高層住宅局部剪力墻置換施工技術

朱永軍 馬永強 趙 軍 曹團結 張 軍

1. 西安建工實業集團有限公司 陜西 西安 710065；2. 西安市建總工程集團有限公司 陜西 西安 710065

在建筑剪力墻結構施工過程中，受到一些不利因素的影響，有可能出現局部剪力墻混凝土抗壓強度達不到設計標準的情況，導致建筑整體結構的質量和安全性降低，這時就要采取措施予以處理。

工程中常用的處理方法有：對問題部位及上部結構拆除重建法、加大截面法、外包型鋼法、包碳纖維法、置換法等[1-3]。

拆除重建固然是風險最小且結構安全最有保障的方法，但該方法經濟性差、會極大地延長建設工期；加大截面法是通過加大剪力墻橫截面面積來提高其承載力，這樣會增加結構自重，減少建筑物的使用空間，不適合在住宅建筑剪力墻加固時使用。

采用外包型鋼法和包碳纖維法處理，后期剪力墻強度理論上可提高，但難以定量，經加固后的剪力墻與其他混凝土墻柱在抗震時的延性不匹配，仍存在一定的安全隱患，且該做法會造成建設單位交房困難，影響用戶后期裝修和使用。

置換法僅對強度不符合設計要求的剪力墻混凝土進行完全鑿除，保留鋼筋，再用高于設計強度一個等級的混凝土重新澆筑[4]，該做法經濟性好，工期較短，加固成功后無任何后顧之憂且不影響建筑物的使用面積，是處理住宅建筑局部剪力墻混凝土強度不足的優選。

本文結合工程實例，對某高層住宅局部剪力墻結構混凝土置換加固技術進行介紹，包括置換前的支撐體系設計、選材、搭設，“跳倉法”置換施工全過程及上部結構變形監測等。

1 工程概況

某棟住宅樓為18層，剪力墻結構，現場主體結構施工至6層時，施工單位回彈檢測發現第3層結構10軸/B-C軸、11軸/ B-C 軸及11軸/ C-D軸的墻體混凝土強度未達到C40的設計強度標準，通過對回彈強度檢測值修正后得出其實際強度僅能達到C25，不滿足設計要求，必須進行加固處理。

在綜合考量且與建設單位和設計單位溝通后，本著堅持質量第一且不給業主留質量隱患的原則，決定采用剪力墻混凝土置換施工方案，置換剪力墻位置如圖1所示。

圖1 置換區域示意

2 工藝原理

混凝土置換法是采用新澆筑混凝土部分或全部置換存在缺陷的混凝土，以達到在原截面保持不變的條件下，承載力和耐久性滿足原設計要求的加固方法。其主要技術特征是對已完成的上部結構進行安全支撐，然后將不合格墻體混凝土鑿除后，整理鋼筋及預埋電線管等，二次支模并澆筑新置換的混凝土。核心是通過方案設計將整段剪力墻劃分為多段墻體，通過逐段墻體的置換完成整段墻體的置換，在多道墻體施工中采用“跳倉法”置換保證了結構安全和施工質量，可以從根本上解決建筑剪力墻結構的缺陷，特別適用于處理局部的不合格墻體質量問題，具有施工時間較短、成本較低、返工影響面小、效果好的優點[5-7]。

3 施工工藝流程及要點

3.1 工藝流程

安全支撐設計與施工→置換墻體編號劃分→墻體第1次剔鑿拆除→墻體鋼筋、預埋線管整理、增補→墻體支模板→墻體澆筑混凝土→拆模→墻體養護→墻體第2次剔鑿拆除→墻體鋼筋、預埋線管整理、增補→墻體支模板→墻體澆筑混凝土→墻體拆模→墻體養護→墻體驗收

3.2 施工要點

3.2.1 支撐體系設計

該棟樓現狀是墻體置換施工層位于第3層，主體混凝土結構已施工至6層，5層和6層頂板未拆除支模滿堂腳手架及模板。因該棟樓已暫停施工，置換墻體承受第3層頂梁板及以上混凝土結構自重荷載，同時承受5層及6層未拆模的施工恒荷載，因此安全支撐設計計算時不考慮上部的活荷載。在墻體拆除前必須對以上結構進行支撐，卸除置換墻體承受的上部荷載，所以結構安全支撐成為本工程最重要的施工環節。

支撐體系在置換施工層的搭設范圍是沿垂直剪力墻方向兩側各擴大一個跨度開間，同時對2層和4層中，與3層墻體置換施工范圍對應位置內的梁板進行二次支撐卸荷，支撐設于剪力墻兩側及梁底回撐。經統計上部荷載，2層支撐承受的豎向荷載約為400 kN（按4層考慮），支撐體系設計采用0.8 m×0.8 m滿堂腳手架支撐并附加梁底0.6 m間距的獨立構造支撐，經計算，上述措施滿足安全要求，滿堂腳手架搭設如圖2所示。

圖2 滿堂腳手架搭設示意

3.2.2 支撐體系的選材及搭設

支撐采用滿堂鋼管架加方木形成穩定的安全支撐體系，鋼管用φ48 mm×3.6 mm鋼管，方木用項目在用的40 mm×60 mm方木。支撐體系承受樓板的自重及樓板上施工荷載。鋼管立桿間距0.8 m，下設方木墊板，與置換墻間留出500～600 mm的操作面，在支撐立桿最頂部安裝U形頂托，同條直線上相鄰U形頂托上安裝40 mm×60 mm方木作為支撐小梁與原有現澆樓板緊密相接，承受、分散上部荷載。在支撐立桿豎向搭設3道水平桿連接，根據現場實際情況選擇適當部位安裝架體剪刀撐，增強整體剛度。

3.2.3 墻體分段置換的長度設計

依據設計計算結果及置換論證方案，按照置換原則“先次要后主要，先中間后兩邊”，分批置換墻體且每次拆除和恢復的墻體長度不大于2 000 mm。根據結構工程師提供的方案，在梁底增加梁底回撐，與滿堂腳手架支撐體系共同承擔由被拆除的剪力墻承受的上部墻體及樓板、施工荷載。對要剔鑿拆除的墻體采用“跳倉法”（根據結構工程師的建議及現場墻體情況采用間一隔一或隔二法）拆除。

3.2.4 預置換混凝土墻剔鑿拆除

1）滿堂腳手架安全支撐體系搭設完成且自檢合格后，上報監理、建設單位驗收，合格后，可按方案設計的拆除順序開始墻體的拆除施工。按照置換原則每次拆除和恢復的墻體長度不大于2 000 mm，在本工程中置換的墻體拆除施工分2次完成，第1次從一側對墻體拆除置換，當置換墻體混凝土強度達到設計強度后，可開始第2次拆除。2次混凝土墻體間施工縫接觸面用混凝土界面劑處理。剪力墻墻體跳倉法置換編號如圖3所示。

圖3 墻體跳倉法置換編號

2）置換墻體拆除采取風鎬、小電鎬剔鑿相結合的施工方法，拆除時可以由上至下逐步剔鑿拆除，直至剔鑿拆除完成。鑿除不合格混凝土時，應在明顯分界線處多鑿30 mm，確保將不合格混凝土鑿除清理徹底。施工時，首先人工剔鑿掉墻體局部保護層，露出鋼筋或用鋼筋掃描儀掃描墻體，找出鋼筋的位置，觀察鋼筋的分布情況，根據原墻體鋼筋的設計間距，可以在墻體上標出鋼筋的位置，以便剔鑿時避免或少傷鋼筋，為以后修復鋼筋創造良好的基礎。注意不可直接剔鑿鋼筋，在接近鋼筋位置時應采用人工剔鑿。對鋼筋、預埋線管要整理、修復并驗收合格后方可安裝模板。拆除的混凝土垃圾應及時清運，不得堆積在樓板上。

3）新舊混凝土交界面處理時，應對舊混凝土表面進行鑿毛，然后用高壓水沖洗清理，并涂刷高質量混凝土界面黏合劑，達到新舊混凝土協同受力，防止銷栓效應。涂刷結構界面劑前，應對原構件表面界面處理質量進行復查，不得有漏剔除的松動石子、浮砂，以及漏補的裂縫和漏清除的其他污垢等。另外，剪力墻新舊界面上不宜留通長冷縫，應做分段處理。

3.2.5 鋼筋工程

對剔除混凝土后的鋼筋，依據原設計圖紙、施工規范整理，對受損鋼筋進行修復、更換、補強。鋼筋表面留存的混凝土等雜物可采用人工剔鑿、鋼絲刷等清理干凈；在拆除過程中彎折的鋼筋采用人工鋼筋扳手調直；對于在拆除過程中遭到電鎬剔鑿破壞的鋼筋，可以將此處鋼筋切斷，新增加鋼筋與原鋼筋進行焊接，焊接長度符合規范要求；可對暗柱部分采用補強措施。剪力墻鋼筋網片的質量應符合GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》的規定。

3.2.6 模板施工

混凝土置換墻模的支設需在鋼筋綁扎達到標準要求后進行，且要求墻體鑿除清理干凈。選用方木、竹膠模板、對拉螺桿及鋼管加固的模板體系，模板與原結構接縫處粘貼雙面海綿條防漏漿。

安裝模板前要檢查模板、對拉螺桿和鋼管等材料的剛度和穩定性，混凝土模板的質量和支護必須按照國家現行標準要求進行設置，確保模板不出現變形。模板頂部預留的混凝土澆筑口應設置為喇叭口[8]。

置換墻體模板支設完成后，除應對模板及其支撐進行驗收外，還應對下列項目進行隱蔽工程驗收：補配鋼筋或箍筋的品種、級別、規格、數量、位置等；補配鋼筋和原鋼筋的連接方式及質量；界面處理及結構界面劑涂刷的質量。

3.2.7 置換剪力墻澆筑混凝土及成品養護

1）高位混凝土料口設計：混凝土澆筑采用高位進料，在置換層頂板上層墻體的兩側根部安裝楔形進料口，設計尺寸為150 mm×150 mm，用人工對此部位混凝土鑿除，避免損傷原有鋼筋，預置補漿口及排氣口、漏斗形混凝土進料口高于澆筑完成標高200～300 mm。

2）采用外購預拌混凝土，粗骨料粒徑宜為10～20 mm，流動性良好，采用C45早強微膨脹細石混凝土（比原設計強度提高一個強度級別）。

3）混凝土澆筑必須連續進行，合理設置較短澆筑時間。插入式振搗器振搗，嚴格依據施工交底及GB 50166—2011《混凝土結構施工規范》的相應規定執行。在墻體混凝土強度達到70%及以上即可拆除此施工部位模板，所有墻體置換完成且混凝土強度達到設計強度后，方可拆除安全支撐體系。

4）混凝土澆筑完成后，安排專職人員加強養護，保濕養護時間不少于14 d。

3.2.8 上部結構變形監測

首先在置換剪力墻上一層（即第4層）同位置墻體上安裝水平標高監測標志，在相鄰不置換的墻體上設置水平標高標志作為監測參照標志，拆除施工過程中實時監測置換層上層墻體的水平標高監測標志與相鄰墻體水平監測參照標志的數據變化值，若監測數值變化較大（接近安全值）或變化率較快時，應立即停止施工，啟動應急措施并且評估確認安全后方可繼續施工。本工程實際施工全過程未出現明顯變形，表明施工時對內力和位移的控制是合理和有效的[9]。

4 施工效果

本工程歷時10 d成功置換了3面剪力墻，既保證了整體工程進度，又確保了施工質量和安全，置換效果顯著。在置換施工完成后，經原檢測機構復檢，剪力墻混凝土強度等級均達到C40以上，外表未見加固痕跡，不影響后期室內裝飾裝修施工。同時，經過后期觀測，新舊混凝土結合面位置沒有裂縫產生，周圍結構也未出現變形過大或開裂等異常現象。施工結果表明，置換加固法有效處理了高層住宅局部混凝土剪力墻強度不滿足設計要求的質量問題，確保了結構安全，滿足了用戶的使用功能要求。同時，與整體拆除重新施工的方法相比[10-11]，置換法施工最大限度地節省了工期，節約了施工費用，經濟效益明顯，且該工藝施工難度不高，由項目現場土建人員即可完成全部剪力墻置換施工任務。

5 結語

本工程缺陷混凝土剪力墻的置換施工實踐，為解決建筑剪力墻結構缺陷提供了技術積累。尤其是結構中間層混凝土墻體質量事故，受制于客觀條件，不便從上到下全部拆除，而混凝土墻體置換施工技術提供了一個較根本、效果較好的解決方法。通過該工程的具體實施，可得出高層住宅局部剪力墻置換施工的實施要點：

1）剪力墻置換加固施工時，各墻肢宜按先中間后兩邊的置換順序施工，可根據實際情況采用更多的分段數，但必須嚴格控制分段置換量。

2）在混凝土澆筑完成且強度達到70%以上后可拆除模板，但安全支撐體系在混凝土強度達到100%后方可拆除。

3）新置換加固的混凝土應選擇比原設計強度提高一個強度等級的早強微膨脹細石混凝土，防止新老混凝土之間產生收縮裂縫。

4）在拆除過程中應實時觀測拆除置換層墻體上層墻體的水平標高監測標志與相鄰墻體水平監測參照標志的變化情況，當發現監測數值變化較大或變化率較快時，應立即停止拆除施工，采取應急措施后方可繼續施工。