置換混凝土法在剪力墻加固中的應用

李彥輝 張志偉 李東勤 王少軍

(1.河北省建筑工程質量檢測中心有限公司，河北 石家莊 050021；2.河北省建筑科學研究院有限公司，河北 石家莊 050021；3.河北建研工程技術有限公司，河北 石家莊 050021；4.秦皇島市建設工程質量監督站，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

當前混凝土結構最常用的加固方法有增大截面加固法、置換混凝土加固法、外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維復合材加固法[1]，加固方法應該根據建筑物的使用功能、結構實際的質量現狀、工期的要求、成本控制要求、加固后對業主的影響等方面選擇合理的加固方法.許多學者和工程技術對于工程中遇到的各種問題進行了研究分析，并將常用的加固方法在工程中加以應用[2-7].某住宅剪力墻在施工過程中，剪力墻和部分現澆板區域拆除模板后，混凝土顏色呈米黃色，與正常混凝土顏色差異較大，經檢測，剪力墻和現澆樓板混凝土強度遠達不到設計強度，存在安全隱患，需進行加固處理，經過比較分析，最終確定采用置換混凝土方法對剪力墻和現澆樓板進行加固處理，加固前對剪力墻和相關區域進行支頂，并制定了置換加固的工藝流程，為類似的工程提供了參考.

1 工程概況

某住宅樓為地下3層地上31層剪力墻結構，建筑面積26514 m2，基礎采用鋼筋混凝土樁承臺梁基礎，地上一層高4.5 m，二層高4.2 m，其余層高均為2.9 m，主體結構總高度93.10 m.所在區域抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15 g，設計地震分組為第二組，場地類別Ⅲ類，特征周期0.55s.施工過程中，28層18～22×C-G區域內部分剪力墻、現澆梁板局部混凝土顏色呈現米黃色，剪力墻、梁見圖1，與普通混凝土顏色差異較大.28層局部平面圖見圖2，其中陰影部分區域為混凝土顏色異常區域.

圖1 剪力墻、現澆板混凝土顏色異常 圖2 18～22×C-G區域平面圖

2 現場檢測

28層剪力墻、梁、板設計強度等級均為C30.依據CECS03:2007《鉆芯法檢測混凝土抗壓強度技術規程》[8]，采用鉆芯法對28層18～22×C-G區域內剪力墻、梁、現澆板混凝土進行檢測，檢測結果表明：所檢剪力墻混凝土強度換算值最小值為11.71 MPa，所檢現澆梁板混凝土強度換算值最小值為7.31MPa.依據JGJ/T152-2008《混凝土中鋼筋檢測技術規程》[9]，對該區域內剪力墻、梁、現澆板鋼筋及混凝土保護層厚度進行檢測，結果表明，所檢測構件鋼筋配置及混凝土保護層厚度滿足設計要求.

3 加固方案

表1 常用加固方法對混凝土強度等級的要求

所檢構件的混凝土強度明顯低于GB50010-2010(2015年版)《混凝土結構設計規范》(以下簡稱《混規》[10])規定的鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不低于C20的要求.根據GB50367-2013《混凝土結構加固設計規范》(以下簡稱《加固規范》[1])的規定，對于混凝土強度小于中對原結構構件混凝土等級進行了規定，見表1.對于住宅建筑，加固方法應還應該考慮到加固以后能夠不影響業主的使用，由表1可以看出，剪力墻、梁、現澆板的加固，置換混凝土加固法為最合理的加固方法.

4 加固設計

4.1 剪力墻置換加固

根據現場的狀況，對剪力墻分三批進行置換，每批置換剪力墻寬度800 mm,具體置換圖見圖3、圖4.

圖3 剪力墻分批置換平面圖 圖4 剪力墻分批置換立面圖

4.2 現澆梁板加固

根據現場檢測的結果，對混凝土強度低于20 MPa的梁、現澆樓板采用置換混凝土法進行加固處理，加固范圍和加固節點見圖5.

4.3 置換施工工藝流程

首先分批置換剪力墻，然后再置換梁、板，進行置換前應首先拆除二十八層及二十九層置換區域內所有填充墻.置換流程如下：

(1)按照圖紙要求測量放線，確定第一批次需要拆除的剪力墻位置；

(2)按照圖紙要求進行有效支頂；

(3)拆除第一批次需要置換的剪力墻；

圖5 現澆梁板加固平面及做法圖

(4)查看剪力墻拆除后鋼筋的變形情況，若變形較大時應補充相同直徑的鋼筋，鋼筋兩端采用植筋方式錨固.在新舊混凝土結合面植筋φ12@400；

(5)清除混凝土表面的灰塵及雜質，涂刷界面劑，支模，澆筑混凝土.

(6)混凝土養護，當混凝土強度達到30 MPa時，拆除第二批需要置換的剪力墻；

(7)采用相同方法澆筑第二批混凝土，拆除并澆筑第三批剪力墻；

(8)混凝土養護，當混凝土強度達到30 MPa時，拆除梁、板；

(9)清除混凝土表面的灰塵及雜質，涂刷界面劑，支模，澆筑混凝土；

(10)混凝土養護，當混凝土強度達到30 MPa時，拆除模板、支頂鋼管.

4.4 支頂措施

(1)剪力墻拆除時梁端支頂.

圖6 剪力墻軸壓比計算結果

進行剪力墻置換時，應對支撐在置換剪力墻上的梁端部進行臨時支頂，經計算，梁端最大剪力為180 kN,臨時支頂鋼管φ102×5(Q235)，截面面積A=1524 mm2，回轉半徑i=34.3 mm，鋼管計算高度H=2800 mm，則鋼管長細比λ=H/i=81.63.依據《鋼結構設計標準》GB50017-2017[11]對支撐鋼管進行設計計算.圓鋼管b類截面，穩定系數φ=0.677.

強度計算：

N=fA=215×1524×10-3=327.66 kN>180 kN

穩定計算：

N=φfA=0.677×215×1524×10-3=221.8 kN>180 kN

支撐鋼管柱軸向受壓承載力滿足規范要求.

(2)剪力墻置換時樓板支頂.

置換前，采用PKPM軟件，對置換段剪力墻的軸壓比進行計算，混凝土強度采用C10，軸壓比計算結果見圖6.

JGJ/3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》[12]規定，剪力墻抗震等級二級，剪力墻軸壓比限值為0.6，由圖6可以看到，剪力墻計算軸壓比僅為軸壓比限值的61.7%，分三批置換，軸壓比能夠滿足規范限制的要求，不需要支頂.為避免剪力墻置換過程樓板受力不均勻導致開裂，在距離剪力墻兩側1000 mm位置，采用48 mm×3.0 mm鋼管雙排進行支頂，鋼管間距1000 mm.

5 結 論

(1)高層住宅結構剪力墻結構施工過程中，剪力墻、梁、板局部混凝土強度實測值遠低于設計強度值時，特別是低于規范規定的最低值時，置換混凝土法是最合理的方法.

(2)置換混凝土施工前應對置換構件周圍進行臨時支頂，確保施工過程中的結構安全.待被加固構件加固完成后，再拆除臨時支頂.剪力墻置換時應能夠采取分批置換.置換流程應按照首先分批置換剪力墻，然后再置換梁、板的順序施工.