某糧食平房倉墻體砌筑砂漿強度不足時的加固設計

武冠楠

（南京豐源建筑設計有限公司，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

江蘇省某棟機械化糧食平房倉占地面積2685.3m2，平面尺寸78.2m×40.5m，建筑面積3297.4m2，建筑高度24m，單倉倉容2.15 萬t，儲糧品種為小麥，倉內散裝糧食采用斜堆方式，斜堆靠檐墻最高點為8m，斜堆中間最高點16.184m。本工程采用單層鋼筋混凝土柱+鋼梁組合的排架結構體系[1-2]，結構設計工作年限為50 年，結構抗震等級為二級，結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為乙級。本工程每5.6m 設一榀鋼筋混凝土排架柱，屋面為鋼結構屋面，墻體采用490mm 厚MU10 燒結多孔磚[3]、M10 混合砂漿砌筑，為抵抗糧食對墻體的水平側壓力，沿墻體高度設置多道聯梁，滿足強度及抗震要求。平房倉剖面如圖1 所示。

圖1 平房倉剖面

該項目在土建主體施工完成后，經檢測發現標高2m 以下墻體砌筑砂漿強度均不足，且墻面反堿嚴重，不滿足設計要求，存在安全隱患，需加固處理。

2 墻面泛堿現象及其原因

現場查看平房倉墻面，砌磚墻面局部表面呈現白色粉末狀斑點，屬反堿所致。

墻面反堿是一般是墻體里的硅酸鹽、碳酸鹽遇水或潮氣滲出結晶而產生的。造成本工程墻面反堿的原因是使用地下水進行砌體砂漿拌制、浸磚且本工程地處海邊、材料堆放未設置隔離措施等原因。針對墻面反堿現象的處理思路包括3 個方面。

（1）砂漿原材料成本、攪拌質量嚴格控制。

（2）已經完成的反堿墻面進行清理和沖刷。

（3）處理完成后的墻體表面進行防護處理，抹灰層應具有足夠的抗裂能力、防水性和耐久性。

具體采用以下步驟。

（1）已反堿的墻面鏟除斑點，反復洗刷，用清水沖洗干凈。

（2）其后，用5%～8%草酸溶液涂刷一遍墻體，讓墻體的堿性充分中和。

（3）待反應完全后，先用鋼絲刷將墻壁刷洗一遍，用清水自上而下清洗干凈，讓墻體充分干透。

3 平房倉磚墻體加固計算

3.1 計算簡圖與傳力途徑

根據原設計圖紙，該平房倉結構形式為單層鋼筋混凝土柱+鋼梁組合排架結構。原傳力途徑：糧食側壓力→由水平聯系梁間的砌體→水平聯梁→柱→基礎。

經現場觀測原有梁柱基礎均工作正常，僅墻體有反堿現象且砂漿強度低。故對此范圍內砌體強度進行驗算。檐墻和山墻的加固構造如圖2 所示。

圖2 平房倉墻身加固大樣

已知檐墻±0.000 處糧食水平壓力標準值最大為37kN/m2，山墻±0.000 處糧食水平壓力標準值最大為48kN/m2。墻體及加固面層計算簡圖可看做兩跨連續梁。檐墻與山墻計算如圖3 所示。

圖3 檐墻與山墻計算

糧食荷載由原砌體和新增面層兩部分協同承擔。按以下原則考慮二者協同分擔比：①墻體砂漿強度不足，按降低為不足M2.5 等級考慮。②設定承載分擔比，新增混凝土按扣除墻體分擔荷載后的荷載進行設計，初步定荷載分擔比為新增混凝土:原墻=8:2。

驗算內容確定如下：①墻體受到平面外彎剪作用，分別進行平面外彎、剪承載力驗算。②新增混凝土板按不允許開裂進行彎剪承載力驗算（因承受正負彎矩，且考慮到開裂后的防濕，按不允許開裂驗算）。

3.2 內力計算

平房倉墻體內力均取1m 寬度范圍內。

（1）檐墻內力計算。

彎矩計算：n=1.1/0.9=1.2。

MB跨中=內力系數×分項系數×ql12=-0.155×1.3×37×0.9×0.9=-6.039kN·m。

MBC=內力系數×分項系數×ql12=0.1108×1.3×37×1.1×1.1=6.449kN·m。

MBA=內力系數×分項系數×ql12=0.0595×1.3×37×0.9×0.9=2.318kN·m。

剪力計算：最大剪力系數0.625。

VB右=內力系數×分項系數×ql2=0.625×1.3×37×1.1=33.07kN。

（2）山墻內力計算。

彎矩計算如下。

MB跨中=內力系數×分項系數×ql12=-0.1388×1.3×48×0.8×0.8=-5.543kN·m。

MBA=內力系數×分項系數×ql12=0.0653×1.3×48×0.9×0.9=3.301kN·m。

MBC=內力系數×分項系數×ql12=0.0898×1.3×48×0.8×0.8=3.586kN·m。

剪力計算：最大剪力系數0.625。

VB右=內力系數×分項系數×ql2=0.625×1.3×48×0.9=35.1kN。

根據以上計算，控制彎矩取6.45kN·m，控制剪力為35.1kN。

3.3 承載力與抗裂驗算

3.3.1 墻體承載驗算

（1）受剪驗算。根據《砌體結構設計規范》（GB 50003—2011）[4]，砂漿M2.5 時，fv=0.08N/mm2，因砌筑高度較小不考慮上部壓應力。有彎矩存在時：×490=26.13kN<35.1kN，所以加固是必要的。

設原墻體分擔20%，26.13kN>35.1×0.2=7.02kN。

（2）受彎驗算。因為受力狀態為豎向受彎，破壞面為砂漿通縫，ftm=0.08N/mm2。

設原墻體分擔20%，3.2kN>6.45×0.2=1.29kN。

3.3.2 新增混凝土墻板驗算

（1）正截面受彎驗算。根據《混凝土結構設計規范（2015 年版）》（GB 50010—2010）[5]。

常規計算方法如下。

承擔彎矩為6.45×0.8=5.16kN·m。控制最大拉應力不超過C30 混凝土抗拉強度ft=1.43N/mm2；ftk=2.01N/mm2。2.01N/mm2，不滿足要求。

計算支座邊緣界面如下。

將彎矩計算至水平梁邊緣截面，取計算跨度為1.05ln=1.05×0.8=0.84m，可控的可變荷載分項系數可取1.3。則彎矩設計值下限值可為MBC=內力系數×分項系數×ql12=0.1108×1.3×37×0.84×0.84=3.76kN·m。

考慮砌體和混凝土協同工作計算如下。

墻體總厚度為80+490=570mm。Mu=ftmW=0.08×且>3.76kN·m。即在超載不超過20%，且原砂漿強度不低于M2.5 時，加固構造滿足抗裂要求。

將混凝土層厚度增大到100mm。此時，情況如下。

（2）斜截面受剪承載力驗算。當板厚取100mm 時，Vu=0.7ftbh0=0.7×1.43×1000×（100-20）=80.08kN>35.1kN，滿足要求。

4 墻體補強措施及施工步驟

原墻體外側保持原構造措施不變，采用抗堿水泥砂漿和抗堿聚合物砂漿，滿布1.0 鍍鋅鋼絲網。墻體內側增加φ6@200 單層雙向鋼筋網片，噴射100mm 厚C30 混凝土。

墻體內側施工步驟：原表面用草酸洗墻后用鋼刷掃毛沖凈→設置雙排拉結筋8@400 值入連梁內→噴射50mm 厚C30 混凝土（摻入阻銹劑）→安裝φ6@200 鋼筋網片→噴射50mm 厚C30 混凝土（摻入阻銹劑）→12mm 厚1:3 抗堿水泥砂漿打底掃毛→刷素水泥漿一道（內摻水重5%建筑膠）→8mm 厚1:2 聚合物抗堿水泥防水砂漿粉面（內摻抗裂纖維）→保養→檢查驗收。

（1）基層處理。對于光滑墻表面或水平拉梁光滑表面，應對其表面進行“毛化”處理。其方法有兩種：第一種為表面用尖鉆剔毛，剔去光面，使其表面粗糙不平，用水濕潤基層；另一種方法是將光滑的表面清掃干凈，用10%火堿水除去混凝土表面的油污后，將堿液沖洗干凈后晾干，采用機械噴涂或用笤帚甩上一層1:1 稀粥狀水泥細砂漿（內摻20%的107 膠水），使其凝固在光滑的基層表面，用手掰不動為好。對混凝土水平梁表面，本項目采用第一種方法，鑿毛平均凹凸深度不小于6mm。

對于砌體墻表面，草酸洗墻后用鋼絲刷刷毛墻面，除去浮渣，用自來水沖凈。

（2）植筋。障礙物清理→定位→基層表面處理→鉆孔→清孔→鋼筋除銹→配制植筋膠→植筋→養護固化→質量檢驗。

（3）第一次澆筑混凝土。采用噴射工藝均勻第一次噴射C30 混凝土，厚度不小于50mm 抹壓密實，厚度誤差不大于5mm。

（4）安裝鋼筋網。考慮混凝土板較長，應在板的表面雙向配置防裂構造鋼筋。本工程鋼筋網采用φ6@200單層雙向鋼筋；將鋼筋網固定在墻體表面拉結筋處，同時與8@400 鋼筋綁扎。

（5）第二次澆筑混凝土。采用噴射工藝第二次均勻噴射50mm 厚C30 混凝土，抹壓密實；兩次噴射總厚度不小于100mm。完成后應進行壓平，總厚度誤差不大于5mm。

（6）抹底層砂漿。混凝土澆筑完成后，進行防護面層施工。抹1:3抗堿水泥砂漿，每遍厚度為5～7mm，應分層與所充筋抹平，并用大杠刮平、找直，木抹子搓毛。

（7）抹面層砂漿。底層砂漿抹好后，第二天即可抹面層砂漿，首先將墻面洇濕，刷素水漿一道。面層砂漿配合比為1:2 抗堿水泥砂漿粉面內摻抗裂纖維，厚度為8mm。

5 結語

目前，本工程已竣工使用數年，未發現墻體裂縫、粉刷脫落等任何影響安全的問題。因此，理論及工程實踐證明采用此方法加固，滿足工程安全及使用要求。