工業遺址改造中煙囪體內隱形錨桿加固技術研究

汪方勇，吳 真

(江蘇筑镹營造科技有限公司，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

巴庫為阿塞拜疆共和國首都，為保存城市建設與工業歷史發展的聯系，保留了擬建大型商業綜合體地塊中的工業煙囪(見圖1)。為充分展現工業遺址與新建商業綜合體的協調性，以工業煙囪為中心，設計了雙子塔建筑(見圖2)。煙囪高56m，底部直徑約5m，頂部直徑約3m，下部為八邊形構造，上部為圓臺形構造。受多種因素影響，煙囪局部存在缺失磚塊及豎向開裂等情況，但煙囪整體仍堅固、穩定。經多次研討、論證，最終采用體內隱形錨桿加固技術保證煙囪安全。

圖1 煙囪原貌

圖2 項目效果

2 病害分析

煙囪內部磚塊因高溫灼燒已出現局部釉面，在熱脹冷縮的交替作用下出現多條淺表裂縫，對內部磚塊強度造成影響。受地震作用等影響，煙囪壁出現明顯的豎向裂縫(見圖3)。在風荷載長期作用下，煙囪頂部磚塊剝落(見圖4)。受雨水侵蝕作用，煙囪基礎磚塊出現風化、酥損現象(見圖5)。

圖3 煙囪豎向裂縫

圖4 煙囪頂部磚塊剝落

圖5 煙囪基礎磚塊風化

3 煙囪加固要求

針對煙囪現狀，提出以下加固要求。

1)避免發生煙囪意外倒塌或人身傷害事故。

2)保證原結構安全，不能影響煙囪歷史原貌，不能造成二次損傷。

3)解決已有結構病害，綜合考慮地震、風荷載等的影響。

4)避免商業綜合體施工對煙囪造成影響。

4 體內隱形錨桿加固技術

4.1 體內隱形錨桿組成部件及其作用

體內隱形錨桿由不銹鋼桿件(強度高、耐腐蝕)及包裹著無機質水泥基漿料(易于流動，強度適中，無收縮)的襯套組成。不銹鋼桿件起抗拉、抗剪作用，如果與體內光纖感應器配合使用，可起到監測構件內部應力變化、預警結構安全的作用。無機質水泥基漿料起鎖鍵咬合、提升錨桿整體抗拉強度的作用。襯套具有約束漿料的作用，防止因漿液過量注入而對孔壁周圍基材產生側向壓力，且可減少對建筑物表面的污染。襯套在注漿壓力作用下產生的鼓脹可使其與孔壁凹凸面形成有效的鎖鍵咬合，增強錨桿整體抗拉性能。

4.2 鉆孔要求

體內隱形錨桿施工時要求在結構基材上精準鉆孔，鉆孔角度需精準控制，不得采用對基材穩定性產生擾動的錘擊或鉆孔方式，多采用水鉆和干鉆鉆孔。如有內、外裝飾或構件內部存在土體填料時，須采用無水干鉆鉆孔。

4.3 技術特點

采用體內隱形錨桿加固技術時，錨桿植入與受力均發生在建筑物構件內部，不會對建筑物表面產生影響，有利于保存建筑物歷史原貌。在砌體基材自身結構穩定的情況下，錨桿未參與過多的受力，尤其是豎向錨桿。當存在基礎沉降或受地震、風荷載作用時，錨桿參與受力，以起到保護原結構的作用。

對煙囪原結構及加筋后的結構進行受力分析，以確定錨桿數量、錨桿布置間距、錨桿直徑、鉆孔直徑、錨固深度、錨固角度，并分析鉆孔可行性，保證原結構安全。

4.4 施工要點

為增強建筑物整體抗震、抗風性能，自煙囪頂部至基礎設置8根豎向錨桿(采用通長桿件)。為解決地震導致的結構豎向裂縫病害，采用橫向錨桿對開裂受損部位進行拉結。為減小新建建筑施工對煙囪的擾動，并提高煙囪基礎承載能力，對基礎進行擴大處理。

為減少施工成本，降低施工風險，對于煙囪上部圓臺形主體結構，自上而下分別布置24，12，18m長錨桿進行加固，每段錨桿采用同材質的不銹鋼套筒連接件進行連接。根據錨桿受力及長細比要求，24m長錨桿采用φ27mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為101mm；12m長錨桿采用φ33mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為86mm；18m長錨桿采用φ33mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為101mm(見圖6)。

圖6 錨桿布置

為增強下部八邊形承臺的承載能力，并提高煙囪整體抗震性能，布置8根15m長豎向錨桿(采用φ33mm不銹鋼桿件，伸入原有基礎內部)，鉆孔孔徑為85mm。

為增強煙囪基礎承載能力，采用鋼筋混凝土對基礎截面進行擴大，且新舊基礎采用鋼筋錨接，形成整體受力體系。煙囪原基礎采用強度較低的燒結磚制成，傳統淺埋深植筋工藝無法滿足新舊基礎抗拉強度要求。為此，植入磚塊部分采用體內隱形錨桿加固技術進行處理，錨桿長6m，采用φ25mm不銹鋼桿件，鉆孔深度為3m，鉆孔孔徑為40mm；新澆筑混凝土部分采用裸筋處理，并與新基礎內的鋼筋進行綁扎連接。

采用短錨桿對煙囪壁豎向裂縫進行橫向加固，防止裂縫繼續發展。短錨桿采用φ16mm不銹鋼桿件，鉆孔孔徑為40mm。

鉆孔施工與錨桿安裝難度較大，為保證原結構絕對安全，且不發生人身傷害事故，沿煙囪外側搭建鋼結構操作平臺(見圖7)，對煙囪進行支撐、保護，既可保證施工人員安全，方便施工，又便于錨桿位置、鉆孔角度的確定。

圖7 鋼結構操作平臺

加固過程中及加固完成后通過內置光纖感應器對結構變形、建筑物穩定性進行實時監測。

5 結語

作為傳統錨桿加固技術的衍生運用，體內隱形錨桿加固技術可有效增強原結構抗壓、抗拉、抗剪性能，無機質水泥基漿料具有抗老化及防火性能，不銹鋼桿件具有防腐性能。整個加固過程在建筑物構件內部完成，不會對建筑物表面產生影響，且快速、高效，不受模板限制，滿足對原建筑影響小、保持歷史原貌的修繕要求。當主體結構受荷載作用時，尤其是橫向水平荷載，可通過豎向錨桿使主體結構具有抵抗水平荷載的能力，有效保證原結構穩定。橫向錨桿可連接破損開裂的磚、石，使結構整體受力。

采用體內隱形錨桿加固技術時，通過計算機軟件進行計算分析等，可實現設計分析可視化，加固過程可控制，加固結果可監測，符合我國文物建筑、近現代歷史建筑結構加固要求，具有推廣應用價值。