地下室火災(zāi)后結(jié)構(gòu)受損檢測(cè)和補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)

陜西建工第九建設(shè)集團(tuán)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(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。工人用氧氣切割地下1 層擋土墻內(nèi)側(cè)上的拉桿時(shí)，切割引起的火星及灼熱鋼筋頭，從混凝土板預(yù)留洞口落到地下2 層用于覆蓋混凝土的棉被上，引起火災(zāi)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(yīng)力，破壞水泥與骨料之間的粘結(jié)。而鋼材的耐火性能差，當(dāng)溫度達(dá)500℃時(shí)，強(qiáng)度僅為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%左右，當(dāng)溫度達(dá)700 ℃及以上時(shí)，強(qiáng)度僅為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的5%～10%。隨鋼筋和混凝土溫度升高，混凝土抗拉強(qiáng)度及混凝土和鋼筋之間的粘結(jié)力顯著降低。當(dāng)用水撲滅時(shí)，結(jié)構(gòu)表面急劇冷卻在其表面形成很大的收縮應(yīng)力，混凝土表面首先出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)變得酥松，強(qiáng)度減低，產(chǎn)生許多由外向內(nèi)的裂紋，導(dǎo)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(zāi)的持續(xù)時(shí)間、分布范圍、可燃物特性、通風(fēng)條件、滅火過程等對(duì)火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行溫度推斷，本次火場(chǎng)最高溫度約為930 °C。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)承受溫度應(yīng)力作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，在受災(zāi)較重區(qū)域的框架梁柱節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)構(gòu)件受損嚴(yán)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(chǔ)梁

3 檢測(cè)情況[1-7]

3.1 結(jié)構(gòu)材料性能檢測(cè)

（a）鋼筋力學(xué)性能檢測(cè)：由于火災(zāi)造成基礎(chǔ)梁側(cè)及地下1 層頂板的板底混凝土大面積剝落，鋼筋嚴(yán)重外露，經(jīng)取樣檢驗(yàn)，受災(zāi)后所取鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后伸長(zhǎng)率雖滿足規(guī)范要求，但屈服強(qiáng)度均有所下降，最大的達(dá)到3.4%，抗拉強(qiáng)度平均下降了12.2%，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比不滿足GB 1499.2—2007要求，個(gè)別鋼筋己無(wú)明顯的屈服。

（b）混凝土強(qiáng)度檢測(cè)：根椐工程建筑結(jié)構(gòu)類型及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，采用回彈-鉆芯取樣綜合法對(duì)該工程柱、梁、板進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)部分混凝土強(qiáng)度等級(jí)不滿足設(shè)計(jì)要求，且同一構(gòu)件采用回彈法與鉆芯取樣法測(cè)的強(qiáng)度偏差較大。主要原因是回彈法與鉆芯取樣未在同一個(gè)側(cè)面，且地下室溫度偏低、混凝土日平均溫度累計(jì)遠(yuǎn)小于600 ℃。

3.2 對(duì)損傷構(gòu)件進(jìn)行鑒定評(píng)級(jí)

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，參考《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)受損構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況如起火部位，火勢(shì)走向，混凝土表面顏色及構(gòu)件損傷程度，對(duì)承受溫度應(yīng)力作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，著火點(diǎn)附近區(qū)域的構(gòu)件受損嚴(yán)重，達(dá)到了中度灼傷（Ⅲ級(jí)），其他區(qū)域的構(gòu)件為輕度灼傷或未直接遭受燒灼作用（Ⅱb和Ⅱa級(jí)），無(wú)結(jié)構(gòu)倒塌或構(gòu)件塌落、嚴(yán)重?zé)茡p壞、變形損壞現(xiàn)象（Ⅳ級(jí)），未受火區(qū)域構(gòu)件均為Ⅰ級(jí)，對(duì)結(jié)構(gòu)沒影響。

4 加固方案及注意事項(xiàng)[8-10]

4.1 加固方案

（a）對(duì)評(píng)定為為Ⅲ級(jí)的受損構(gòu)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(jié)構(gòu)材料或結(jié)構(gòu)性能，明顯變形或開裂，對(duì)結(jié)構(gòu)安全或正常使用產(chǎn)生不利影響，采取增大構(gòu)件截面、按照原設(shè)計(jì)鋼筋規(guī)格直徑進(jìn)行植筋綁扎、強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)的自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑的方法進(jìn)行加固。

（b）對(duì)評(píng)定為為Ⅱ級(jí)的受損構(gòu)件，結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jìn)行修復(fù)。

（c）對(duì)評(píng)定為為Ⅰ級(jí)的受損構(gòu)件，可簡(jiǎn)單清理后恢復(fù)原貌即可。

4.2 應(yīng)注意的問題

（a）未經(jīng)技術(shù)鑒定和設(shè)計(jì)許可，不得改變結(jié)構(gòu)的用途和使用環(huán)境。

（b） 施工中發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位有缺陷或與原設(shè)計(jì)圖紙不一致時(shí)，應(yīng)暫停施工，在會(huì)同加固設(shè)計(jì)單位采取有效措施處理后方可繼續(xù)施工。

（c） 對(duì)受火影響構(gòu)件進(jìn)行加固，不得損傷原有結(jié)構(gòu)，使原混凝土結(jié)構(gòu)的安全性符合設(shè)計(jì)或相關(guān)規(guī)范要求。

（d）進(jìn)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(yán)格控制原材料質(zhì)量，按照混凝土配合比進(jìn)行施工，確保混凝土強(qiáng)度。

（e）對(duì)植筋經(jīng)拉拔試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一道工序，并提供拉拔檢測(cè)合格報(bào)告。組織專人進(jìn)行監(jiān)督施工，嚴(yán)格工序交接，遵守驗(yàn)收程序。

5 方案實(shí)施

針對(duì)檢測(cè)結(jié)果，將火災(zāi)區(qū)域的受火構(gòu)件分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)3 種情況分別進(jìn)行處理。

5.1 梁Ⅲ級(jí)受損構(gòu)件加固

梁兩側(cè)及梁底加大100 mm，梁底主筋同原設(shè)計(jì)并錨入兩端柱或墻中，U形箍筋錨入板中并與梁側(cè)植筋綁扎固定；混凝土強(qiáng)度提高一級(jí)且采用自密實(shí)混凝土即混凝土，強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)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(shè)→混凝土澆筑→拆模→強(qiáng)度檢測(cè)驗(yàn)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(jiān)實(shí)的混凝土基面，不得用力過猛，避免造成構(gòu)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(cè)受火面按間距不大于150 mm進(jìn)行沖擊鉆孔、孔徑略大于U形箍筋直徑、深度為80 mm，植筋設(shè)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(shè)計(jì)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(cuò)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(fēng)噴嘴清孔至無(wú)塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗(yàn)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(cè)的植筋固定牢靠無(wú)漏綁。

（e）模板支設(shè)：支設(shè)梁模板，立桿距梁側(cè)300 mm、縱向間距900 mm、設(shè)掃地桿1 道，同時(shí)在基礎(chǔ)梁頂設(shè)1 道水平桿，以上水平桿按照間距不大于1 200 mm設(shè)置，并與滿堂架相連（若相應(yīng)部位無(wú)滿堂架應(yīng)增沿架體兩側(cè)設(shè)剪刀撐）；模板應(yīng)清理干凈并充分濕潤(rùn)并認(rèn)真填堵縫隙，減少漏漿。

（f）混凝土澆筑：采用比原設(shè)計(jì)梁板混凝土高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土澆筑，嚴(yán)格控制坍落度及擴(kuò)散度，同時(shí)安排專人隨混凝土流淌進(jìn)展部位不斷敲擊模板，確保混凝土密實(shí)，并留取同條件試塊不少于3 組，以隨時(shí)掌握混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

（g）拆模：待混凝土強(qiáng)度達(dá)100%后，進(jìn)行模板拆除，后現(xiàn)場(chǎng)清理。

（h）強(qiáng)度檢測(cè)驗(yàn)證：采用回彈儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確保強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 板Ⅲ級(jí)受損構(gòu)件加固

板厚在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)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(shè)計(jì)，并錨入梁側(cè)或墻內(nèi)。搭設(shè)滿堂腳手架，混凝土強(qiáng)度提高一級(jí)且采用自密實(shí)微膨脹混凝土即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)C40調(diào)整為C45。主要操作如下：

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

（b）鉆孔、注膠、植筋等：沿板底及周圍梁側(cè)受火面按原設(shè)計(jì)板鋼筋分布間距進(jìn)行沖擊鉆孔、孔徑略大于板筋直徑、深80 mm、長(zhǎng)度沿梁側(cè)為300 mm、600 mm并錯(cuò)開布置，用吹風(fēng)噴嘴清孔至無(wú)塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格為宜。板底植筋設(shè)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(shè)及鋼筋綁扎：彈板底標(biāo)高控制線，按照實(shí)際位置支設(shè)模板并進(jìn)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(shí)應(yīng)不損壞樓板鋼筋。在鉆孔處注入清水沖洗模板充分濕潤(rùn)并認(rèn)真填堵縫隙，減少漏漿；嚴(yán)格控制鋼筋下料長(zhǎng)度，板筋通長(zhǎng)布置且與梁側(cè)及板底植筋均勻綁扎固定牢靠，無(wú)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(shí)混凝土，安排專人隨混凝土流淌進(jìn)展部位不斷敲擊模板，并留取同條件試塊，以隨時(shí)掌握混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況；待混凝土強(qiáng)度達(dá)100%后拆除模板。

5.3 柱Ⅲ級(jí)受損構(gòu)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(shè)計(jì)直徑、根數(shù)植筋于基礎(chǔ)梁、筏板或墻中，頂部90°錨入柱中；箍筋間距、直徑按照原設(shè)計(jì)不變（扶壁柱采用U形箍），尺寸相應(yīng)加大；混凝土強(qiáng)度提高一級(jí)的細(xì)石混凝土，即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)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(jiān)實(shí)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(gòu)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(yīng)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(fēng)噴嘴清孔至無(wú)塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格后進(jìn)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(duì)附墻柱應(yīng)增大外露截面尺寸長(zhǎng)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(jìn)入頂板深度以板厚的2/3為宜，用吹風(fēng)噴嘴清孔至無(wú)塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格后進(jìn)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(shè)：沿柱子周圍搭設(shè)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(shè)置澆筑混凝土口共4 個(gè)，沿柱子側(cè)面對(duì)稱布置，寬300 mm，高250 mm。鋼筋綁扎完后沿線支設(shè)柱模板，確保無(wú)脹無(wú)漏，并充分澆水濕潤(rùn)。

（f）混凝土澆筑：采用比原設(shè)計(jì)柱混凝土高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的同性能細(xì)石混凝土澆筑，嚴(yán)格控制坍落度不小于200 mm，選用微型振動(dòng)棒振搗，連續(xù)澆筑不間斷，確保混凝土密實(shí)。同時(shí)安排專人不斷敲擊模板，確保混凝土不發(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(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

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

（h） 強(qiáng)度檢測(cè)驗(yàn)證：采用回彈儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確保強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4 墻Ⅲ級(jí)受損構(gòu)件加固

加大剪力墻截面100 mm，按照原設(shè)計(jì)鋼筋間距、直徑進(jìn)行植筋綁扎，混凝土強(qiáng)度提高一級(jí)，即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)墻體配筋規(guī)格、間距等要求進(jìn)行錯(cuò)位鉆孔植筋，長(zhǎng)度露出墻面80 mm。

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

（c）混凝土澆筑：在模板上口預(yù)留下料口或在樓板開洞，孔徑100 mm、間距500 mm，確保混凝土振搗密實(shí)。

（d）模板拆除、清理。

5.5 基礎(chǔ)梁Ⅲ級(jí)受損構(gòu)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(shè)計(jì)箍筋，間距100 mm，兩側(cè)增加直徑不小于14 mm的腰筋各2 根；混凝土采用強(qiáng)度提高一級(jí)的細(xì)石混凝土澆筑，即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)C35調(diào)整為C40。具體操作如下：

（a） 鑿除受損基礎(chǔ)梁頂面及梁側(cè)至新鮮、堅(jiān)實(shí)的混凝土。

（b） 在基礎(chǔ)梁兩側(cè)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(chǔ)梁箍筋直徑，用吹風(fēng)噴嘴清孔至無(wú)塵后注膠固化，經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格。

（c）沿基礎(chǔ)梁縱向支設(shè)模板，鋼管間距500 mm并設(shè)斜撐加固確保模板無(wú)移位，基礎(chǔ)梁高度不變；采用細(xì)石混凝土及微振動(dòng)棒振搗、并不斷敲擊模板的方法澆筑混凝土，確保混凝土與原基礎(chǔ)梁結(jié)合牢固。

5.6 梁板柱墻Ⅱ級(jí)受損構(gòu)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(wú)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(dòng)攪拌器攪拌均勻，時(shí)間不少于5 min，配合完畢后應(yīng)在30 min內(nèi)用完。

（c） 涂膜環(huán)氧樹脂水泥砂漿，構(gòu)件平面可一次成型，但構(gòu)件平面的厚度不應(yīng)大于50 mm，否則應(yīng)分次進(jìn)行。立面應(yīng)支設(shè)簡(jiǎn)易模板防流墜，待強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行模板拆除。

（d） 1∶2.5水泥砂漿抹面處理至搟實(shí)壓光。

（e）最后進(jìn)行面層涂料處理。

5.7 梁板柱墻Ⅰ級(jí)受損構(gòu)件清理

用掃把進(jìn)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(jìn)出地下室通道的光線。加強(qiáng)通風(fēng)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(shí)排除各類安全隱患。施工人員配發(fā)勞保品、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)醫(yī)務(wù)室，器械、藥品等應(yīng)急物資齊全有效。

7 結(jié)語(yǔ)

火災(zāi)發(fā)生后，通過權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)構(gòu)件及時(shí)進(jìn)行受損結(jié)果鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)果，出具處理方案，針對(duì)不同的構(gòu)件不同的受損級(jí)別、相同構(gòu)件不同受損級(jí)別采取有針對(duì)性的加固、修復(fù)方法，在實(shí)施過程中嚴(yán)格過程控制，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量實(shí)施管理。

按照上述方法實(shí)施加固修復(fù)后，經(jīng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，效果良好，滿足了使用功能。