某工程地下室框架柱柱頭檢測、加固及施工監測

程永進 （安徽四建控股集團有限公司，安徽 合肥 230031）

0 前言

混凝土結構構件加固方法通常可分為兩大類，分別為直接加固法和間接加固法。混凝土結構直接加固方法較多，主要有加大截面加固法、粘結外包型鋼加固法、置換混凝土加固法、粘貼外包鋼加固法、粘貼纖維加固法、繞絲法、錨栓錨固法等。混凝土結構間接加固也不少，主要有預應力加固法、混凝土表面處理、裂縫修補、混凝土表層密封、植筋、托換、結構構件移位、調整結構自振頻率等技術。每種加固方法都有各自的優缺點，且適用范圍不盡相同。加大截面加固法施工工藝簡單、適應性強，并具有成熟的設計和施工經驗，適用于混凝土墻柱梁板以及一般構筑物的混凝土結構構件加固，應用十分廣泛。有粘結外包型鋼加固法也稱濕式外包鋼加固法，適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固，該方法現場工作量較小，且受力可靠、施工簡便，通常與結構膠填實修補相結合使用。工程加固設計和施工應根據工程特點選取不同的加固方法，部分工程需要合理采用多種加固方法相結合進行。

本文以某框架-剪力墻結構工程為例，針對框架柱柱頭部位二次澆筑結合處結合混凝土強度偏低、密實度異常并由此引起開裂變形，該部位框架柱梁混凝土強度等級相差五個等級，與框柱接頭部位粱混凝土強度等級同框架柱，框架柱位于核心區且上部結構已施工完畢，因此柱頭加固采用外包鋼灌注結構膠結合加大截面加固，以確保工程結構使用安全。后期施工中及施工后對加固部位鋼筋內部應力變化較長時間監測及現狀檢查均顯示兩種加固方法相結合的加固效果良好。

1 工程檢測

1.1 框架柱設計概況

本工程為地下二層、地上二十三層框架-剪力墻結構，負二層框架柱（墻）混凝土強度設計等級均為C60，負二層頂梁、板混凝土強度設計等級均為C35。由于負二層框架柱（墻）與頂梁混凝土強度設計的相差五個等級，為確保柱頭部位混凝土強度達到設計要求，設計明確規定頂梁與柱頭交接處梁端500mm區域內混凝土等級同柱，具體節點做法見下圖。

梁柱節點混凝土強度示意圖

1.2 地下二層框架柱受損程度

經檢測，地下二層 2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q軸框架柱柱頭部位均存在施工縫，二次澆筑交界處距板底面的高度約在（740～850）mm 之間，該施工縫處有砂漿缺陷層（經現場確定該砂漿缺陷層為澆筑混凝土時潤泵使用的水泥砂漿），且3/Q軸框架柱缺陷處下方四角混凝土已被壓裂、脫落，部分柱頭缺陷處下部伴有豎向裂縫產生。

1.3 地下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缺陷部位混凝土表面處理平整、清潔后布置超聲測點，主要位于柱頭梁下部位（檢測高度約為800～900mm），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超聲檢測，結果顯示：負二層 2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q軸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，現場通過在地下二層3/Q軸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。

1.4 地下二層框架柱施工質量檢測

實測地下二層框架柱實測頂點層間側向位移值均在GB50292-2015標準規定As級位移限值內；實測地下二層框架柱截面尺寸、主筋根數及箍筋間距符合設計和規范要求；實測地下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，實測地下二層2/Q、3/Q、7/Q軸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，未達到設計強度等級（C60）要求。

1.5 框架柱受損原因分析和安全評價

根據本工程設計圖紙結合現場檢測結果綜合分析，被測框架柱二次施工縫預留位置錯誤，且將強度偏低的潤泵砂漿澆筑至柱頭，導致柱頭缺陷產生；實測地下二層2/Q、3/Q、7/Q軸框架柱柱頭部位混凝土強度偏低，未達到設計強度等級（C60）要求；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。

2 加固設計概況

加固設計對地下二層2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q軸框架柱采用包鋼以及加大截面方法進行加固處理，先期采用厚度為10mm的鋼板對框架柱頭缺陷部位進行包鋼處理（鋼板采用，19栓釘固定，栓釘長度75mm，間距200，鋼板與框架柱間采用結構膠灌注密實），后期采用加大截面方法對已包鋼處理的框架柱進行加固處理（框架柱四周增加48Φ22主筋，箍筋配置為Φ14@100，增加截面尺寸為每側面200mm），加固標高范圍為基礎頂至負一層頂梁底。

3 加固工程檢測

3.1 加固部位鋼筋內部應力變化監測

為了解加固施工質量，在地下二層2/Q軸、3/Q軸框架柱加固施工過程中（混凝土澆筑施工前），將振弦式鋼筋測力計采用綁扎方式固定在四角部主筋上，根據現場情況定期對被測框架柱加固部位主筋鋼筋內部軸力進行監測（澆筑混凝土澆筑施工前1次、澆筑完成后1次、模板拆除后1次、混凝土澆筑完成后14天、28天各1次、后期根據現場情況共監測8次，次數為13次），結果顯示：監測期間，負二層2/Q軸、3/Q軸框架柱加固部位內部鋼筋測力計內部應力值變化較小，該應力變化主要與混凝土自身收縮以及外部溫度變化等因素有關。

3.2 加固后框架柱現狀檢查

加固后未發現地下二層2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q軸框架柱以及上部四周框架梁存在異常情況，兩種方法相結合的加固效果良好。

4 結語

本工程需要加固框架柱位于工程核心區地下二層，上部結構已施工完畢，柱頭部位千斤頂頂起施工作業難度大（約13000kN），卸荷難以完成，而濕式外包鋼加固法受力可靠，施工簡便，內部灌注結構膠可保證混凝土內部缺陷充分填實；加固部位位于地下室二層對建筑物凈空的要求較小，因此考慮外部加大截面尺寸加固對框架柱承重更有安全保障。

本次加固針對框柱部位施工縫處結合混凝土強度偏低、密實度異常并由此引起開裂變形，首先采用有粘結外包鋼灌注結構膠處理，然后進行加大截面加固，加固施工后的鋼筋內部應力變化監測和現狀檢查均顯示兩種方法相結合的加固效果良好。事實證明加固設計和施工應根據工程實際，必要時采用多種加固方法結合，充分發揮各加固方法自身優點，方能取得良好實效。