加固組合技術在混凝土結構質量事故處理中的應用

周紅萍 （安徽建工集團股份有限公司建筑設計研究院，安徽 合肥 230000）

隨著中國建筑業的高速發展，加固技術在改、擴建工程及新建工程的質量事故處理中得到廣泛應用。例如：老舊工程的改、擴建，建筑使用功能的改變，導致實際使用荷載超過原設計的使用荷載；房屋使用功能改變，導致抗震設防類別提高；建筑工程施工過程中的缺陷，導致結構需要加固等等。加固技術方法較多，本文就某辦公樓結構質量事故處理工程，簡述混凝土結構多種加固技術的具體組合運用。

1 工程概況

某辦公樓地上23層，地下2層，為框架-剪力墻結構，框架和剪力墻的抗震等級為二級，設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，嵌固端設在正負零地下室頂板，框架柱混凝土強度等級三層以下C60，以上C55～C30，地下室梁板的混凝土強度等級為C35。由于主樓負二層框架柱（墻）與梁板混凝土強度設計的相差超過一個等級，為確保柱頭部位混凝土強度達到設計要求，設計要求梁柱節點做法如圖1、圖 2。

圖1 梁柱節點做法

圖2 框架柱柱頭水平裂縫

該項目竣工驗收時發現地下室負二層有2根框架柱柱頭出現水平裂縫，柱頭缺陷處，柱角崩裂、豎向開裂，通過對被測負二層框架柱受損程度的檢測，發現距負二層頂板底約1000mm處柱頭有厚度約為25mm～110mm砂漿缺陷層，柱西側面存在數道長度較短（約200mm～250mm）豎向裂縫，裂縫位于柱頭缺陷處下方，裂縫基本與該側主筋位置重合，測得裂縫最大寬度約為0.10mm，裂縫深度約為28.0mm（基本與柱主筋保護層厚度一致），發現柱腳有混凝土崩裂，無鋼筋外露現象。

被測負二層框架柱柱頭部位混凝土內部密實性根據規范要求在被測框架柱混凝土表面平整、清潔部位布置超聲測點，布置區域主要位于柱頭梁下部位（檢測高度約為800mm～900mm），框架梁測點網格間距為150mm×150mm、200mm×150mm兩種。采用對測和斜測相結合的方法對混凝土密實性進行檢測，觀測結果表明框架柱均存在聲速值及波形異常情況，異常測點主要位于砂漿缺陷層上方一排測點，波形異常部位混凝土存在明顯的內部孔洞缺陷，現場通過在負二層框架柱柱頭部位鉆取芯樣發現缺陷砂漿層貫穿這個柱截面。

被測負二層框架柱截面尺寸、主筋根數及箍筋間距等均符合原設計要求，被測負二層框架柱頂點層間側向位移值滿足現行國家規范要求。

被測負二層框架柱柱身部位現齡期混凝土強度推定值均達到設計強度等級C60要求，框架柱柱頭部位現齡期混凝土強度推定值在（53.0～53.9）MPa之間，砂漿缺陷層貫穿整個柱截面且未達到設計強度等級C60要求。

2 加固處理原理分析

經過檢測，被測兩根框架柱柱頭100mm左右砂漿缺陷層為施工潤泵砂漿夾雜到柱混凝土所致，經復核被測框架柱柱頭部位混凝土出現崩碎、開裂等均系結構受力引起，結構構件存在安全隱患。因此必須及時加固處理。

經查計算結果，負二層兩根有缺陷框架柱均為邊柱，柱截面900mm×900mm，框架柱的抗震等級原設計負一層為二級，負二層為三級，柱軸壓比分別0.69、0.81，缺陷層約100mm 厚，在長期豎向荷載作用下，強度不均勻的缺陷層有壓潰趨勢，產生內力重分布，周邊一道框架梁出現斜裂縫。為確保結構安全，迅速對框架柱缺陷層范圍外包鋼板先期處理，對框架柱有束箍作用，同時能作為缺陷上下部傳遞豎向荷載的橋梁，有效地傳遞豎向荷載，避免在高應力作用下缺陷部分繼續受壓變形加劇原柱的損傷破壞，外包鋼板與原混凝土柱之間采用壓力灌注結構膠灌注密實，為了后期柱周邊新增鋼筋混凝土后澆層能有效的與原柱共同受力，在外包鋼板側面焊接直徑19的栓釘，長度75mm，栓釘間距200mm，具體做法詳圖3。

圖3 框架柱缺陷先期外包鋼板處理立面詳圖

第二步對缺陷柱采取加大截面法，偏安全的按等截面替代加固原框架柱，計算以箱型柱建模計算，按計算結果配置縱筋、箍筋。為保證原框架柱的豎向荷載有效傳遞到外包箱型柱上，首先在缺陷位置外包鋼板外焊接栓釘（詳見以上說明），其次考慮二次受力擴散效應，本工程加固的外包箱型柱往缺陷所在層上一層延伸了一層，同時對外包箱型柱與原柱結合處嚴格按照《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB 50550-2010）要求采取鑿毛處理加強協同工作能力以達到有效傳遞豎向荷載的目的，具體做法如圖4。

圖4 加大截面法具體做法

第三步對出現斜裂縫的框架梁在梁側、梁底粘貼碳纖維加固處理，同時對裂縫采用有恢復截面整體性及補強要求的裂縫修復膠灌注密實，或采用裂縫封閉膠對裂縫進行表面封閉處理。

3 加固處理施工注意事項

3.1 裂縫修復技術

裂縫寬度小于等于0.20mm時，采用裂縫封閉膠對裂縫進行表面封閉，施工步驟如下：①沿裂縫走向，在裂縫中作出臨時性標志以保證打磨后能找到裂縫；②對裂縫兩側各100mm范圍內的原構件表面進行打磨，直至露出堅實的骨料新面；③將混凝土表面的油漬、污垢清理干凈后采用壓縮空氣清理灰塵、白灰、浮渣及松散層等污物；④采用工業丙酮擦拭一遍后涂抹裂縫封閉膠。

裂縫寬度大于0.20mm時，采用裂縫修復膠對裂縫進行灌注修復補強，施工步驟如下：①沿裂縫走向，在裂縫中作出臨時性標志以保證打磨后能找到裂縫；②對裂縫兩側各100mm范圍內的原構件表面進行打磨，直至露出堅實的骨料新面；③將混凝土表面的油漬、污垢清理干凈后采用壓縮空氣清理灰塵、白灰、浮渣及松散層等污物，再采用工業丙酮擦拭一遍；④按裂縫走向布置針筒注膠嘴及其底座同時設置排氣嘴，針筒注膠嘴設在裂縫交叉處、裂縫較寬處和端部同時控制間距在100mm～300mm；⑤注膠嘴的底座上抹一層厚約1mm的環氧膠泥，再騎縫粘貼在預定的位置上，注膠嘴底座之間的裂縫表面應采用封閉膠封閉；⑥封閉膠固化后進行壓氣試驗，檢查密封效果，觀察注膠嘴之間的連通情況，若有不通氣的注膠嘴應重新埋設并縮短其間距；⑦配置裂縫修復膠，并按產品使用說明書的注膠壓力對裂縫進行壓力注膠；⑧當上部注膠嘴或排氣嘴有膠液流出時，應及時關閉上部注膠嘴，并維持壓力1min～2min，待封內的膠液初凝時立即拆除注膠嘴和排氣嘴，并用環氧膠泥將嘴口部位抹平、封閉。

3.2 外包鋼板灌注結構膠加固技術

本工程先期外包鋼板是為了暫時消除原柱繼續損傷隱患，故施工重點是快速有效地形成外包鋼板傳力橋梁，同時在施工過程中不能造成原柱的二次削弱，施工步驟大略如下：鑿除加固處的粉刷層至混凝土表面不得損傷原混凝土，將混凝土表面打磨平整，除去表面浮漿等雜質；鋼板根據圖紙要求施按現場實際尺寸下料；將已除銹和粗糙處理的鋼板貼附于柱表面，用卡具卡緊，再將其與相鄰面鋼板焊牢，用環氧膠泥將鋼板周圍封閉，留出排氣孔，并在有利灌漿處做灌漿嘴。待灌漿嘴粘牢后，用壓力將環氧樹脂漿從灌漿嘴壓入；當排氣孔出現漿液后，停止加壓，以環氧膠泥堵孔，再以較低壓力維持10min以上方可停止灌漿，鋼板結構膠灌注完畢后不得再在鋼板上進行焊接操作。

3.3 碳纖維加固技術

碳纖維加固施工的重點是原混凝土面的基層處理，其直接影響碳布的作用效果，其施工步驟大略如下：首先鑿除框架梁表面的粉刷層至混凝土基層；對原混凝土基層嚴格按照《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB 50550-2010）要求進行處理；碳纖維下料和粘結期間要保持碳纖維材料的干凈整潔，嚴防褶皺、受損。拌膠的配比和操作嚴格按產品說明進行，攪拌充分和均勻。粘結時保證碳纖維膠密實無氣泡，厚度合適且均勻；碳纖維布膠能充分浸透碳纖維。碳纖維布多層粘結時要分層進行；最后一層碳纖維布表面應均勻面涂一層。保證粘結平整，應盡量少搭接，無褶皺和扭曲。碳纖維膠固化期間應嚴防受到干擾按相關要求進行表面防護處理。如果需要進行粉刷防護，在面涂層進行拍砂處理，拍砂施工不得影響已粘貼的碳纖維。

3.4 植筋技術

本工程基礎形式為大直徑人工挖孔樁，加大截面的框架柱為單樁承臺，新增箱型柱縱筋通過植筋錨固于原承臺內，植筋施工步驟如下：首先按設計要求的孔位、孔徑、孔深鉆孔；用吹風機與刷子清理孔道直至孔內壁無浮塵水漬為止；要求鋼筋必須順直，植筋前應對原鋼筋進行除銹，且除銹長度大于植筋長度；注膠采用粘膠灌注器邊注邊緩慢拔出灌注器。將處理好的鋼筋旋轉緩慢插入孔道內，使植筋膠均勻附著在鋼筋表面及螺紋縫隙中；鋼筋錨入后按建議固化時間等待藥劑固化，期間不要對鋼筋碰撞或敲擊；植筋時，其鋼筋宜先焊后種植；若有困難必須后焊，其焊點距基材混凝土表面應大于15d，且應采用冰水浸潤的濕毛巾包裹植筋外露部分的根部。

4 結語

本工程通過綜合運用碳纖維加固法、外包鋼法、加大截面法以及裂縫修補技術等加固技術，對出現結構質量事故的結構構件進行處理，后期投入使用后，情況良好，未發現其他問題。該案例也提醒了各參建責任主體，要加強質量意識，做好每個環節的管控，避免工程質量事故造成經濟、社會效應等的巨大損失。