm、600 mm并錯開布置，用吹風噴嘴清孔至無塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗合格為宜。板底植筋設直角彎頭便于與板鋼筋綁扎，確保與混凝土的錨固質(zhì)量。

（c）模板支設及鋼筋綁扎：彈板底標高控制線，按照實際位置支設模板并進行微調(diào)確保平整。在受火樓板面鉆孔，Φ100 mm、梅花形布置、間距1 000 mm，鉆孔時應不損壞樓板鋼筋。在鉆孔處注入清水沖洗模板充分濕潤并認真填堵縫隙，減少漏漿；嚴格控制鋼筋下料長度，板筋通長布置且與梁側及板底植筋均勻綁扎固定牢靠，無漏綁。

（d）混凝土澆筑及拆模板：從梅花形布置、Φ100 mm的孔中自上而下澆筑自密實混凝土，安排專人隨混凝土流淌進展部位不斷敲擊模板，并留取同條件試塊，以隨時掌握混凝土強度增長情況；待混凝土強度達100%后拆除模板。

5.3 柱Ⅲ級受損構件加固

增大柱截面（四邊均加大100 mm；扶壁柱沿墻縱向加大200 mm，其余加大100 mm），主筋按柱原設計直徑、根數(shù)植筋于基礎梁、筏板或墻中，頂部90°錨入柱中；箍筋間距、直徑按照原設計不變（扶壁柱采用U形箍），尺寸相應加大；混凝土強度提高一級的細石混凝土，即混凝土強度由原設計C45調(diào)整為C50。具體操作如下：

（a）鑿除：用手錘、釘子鑿除柱松散、過火損壞的混凝土至新鮮、堅實的混凝土基面，深度滿足未碳化混凝土層深度且確保原有柱子箍筋全部外露，不得用力過猛，造成構件二次損傷。

（b）清洗：用高壓水清洗混凝土表面。

（c） 鉆孔、注膠、植筋等：將柱子截面四邊均加大100 mm，按照原有柱主筋直徑及間距沿增大截面后柱四周均布，用沖擊鉆鉆孔（應注意避開其他鋼筋）；植筋深度以柱筋直徑的15 倍為宜用吹風噴嘴清孔至無塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗合格后進行箍筋綁扎；箍筋直徑同被加固柱箍筋，間距同被加固柱箍筋間距。對附墻柱應增大外露截面尺寸長邊200 mm、短邊100 mm，按照原有柱截面主筋直徑間距沿增大截面均布，用沖擊鉆鉆孔；植筋深度以柱筋直徑的15 倍為宜，進入頂板深度以板厚的2/3為宜，用吹風噴嘴清孔至無塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗合格后進行箍筋綁扎，箍筋直徑及間距同被加固柱，箍筋植筋深度不小于墻厚的2/3見圖5、圖6、圖7。

圖5 附墻柱加固剖面

圖6 框柱增大截面剖面

圖7 柱增大截面加固立面

（d）鋼筋綁扎：綁扎柱鋼筋，規(guī)格同原柱。

（e）模板支設：沿柱子周圍搭設支撐架，支撐間距不大于300 mm且與支撐架相連成整體；沿模板高度方向設置澆筑混凝土口共4 個，沿柱子側面對稱布置，寬300 mm，高250 mm。鋼筋綁扎完后沿線支設柱模板，確保無脹無漏，并充分澆水濕潤。

（f）混凝土澆筑：采用比原設計柱混凝土高一個強度等級的同性能細石混凝土澆筑，嚴格控制坍落度不小于200 mm，選用微型振動棒振搗，連續(xù)澆筑不間斷，確?；炷撩軐?。同時安排專人不斷敲擊模板，確?；炷敛话l(fā)生漏振或孔洞，并留取同條件試塊不少于3 組，以掌握混凝土強度增長情況。

（g） 拆模：澆筑完12 h后模板拆除，塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護、持續(xù)養(yǎng)護不少于7 d。

（h） 強度檢測驗證：采用回彈儀進行現(xiàn)場檢測，確保強度滿足設計要求。

5.4 墻Ⅲ級受損構件加固

加大剪力墻截面100 mm，按照原設計鋼筋間距、直徑進行植筋綁扎，混凝土強度提高一級，即混凝土強度由原設計C35調(diào)整為C40。具體操作如下：

（a）清理鑿除已脫落的混凝土至新鮮混凝土基層，按照原設計墻體配筋規(guī)格、間距等要求進行錯位鉆孔植筋，長度露出墻面80 mm。

（b）鋼筋綁扎及模板支設：利用原墻體拉桿進行模板加固，搭設斜撐間距不大于900 mm，設置水平鋼管固定就位，后校正復核至規(guī)范要求。

（c）混凝土澆筑：在模板上口預留下料口或在樓板開洞，孔徑100 mm、間距500 mm，確?；炷琳駬v密實。

（d）模板拆除、清理。

5.5 基礎梁Ⅲ級受損構件處理

增寬截面150 mm，采用植入筏板的倒U形箍，鋼筋規(guī)格直徑同設計箍筋，間距100 mm，兩側增加直徑不小于14 mm的腰筋各2 根；混凝土采用強度提高一級的細石混凝土澆筑，即混凝土強度由原設計C35調(diào)整為C40。具體操作如下：

（a） 鑿除受損基礎梁頂面及梁側至新鮮、堅實的混凝土。

（b） 在基礎梁兩側50 mm處沿縱向鉆孔植筋，間距100 mm、孔深100 mm、孔徑略大于基礎梁箍筋直徑，用吹風噴嘴清孔至無塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗合格。

（c）沿基礎梁縱向支設模板，鋼管間距500 mm并設斜撐加固確保模板無移位，基礎梁高度不變；采用細石混凝土及微振動棒振搗、并不斷敲擊模板的方法澆筑混凝土，確?；炷僚c原基礎梁結合牢固。

5.6 梁板柱墻Ⅱ級受損構件處理

清理后用環(huán)氧樹脂水泥砂漿抹面。

（a）清理基層至潔凈無塵。

（b）配置環(huán)氧樹脂水泥砂漿，比例為環(huán)氧樹脂∶水泥∶石英砂=1∶1∶2.5，用電動攪拌器攪拌均勻，時間不少于5 min，配合完畢后應在30 min內(nèi)用完。

（c） 涂膜環(huán)氧樹脂水泥砂漿，構件平面可一次成型，但構件平面的厚度不應大于50 mm，否則應分次進行。立面應支設簡易模板防流墜，待強度滿足要求后進行模板拆除。

（d） 1∶2.5水泥砂漿抹面處理至搟實壓光。

（e）最后進行面層涂料處理。

5.7 梁板柱墻Ⅰ級受損構件清理

用掃把進行清理后再用清水沖洗，最后用10% NaOH溶液清洗并用清水沖洗至干凈。

6 安全措施

地下室的光線必須充足，除作業(yè)面外還有進出地下室通道的光線。加強通風效果，減低安全隱患。專人清理施工道路及作業(yè)區(qū)內(nèi)的垃圾，尤其是地面上的鋼筋頭等，防止造成人員跌倒受傷及材料損失。

另外，安檢員定期巡查，及時排除各類安全隱患。施工人員配發(fā)勞保品、現(xiàn)場設醫(yī)務室，器械、藥品等應急物資齊全有效。

7 結語

火災發(fā)生后，通過權威機構對構件及時進行受損結果鑒定，根據(jù)鑒定結果，出具處理方案，針對不同的構件不同的受損級別、相同構件不同受損級別采取有針對性的加固、修復方法，在實施過程中嚴格過程控制，加強現(xiàn)場質(zhì)量實施管理。

按照上述方法實施加固修復后，經(jīng)檢測混凝土強度已達到設計要求，效果良好，滿足了使用功能。