在建項目剪力墻混凝土強度不足處理方案的探討

屈創，王超 （安徽同濟建設集團有限責任公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

本工程為剪力墻結構，建筑面積12190㎡，地下1層，地上30層，建筑高度89m。建筑場地類別Ⅲ類，抗震設防類別丙類，抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度值為0.10g，剪力墻抗震等級二級，結構安全等級二級，設計使用年限50年。

在首層拆模的過程中，發現剪力墻多處出現蜂窩、部分露筋和墻體裂縫等多種質量問題，且部分混凝土顏色異常，但并未引起足夠的重視，未采取處理措施。在混凝土達到齡期28天后，經過對首層剪力墻混凝土全面回彈，并根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T 23-2011）及安徽省地方標準推算出混凝土的實際強度。原設計首層混凝土強度為C50，經回彈推算出的實際混凝土強度僅在C30～C40，跟設計強度相差較多，存在結構安全風險，項目立即停工，但此時結構已施工至8層，需要采取措施提高混凝土強度。

2 影響混凝土強度的因素

影響混凝土強度的因素很多，包括水泥組成及細度、水灰比、骨料級配、外加劑及現場施工管理等。

水泥對混凝土強度的影響取決于水泥的成分、強度及細度。水泥主要礦物組成包含硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等，主要強度貢獻為硅酸三鈣和硅酸二鈣，硅酸三鈣決定著硅酸鹽水泥四個星期內的強度，混凝土28天強度主要依據，而硅酸二鈣的強度貢獻大于硅酸三鈣，且28天后才開始發揮強度。水泥細度對混凝土強度的影響也很大。水泥細度則影響水化反應的速率，細度增加后水化速率就增大，混凝土的強度增長就快。在一定范圍內，水灰比越小，混凝土強度會越高。合理的骨料級配，可以提高界面水泥粘結，提高和易性，降低混凝土離析的概率。在現場施工中一般會加入適量的外加劑，如粉煤灰等，可以改善混凝土的性能，降低水化熱，節約水泥。但是經過大量的工程實踐證明，粉煤灰外加劑也帶來了混凝土的早期強度偏低的現象，所以在配制高強度混凝土時，要注意粉煤灰摻量的比例，否則影響混凝土強度。現場的施工管理也是影響混凝土強度的重要因素，混凝土澆注、振搗和養護是一個連續性工作，應對操作者進行素質教育和技術交底，提高操作者業務能力，加強監督力度，將責任落實到人。

3 混凝土強度不達標原因及采取的措施

經現場認真分析，初步得出此次重大質量問題的原因為因施工進度較緊，拆模較早，帶模養護時間不足，且養護期間，天氣干燥少雨，早期強度主要取決于鋁酸三鈣和硅酸三鈣，混凝土養護期間沒有補充足夠的水分，其水泥水化反應不完全，混凝土強度達不到設計要求。現場施工采用混凝土粉煤灰摻量較高，約占水泥量的25%，影響了混凝土的早期強度。現場交底不夠充分，工人素質低且混凝土澆筑方法不對，首層層高較高，混凝土在澆筑時振搗不足而出現了離析現象。

經過充分溝通，并咨詢業內專家，決定繼續加強混凝土的保濕養護，并覆蓋麻布、草簾等保濕養護，加速水化反應，盡可能利用硅酸二鈣及粉煤灰的后期強度。一周后重新檢測混凝土強度，混凝土強度基本都得到了提高，強度范圍在C35～C45之間，但與設計強度仍存在較大差距，需要設計方復核計算。

4 結構安全設計核算及處理意見

甲方委托設計單位對該質量事故進行復核計算分析并提出處理方案，確保其結構承載能力能滿足建筑物的安全及使用要求，現將計算分析過程簡述如下。

剪力墻作為結構的抗側力構件，混凝土強度設計值除了影響結構構造要求及承載力計算外，其彈性模量EC的變化還引起整體剛度ΣECI的變化，當實際強度為C35～C45時，與設計強度C50的彈性模量之比為 EC35～EC45/EC50=0.91～0.97，首層的剛度大約降低3%～9%左右。影響結構的重要參數（剛度比、位移角、位移比、軸壓比、穩定性）及內力重新分配等。

根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）（2015）4.1.2 規定，采用400MPa及以上鋼筋時，混凝土強度等級不應低于C25。

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）（2016）表 3.4.3-2 豎向不規則的主要類型，復核側向剛度及樓層承載力變化。從計算分析中得知，不管在風荷載還是地震荷載作用下，底層的層作用力較小，層間位移角小于1/1000，且樓層側向剛度及剛度比變化均在規范合理范圍內，對本層及層間位移比也幾乎無影響。對整體結構而言，因其它樓層剛度不變，故最大位移角（樓層1/3～2/3）也幾乎無變化，建筑物位移受到影響很小。

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）（2016）6.4.1，二、三級抗震等級剪力墻軸壓比不宜大于0.6。經修改剪力墻混凝土實際強度重新進行結構計算，本工程四周及樓、電梯核心筒剪力墻軸壓比低于規范限值，能滿足混凝土抗震延性要求，而剪力墻復核面積較大的中部和南邊軸壓比均超過規范要求，且根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）附錄 D，復核首層墻體穩定性，少數墻體因混凝土彈性模量的降低而出現墻體穩定性計算不足等情況。

因樓層剛度的變化，導致了結構計算的內力重新分布，且混凝土強度的變化導致剪力墻墻身及邊緣構件的配筋出現變化。經計算，該層各構件內力略有變化，不影響連梁及框架梁的配筋。剪力墻墻體墻身及邊緣構件的實際配筋，也都大于計算值。

綜合上述分析可知，由于本工程施工造成剪力墻混凝土強度不足情況下，基本不影響結構整體工作性能，但因強度不足出現軸壓比超限及墻身穩定性不足的墻體需要采取措施提高剪力墻混凝土強度等級，以保證結構的安全性能。

5 剪力墻混凝土置換

對于混凝土強度嚴重不足的加固方案主要有增大截面法、粘鋼加固、包碳纖維復合材料以及置換混凝土等。增大截面法可有效提高混凝土抗壓承載力，可解決混凝土強度不足引起的軸壓比及穩定性超限問題，但由于首層作為售賣影響建筑內部有效面積，而降低建筑的商品價值未被采用。粘鋼及碳纖維加固也可有效提高混凝土抗壓承載力，但由于后期業主裝修帶來麻煩或結構認知引起恐慌而發生業主投訴，且此加固方式與原混凝土結構抗震延性并不匹配。采用置換方法將剪力墻混凝土不足部分鑿除，采用混凝土設計強度重新澆筑，可有效解決混凝土不足問題，但是考慮本樓已施工至8層，置換樓層以上有7層荷載，技術難度較大，需充分研究論證。

剪力墻混凝土層間置換的難點在于剪力墻荷載的傳遞，要考慮設置臨時豎向支撐體系，使置換樓層以上剪力墻豎向荷載傳遞途徑發生改變，并驗算該種臨時支撐體系的承載力，保證臨時體系的工作性能。單片剪力墻拆除時，需分批次拆除，一次拆除長度不宜過大，盡可能采用人工鑿鉆，不得損壞剪力墻豎向及水平分布筋。剪力墻拆除前，由于之前與之連接的梁板失去了支點，需設置臨時支撐，并應及時觀測梁板、上部剪力墻結構變形情況。因分批次拆除，置換混凝土要考慮新舊混凝土的結合共同作用，盡量采用微膨脹或無收縮混凝土，且置換的混凝土經養護達到設計強度后，方可進行后批次混凝土的拆除及澆筑工作。