既有整毛石砌體墻的墻體加固技術(shù)分析

朱遠浩，周 天，蘇文庭，闕志斌

（1.福州大學土木工程學院，福建 福州 350108； 2.福建泉大建設有限公司，福建 廈門 361000； 3.廈門大同建筑工程有限公司，福建 廈門 361000）

石砌體是村鎮(zhèn)建筑中最主要的結(jié)構(gòu)形式之一，在我國東部沿海、華北太行山及東北地區(qū)等地區(qū)都有著較為廣泛的分布。尤其是在福建省沿海地區(qū)，花崗巖分布廣泛，蘊藏豐富，石結(jié)構(gòu)的建筑尤為普遍，形成獨特的民居文化。

石結(jié)構(gòu)建筑石墻采用整毛石進行砌筑，基礎及其上部結(jié)構(gòu)的墻、梁、柱、樓板以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件皆采用石材制作。通過對福建沿海閩南地區(qū)石結(jié)構(gòu)建筑實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，泉州市石結(jié)構(gòu)房屋所占比例高達80%，且大部分分布在農(nóng)村地區(qū)。江道鐠指出尤其以閩南石結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為集中，保有量至少占村鎮(zhèn)建筑總量的60%。

福建沿海地區(qū)緊鄰地震最為活躍的臺灣地震帶，地處長樂-詔安地震斷裂帶中部，歷史上主要受此斷裂帶兩端地震活動的影響，自19世紀以來，已有多次地震對該地區(qū)造成了不同程度的破壞。近年來，臺灣海峽地震頻發(fā)，福建沿海地區(qū)震感強烈，應高度重視建筑的抗震設防。為了使人們免遭或盡可能少遭受地震破壞的災難，村鎮(zhèn)建筑抗震防災工作已經(jīng)成為國家防災減災的重點工作之一。

1 福建省石砌體結(jié)構(gòu)的主要特點及存在問題

據(jù)統(tǒng)計，整個閩南地區(qū)有2000多萬平方米的石結(jié)構(gòu)房屋，居住人口約200萬。在抗震性能方面，同樣由于石材自重大、剛度大，其地震反應也大，變形能力很小，抗拉、抗剪、抗扭等受力性能也很差，這就決定了石砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力是先天不足的。閩南石結(jié)構(gòu)民居采用橫墻承重體系，部分山墻墻體單薄，僅用一皮料石砌筑，墻厚約210 mm（如圖1所示）。作為承重墻的山墻不僅需要承受其自身的重量，還要承受梁板傳遞下來的荷載，同時山墻單薄的特點會削弱墻體抗震性能。

圖1 墻體厚度較小

福建省閩南地區(qū)石砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體大多采用整毛石加墊片甩漿法砌筑，即“無坐漿、加墊片、后勾縫”的有墊片干砌甩漿的砌筑方法。在“干砌”過程中以灰縫中大小不一、擺放隨意的石墊片作為主要的傳力單元，墊片擺放的隨意性導致了石材受力的不合理，容易在單塊料石中引起受剪、受彎等不利情況，“甩漿”方法則無法保證砂漿的飽滿程度。干砌甩漿整毛石墻體砌筑過程如（圖2）。

圖2 干砌甩漿整毛石砌體墻砌筑過程

以上這些原因，使得石墻體抗震性能差，從而導致石結(jié)構(gòu)整體抗震性能差。在地震作用下，可能引起墻體沿灰縫的破壞而導致整個結(jié)構(gòu)的倒塌，造成“小震成災，小震大災”的隱患。

2 石砌體墻加固技術(shù)的研究

當砌體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力滿足不了抗震規(guī)范要求時，需根據(jù)結(jié)構(gòu)特征的實際使用條件和使用要求，選擇合適的加固方案并且配合使用相應的技術(shù)進行加固改造。目前石結(jié)構(gòu)加固改造的相關規(guī)范中常見的墻體加固方法如下：鋼筋混凝土面層加固、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固、粘貼纖維復合材料加固、灌漿加固和更換砂漿嵌縫加固。為了改善石結(jié)構(gòu)的抗震性能，降低石結(jié)構(gòu)在使用過程中對人們生命財產(chǎn)的威脅，國內(nèi)外很多專家學者都對石砌體的加固技術(shù)進行了研究。

2.1 鋼筋混凝土面層加固

該方法一般用于砌體墻、柱的加固改造，是一種復合截面加固法，具有施工工藝簡單、加固成本低、受力可靠，加固后承載力能大幅度提升等優(yōu)點。

劉文定通過試驗研究發(fā)現(xiàn)采用鋼筋混凝土面層加固后的干砌甩漿石砌體墻的抗剪承載能力可以提高3倍以上。

2.2 鋼筋網(wǎng)片水泥砂漿面層加固

該方法適用于各類砌體墻、柱的加固，技術(shù)成熟，適應性強，能夠保證砂漿與原有墻體間可靠粘結(jié)，大大提高了雙面加固后的墻體的抗震承載力、剛度及延性。

徐天航對采用鋼筋網(wǎng)片改性砂漿加固條石干砌石墻進行了低周水平往復加載試驗。試驗結(jié)果表明鋼筋網(wǎng)片改性砂漿加固面層能顯著提高石墻的受剪承載力和耗能能力，其中雙面加固的受剪承載力提高幅度是單面加固的2倍以上。且改性砂漿強度越高，面層與石墻的粘結(jié)性能越好，面層剝離破壞過程越平緩。李梁峰通過壓剪試驗發(fā)現(xiàn)干砌甩漿石砌體經(jīng)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固后，其抗剪承載能力可提高1～3倍。王慧芳對4個使用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固的干砌甩漿石砌體試件進行抗壓試驗，結(jié)果表明鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層能明顯提高石砌體抗壓極限承載力，且隨著配筋量的增加，構(gòu)件從開裂到破壞有越長的延展空間。

2.3 粘貼纖維復合材料加固法

將纖維復合材料用結(jié)構(gòu)膠粘貼在原構(gòu)件表面，形成完整的復合截面，從而提高承載力和延性。

Ayman Mosallam采用纖維增強聚合物（FRP）復合材料對無筋砌體墻進行加固或修復后的平面內(nèi)抗剪能力增強試驗研究，試驗結(jié)果表明采用不同的FRP材料和疊層方案加固后的無筋砌體墻的平面內(nèi)抗剪承載力提升了35%，且由于FRP的加固，墻體的最終破壞模式由對角開裂（脆性破壞）轉(zhuǎn)變成了墻體趾端的壓縮破壞（延性破壞）。Antonio Borri 采用一面表面固定GFRP網(wǎng)片一面灰縫嵌入不銹高強鋼絲繩進行復合加固，加固后墻體抗剪強度顯著提高。

2.4 灌漿加固

該方法是針對干砌甩漿砌筑的石墻體灰縫厚度較大，砂漿飽滿度低的特點提出的。該方法加固時通過壓力將砂漿注入墻體水平灰縫和豎向灰縫內(nèi)，填充料石與舊砂漿之間的縫隙，能較大提高灰縫砂漿的飽滿度。

施養(yǎng)杭采用石粉為集料配置漿體，對石砌體進行灌漿加固試驗，結(jié)果表明灌漿石砌體沿水平通縫的抗剪強度相對于未灌漿石砌體顯著提高。并建立了灌漿石砌體結(jié)構(gòu)抗震剪切強度計算公式。Miranda L對已經(jīng)破壞的毛石砌體進行灌漿加固試驗。結(jié)果表明：灌漿加固方式能夠恢復破壞后墻體的初始特征和抗震承載力。

2.5 更換砂漿嵌縫加固

該方法是針對灰縫是石砌體結(jié)構(gòu)抗震抗剪薄弱環(huán)節(jié)這一問題，用高度砂漿更換灰縫中原有的低強度砂漿，操作時先將原灰縫中甩入的舊砂漿盡可能掏干浄，再將新砂漿嵌入，填飽縫隙，并用力擠實。

胡奕東，郭子雄對5片嵌縫加固的干砌甩漿石墻進行低周反復加載試驗，試驗結(jié)果表明采用鋼筋-聚合物砂漿嵌縫加固石墻體能有效延緩灰縫裂縫的開展。

3 石砌體墻加固技術(shù)的新方法展望

縱觀石砌體墻加固的研究，很多研究成果應用既有工程中仍存在一些問題。綜合以上分析，提出以下研究思路和展望。

（1）目前石砌體墻加固技術(shù)研究已有一定的進展，但是鋼筋混凝土面層加固和鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固需要的加固面層較厚，一定程度減少了室內(nèi)使用空間；粘貼纖維復合材料加固方法加固石砌體墻時需將墻體打磨平整，施工復雜。因此施工簡便、減少加固面層厚度的加固方法是今后要考慮和解決的問題。

（2）新發(fā)展的UHPC具備超高的力學性能、良好的流動性和超高的耐久性。將其運用到石砌體墻的加固上，能夠提升石砌體墻的延性，提高結(jié)構(gòu)的安全性，還能減少加固面層厚度，降低結(jié)構(gòu)的維護成本，實現(xiàn)高度的材結(jié)融合。UHPC目前已廣泛應用于橋梁、鋼筋混凝土構(gòu)件和磚砌體墻等加固。

4 結(jié)語

（1）國內(nèi)外很少在石砌體結(jié)構(gòu)抗震方面進行系統(tǒng)研究，在抗剪承載力方面也沒有得到統(tǒng)一的結(jié)論。這主要是因為石砌體結(jié)構(gòu)本身具有較大的離散性，同時各個地區(qū)石材特性和建筑工藝不同使得在研究上也存在較大的差異。

（2）目前石砌體墻加固技術(shù)研究已有一定的進展，鋼筋混凝土面層加固和鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層、粘貼纖維復合材料加固等方法均能一定程度提升石砌體墻的抗震承載能力并改善構(gòu)件破壞形態(tài)，使其發(fā)生延性破壞。

（3）新型材料UHPC目前已廣泛應用于橋梁、鋼筋混凝土構(gòu)件和磚砌體墻等加固，但缺少利用該加固材料進行石砌體墻加固的研究工作。