某安全性等級為 C 級的教學(xué)樓加固設(shè)計

孫樂樂

（國投工程檢驗檢測有限公司，云南 昆明 650217）

0 引言

根據(jù) GB 50223－2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：“幼兒園、小學(xué)、中學(xué)的教學(xué)用房以及學(xué)生宿舍和食堂，抗震設(shè)防類別應(yīng)不低于重點設(shè)防類”。但對于某些建造年代較久遠(yuǎn)的磚混結(jié)構(gòu)教學(xué)用房，建造時并未考慮到抗震要求，且大部分校舍存在未經(jīng)過設(shè)計單位設(shè)計、施工質(zhì)量較差等問題，使用至今存在較大安全隱患。云南地處西南邊陲，屬于多地震地區(qū)，在此背景條件下，相關(guān)政府單位要求對各市、縣所轄幼兒園、小學(xué)、中學(xué)的教學(xué)用房以及學(xué)生宿舍和食堂進(jìn)行安全性鑒定，對存在安全隱患校舍進(jìn)行加固處理。本文以經(jīng)鑒定后安全性等級為 C 級的某小學(xué)教學(xué)樓為例，著重介紹磚混結(jié)構(gòu)加固方案［1-3］。

1 工程概況

該教學(xué)樓為 5 層“L”型外走廊式建筑物，磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，1～2 層層高為 3.6 m，3 層層高為 3.9 m，4 層層高為 3.6 m，5 層層高為 3.9 m，樓屋面板（含走道板）均鋪設(shè)預(yù)制板。該教學(xué)樓經(jīng)相關(guān)單位鑒定后評級為 C 級，即部分承重結(jié)構(gòu)不能滿足安全使用要求，局部出現(xiàn)險情，構(gòu)成局部危房，教學(xué)樓建筑平面示意圖如圖 1 所示。

2 加固設(shè)計

該教學(xué)樓主要針對基礎(chǔ)、墻、板、梁、構(gòu)造柱等構(gòu)件進(jìn)行加固，采用的加固方法為增大截面加固法、碳纖維布加固、改變結(jié)構(gòu)體系加固。在進(jìn)行加固改造前，需將結(jié)構(gòu)原裝飾層拆除，具體為：天棚、樓地面面層拆除至預(yù)制板混凝土基層；拆除墻體抹灰面層至混凝土基層。

圖1 教學(xué)樓建筑平面示意圖（單位：mm）

2.1 基礎(chǔ)加固形式

該教學(xué)樓基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，對基礎(chǔ)進(jìn)行局部開挖發(fā)現(xiàn)地圈梁存在開裂現(xiàn)象。基礎(chǔ)加固主要采取擴大基礎(chǔ)斷面，主要加固做法為沿墻體開挖寬 500 mm、深 600 mm溝槽至地圈梁基礎(chǔ)植筋，鋼筋采用直徑為 8 mm 帶肋鋼筋，鋼筋間距為 500 mm，后澆筑 C25 混凝土，基礎(chǔ)加固大樣圖如圖 2 所示。

圖2 基礎(chǔ)加固大樣圖（單位：mm）

2.2 墻加固形式

利用磚回彈儀、砂漿灌入儀對磚強度、砂漿強度進(jìn)行檢測，結(jié)果表明磚強度、砂漿強度值均偏低，墻體根部存在泛潮現(xiàn)象。墻體加固方法為在磚墻面層粘貼鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片鋪貼前先清除磚墻面層，后在磚墻內(nèi)鉆孔植筋，植筋深度 200 mm，間距 500 mm，間隔錯位布置。鋼筋網(wǎng)片豎向鋼筋為Φ12@200，水平鋼筋為Φ8@200，面層鋪設(shè) C25 混凝土，為增加結(jié)構(gòu)整體性，豎向鋼筋與上、下層樓板相連接，基礎(chǔ)加固大樣圖如圖 3 所示。

圖3 墻體加固大樣圖（單位：mm）

2.3 板加固形式

檢測發(fā)現(xiàn)板為預(yù)制板，預(yù)制板拼接處已開裂，屋頂已出現(xiàn)滲水、返潮現(xiàn)象，嚴(yán)重影響正常使用。對預(yù)制板加固采用鋪設(shè)混凝土面層和碳纖維布加固兩種方法，具體加固方法如圖 4（a）～（c）所示。鋪設(shè)混凝土面層時，板縫疏松的混凝土應(yīng)鑿除，用 Φ8@600 錨筋錨固于板縫后灌注混凝土，面層鋪設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。板底采用碳纖維布加固，加固前首先鑿除構(gòu)件表面的粉刷層或墊層至混凝土基層，對混凝土缺陷部位應(yīng)按要求進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)處理。清除混凝土表面的油污、浮漿，并打磨至堅實基層，對不平整部位應(yīng)進(jìn)行打磨或修復(fù)處理。轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)打磨成圓弧狀導(dǎo)角，圓弧半徑≥20 mm，屋面層應(yīng)進(jìn)行防水處理［4］。

圖4 預(yù)制板加固圖（單位：mm）

2.4 梁加固形式

利用超聲-回彈法對現(xiàn)澆混凝土梁強度進(jìn)行檢測，結(jié)果表明混凝土梁強度低于 C25，梁的加固方式為：梁底、梁頂加設(shè) 6 mm×300 mm 扁鋼箍，梁端頭加設(shè) 4 塊 U 型 6 mm 厚箍板，梁中部等間距加設(shè)箍板，加固大樣圖如圖 5 所示。

圖5 梁加固大樣圖（單位：mm）

2.5 其他加固措施

為增加該砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓整體牢固性及抗震性，對各層縱、橫墻交接處增設(shè)160×10 m m 等邊 角鋼；內(nèi)部橫墻中心部位雙面粘貼豎向鋼板，鋼板尺寸為 2×-10×800 mm；對于 D 軸、9 軸處磚柱，則通過外包80×10 mm 等邊角鋼、526×80×8 mm 綴板進(jìn)行加固處理（綴板加密區(qū)間距 3 6 0 m m，非加密區(qū)間距 180 m m）；預(yù)制板與墻交接部位增設(shè)125×80×8 mm 角鋼支撐預(yù)制板，間隔 400 mm，加固大樣圖如圖 6（a）～（c）所示［5-7］。

3 加固施工

該教學(xué)樓的加固施工必須由具有相應(yīng)施工資質(zhì)的專業(yè)單位完成，加固施工前必須將教學(xué)樓原有荷載卸除。施工中必須做好對新舊混凝土澆筑界面的處理，具體做法為將新舊混凝土結(jié)合面鑿毛，凹凸應(yīng)≥10 mm，嚴(yán)禁損壞原有結(jié)構(gòu)，澆灌新混凝土前應(yīng)將舊混凝土表面用鋼刷子刷去浮動的碎屑，并用水沖洗濕潤，在表面須刷一層粘結(jié)劑，然后立即澆筑，保證連接面的質(zhì)量及可靠性。

加固設(shè)計所用的主要材料有熱軋鋼筋、鋼板、碳纖維布、混凝土及錨固用材料。加固材料具體要求如下。

①鋼筋。鋼筋采用的 H PB30 0 級熱軋鋼筋，fy=270 N/mm2；HRB335 級熱軋鋼筋，fy=300 N/mm2；HRB400 級熱軋鋼筋，fy=360 N/mm2。

圖6 砌體結(jié)構(gòu)整體性及抗震加固措施（單位：mm）

②鋼材。型鋼及鋼板材質(zhì)除注明外均采用 Q345B 鋼。

③錨栓。M8、M10 錨栓除注明外均為適合于開裂混凝土的定型化學(xué)錨栓。有效埋深 hef按選用的錨栓產(chǎn)品說明書標(biāo)明的有效錨固深度采用，且≥10 d0。

④混凝土強度等級。疊合板加固采用 C 25 混凝土，鋼筋混凝土面層加固采用 C 25 混凝土。

⑤加固采用的碳纖維安全性能指標(biāo)必須符合設(shè)計文件要求，仰貼條件下碳纖維與混凝土正拉粘結(jié)強度≥2.5 MPa。

4 工藝要求

本教學(xué)樓加固的難點有混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)、植筋技術(shù)、碳纖維布粘結(jié)等問題，以下主要介紹這幾種加固工藝的具體施工要求。

4.1 混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)

如果原結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、圈梁出現(xiàn)疏松、破損、嚴(yán)重碳化等缺陷應(yīng)進(jìn)行修復(fù)處理。首先清理缺陷部位至堅實基層，并清潔干凈。經(jīng)灑水充分浸潤后采用修補砂漿進(jìn)行修復(fù)。對大體積缺陷，也可以采用灌漿料澆筑進(jìn)行修復(fù)。如果出現(xiàn)露筋、鋼筋銹蝕等現(xiàn)象，應(yīng)首先清除鋼筋周邊破損混凝土，對鋼筋進(jìn)行除銹和清潔處理，再采用修補砂漿進(jìn)行修復(fù)。混凝土保護(hù)層不足時應(yīng)對保護(hù)層進(jìn)行修復(fù)，當(dāng)鋼筋銹蝕嚴(yán)重或出現(xiàn)大面積露筋、鋼筋銹蝕情況時應(yīng)及時溝通協(xié)商處理。

4.2 植筋技術(shù)要求

首先利用鋼筋掃描儀探測出原有鋼筋位置，避免打孔時對原有梁、柱、墻鋼筋的破壞。然后鑿毛鉆孔，用吹風(fēng)機與刷子清理孔道直至孔內(nèi)壁無浮塵水漬為止。要求鋼筋必須順直，植筋前應(yīng)對原鋼筋進(jìn)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緩拔出灌注器。將處理好的鋼筋旋轉(zhuǎn)緩速插入孔道內(nèi)，使植筋膠均勻附著在鋼筋表面及螺紋縫隙中，插好鋼筋/錨栓不可再擾動，待植筋膠養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后才可進(jìn)行鋼筋焊接、綁扎及其他各項工作。

4.3 碳纖維布粘結(jié)技術(shù)要求

首先鑿除構(gòu)件表面的粉刷層或墊層至混凝土基層，對混凝土缺陷部位應(yīng)按要求進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)處理。清除混凝土表面的油污、浮漿，并打磨至堅實基層；對不平整部位應(yīng)進(jìn)行打磨或修復(fù)處理。轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)打磨成圓弧狀導(dǎo)角，圓弧半徑≥20 mm。清除表面粉塵并清洗干凈，保持基面干燥。碳纖維下料和粘貼期間要保持碳纖維材料的干凈整潔，嚴(yán)防褶皺、受損。拌膠的配比和操作嚴(yán)格按產(chǎn)品說明進(jìn)行，攪拌充分和均勻，粘貼時保證碳纖維膠密實無氣泡，厚度合適且均勻，碳纖維膠能充分浸透碳纖維。碳纖維多層粘貼時要分層進(jìn)行，最后一層碳纖維布表面應(yīng)均勻面涂一層，保證粘貼平整，應(yīng)盡量少搭接，無褶皺和扭曲。

4.4 鋼材防銹處理

本工程鋼材的除銹應(yīng)達(dá)到國標(biāo) Sa2 有關(guān)要求，加固鋼板的除銹應(yīng)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn) St2 有關(guān)要求。鋼構(gòu)件經(jīng)除銹后，應(yīng)噴兩道防銹底漆，干膜總厚度應(yīng)滿足 GB 50205－2010《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》相關(guān)規(guī)定要求。

5 結(jié)語

砌體結(jié)構(gòu)因其易于就地取材、施工方便而廣泛應(yīng)用于教學(xué)樓、宿舍、辦公樓等多層建筑中，但年代較久遠(yuǎn)的砌體結(jié)構(gòu)建筑存在結(jié)構(gòu)整體性差，抗震性能不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求等缺陷，因此這些老舊砌體結(jié)構(gòu)建筑的鑒定、改造問題亟待解決。本文結(jié)合典型案例，重點介紹了老舊砌體結(jié)構(gòu)建筑的加固方法，為同時期同類建筑的改造加固提供參考意見。