建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及加固改造施工技術(shù)

易秉林，王富偉

（中交一公局第四工程有限公司，南寧 530012）

1 引言

地震是自然界的一種巨大災(zāi)害，對(duì)建筑物和人類生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅，許多地區(qū)存在大量老舊建筑物，這些建筑物通常缺乏抗震設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的要求，抗震性能較差。面對(duì)地震風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，這些建筑物更容易受損，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。因此，研究建筑加固改造施工技術(shù)，提升建筑物的抗震能力，對(duì)于減少地震災(zāi)害的損失具有重要意義[1]。

2 工程概況

昆明鼓樓大廈提升改造工程項(xiàng)目由云南省設(shè)計(jì)院于1995年設(shè)計(jì)完成，1998 年主體建蓋完成。主樓建筑高度99.92 m，總建筑面積59 646.64 m2；地上29 層，建筑面積54 337.5 m2；地下1 層，建筑面積5 309.14 m2；上部6 層裙房（裙房屋面標(biāo)高29.85 m）與主塔樓連為一體。結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。原有基礎(chǔ)形式為柱下大直徑人工挖孔灌注樁和機(jī)械鉆孔灌注樁，主塔樓核心筒為大直徑樁筏基礎(chǔ)，6 層以上已按照酒店建筑功能完成砌筑工程。

3 抗震加固設(shè)計(jì)

本建筑設(shè)計(jì)抗震烈度為8 度，上部結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為一級(jí)，地基基礎(chǔ)處于正常狀態(tài)，上部承重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性良好，無(wú)傾斜、開(kāi)裂等問(wèn)題。本次加固設(shè)計(jì)進(jìn)行全樓梁柱及核心區(qū)加固處理，建筑改造后的功能為大空間辦公室，改造后結(jié)構(gòu)剛度有所增加，減輕了上部結(jié)構(gòu)荷載，降低了對(duì)現(xiàn)有地基承載力的要求，無(wú)須另行加固地基[2]。抗震加固措施如下。

1）因原結(jié)構(gòu)樓板存在裂縫，需進(jìn)行板裂縫修復(fù)，采用壓力灌注裂縫專用膠進(jìn)行施工。

2）因原結(jié)構(gòu)板施工質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求，存在結(jié)構(gòu)板混凝土強(qiáng)度不夠、板開(kāi)裂、板厚不足、板筋保護(hù)層厚度不滿足要求等情況，以粘貼高強(qiáng)度碳纖維布的方式加固板。

3）因原結(jié)構(gòu)剪力墻施工部分標(biāo)號(hào)不滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)設(shè)計(jì)院復(fù)核后局部采用直接法粘鋼板、粘角鋼進(jìn)行加固。

4 加固技術(shù)

4.1 裂縫修補(bǔ)

本工程基礎(chǔ)筏板采用灌注裂縫專用膠的方式進(jìn)行，分兩次注漿。第1 次注入1/3 裂縫專用膠，目的是防止筏板注漿時(shí)過(guò)多裂縫專用膠通過(guò)裂縫流入地基，第1 次注漿凝固后方能進(jìn)行第2 次注漿，直到完全封閉筏板裂縫為止。

4.1.1 裂縫處理

混凝土構(gòu)件僅存在較小的裂縫時(shí)，先用鋼絲刷清理裂縫表面，再向裂縫兩側(cè)2～3 cm 范圍內(nèi)擦拭工業(yè)酒精。混凝土構(gòu)件的裂縫較深時(shí)，將裂縫開(kāi)鑿成“V”形槽，清理灰塵、松散層等雜物，沿裂縫鉆孔灌漿，漿液固結(jié)后可封閉裂縫。

4.1.2 設(shè)置灌漿嘴

在裂縫端部、較寬部位以及交錯(cuò)部位安裝灌漿嘴，縫寬為0.3～0.5 mm 時(shí)，安裝間距控制在30～50 cm，具體可根據(jù)裂縫的走向、尺寸做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可用封口膠將灌漿嘴粘貼至指定位置，或在封縫過(guò)程中同步粘貼灌漿嘴。同一條裂縫上，必須有進(jìn)漿、排氣或出漿口。注射筒底座的間距主要根據(jù)裂縫寬度而定，具體如表1 所示。

表1 注射筒底座設(shè)置的間距

4.1.3 封縫

封縫材料采用封口膠，用油灰刀沿著裂縫反復(fù)涂抹膠泥，直至寬度達(dá)到2～3 cm、厚度約為1～2 mm，且各部位具有均勻性為止。封縫需要全面，避免局部夾雜小氣泡，否則將導(dǎo)致封縫不嚴(yán)密。

4.1.4 封縫檢驗(yàn)

封縫1 h 后，組織試漏檢驗(yàn)，判斷裂縫的密封情況。試驗(yàn)時(shí)，沿裂縫涂刷肥皂水，吹入壓縮空氣進(jìn)行檢驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)局部漏氣，則表明該部位缺乏嚴(yán)密性，需再次采取封縫措施，直至各部位均無(wú)漏氣現(xiàn)象為止。

4.1.5 配制灌漿膠液

按特定的比例選取A、B 組分的原材料，拌制低黏度灌縫膠；檢驗(yàn)?zāi)z液的質(zhì)量，若無(wú)異常則需在指定時(shí)間內(nèi)完成灌漿作業(yè)。膠液的適用期受溫度的影響，以25 ℃為例，需在配制完成后的60 min 內(nèi)使用完畢。

4.1.6 灌漿

灌漿前，用壓縮空氣吹凈孔縫，使其保持干凈、干燥的狀態(tài)。灌漿方法有單孔灌漿和分區(qū)群孔灌漿兩種，根據(jù)裂縫區(qū)域的大小進(jìn)行選擇。對(duì)于同一條裂縫的灌漿，從一端開(kāi)始逐步推進(jìn)至另一端，自下而上、由淺到深灌漿。在保證漿液可正常流動(dòng)的前提下，以較低的壓力進(jìn)行充足時(shí)間的灌漿，灌漿壓力通常取0.2 MPa。最后一個(gè)出漿口流出膠液后，穩(wěn)壓繼續(xù)注漿10 min，而后結(jié)束灌漿，拆除管路，清理管路中的殘留膠液。

4.1.7 膠液固化

膠液固化受環(huán)境溫度的影響，且在不同環(huán)境溫度時(shí)的固化時(shí)間存在差異。根據(jù)膠液特性，固化時(shí)環(huán)境溫度≥5 ℃，對(duì)于25 ℃的環(huán)境溫度，膠液的固化時(shí)間通常為1～2 d。

4.2 粘貼碳纖維

4.2.1 準(zhǔn)備工作

測(cè)量放線，確定碳纖維的粘貼位置；在構(gòu)件上彈出超過(guò)實(shí)際尺寸20 mm 的輪廓線，以便打磨；檢查碳纖維片材、樹(shù)脂等施工材料以及各類機(jī)具的質(zhì)量，控制好數(shù)量，保證物資供應(yīng)充足；若實(shí)際情況與設(shè)計(jì)圖存在差異，如實(shí)反饋實(shí)際情況，調(diào)整施工方法[3]。

4.2.2 基層處理

混凝土劣化層需用磨光機(jī)或砂輪機(jī)去除，待加固構(gòu)件表面疏松、剝落等劣質(zhì)混凝土也要被清理干凈，用角磨機(jī)、砂紙等清理表層的浮漿、油污，用環(huán)氧砂漿修復(fù)表面。構(gòu)件基面必須保持平整，若局部凸起，應(yīng)將此部位抹平。在轉(zhuǎn)角處粘貼碳纖維片時(shí)，粘貼部位有尖銳棱角的需要打磨成圓角，圓角最小內(nèi)徑r為20 mm。打磨完成后，清理干凈表面，首先用脫脂棉絲擦混凝土粘貼面，再用脫脂棉蘸丙酮對(duì)表面擦拭2～3 遍，最后全面清理一次，處理后的表面應(yīng)保持干凈，加強(qiáng)防護(hù)，以免二次污染。

4.2.3 涂刷底層涂料

按比例選取主劑和固化劑，充分?jǐn)嚢瑁纬傻讓油苛稀Ｃ看螖嚢枇扛鶕?jù)一次可用完為準(zhǔn)進(jìn)行控制，若有剩余應(yīng)視為廢料處理，不可再次使用。采用滾筒均勻涂刷底層涂料，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于3 h，滿足指觸干燥的要求時(shí)可結(jié)束養(yǎng)護(hù)。底層涂料局部凸起時(shí)，用砂紙抹光，若打磨過(guò)深而導(dǎo)致部分底層涂料的厚度不足，需補(bǔ)充涂料至該部位與周邊齊平。在環(huán)境條件適宜時(shí)才可涂刷底層涂料，如氣溫低于5 ℃、相對(duì)濕度高于85%時(shí)，不宜涂刷。底膠固化后，施工下一道工序。涂刷時(shí)間超過(guò)7 d時(shí)，用砂輪機(jī)清理原底膠，涂抹新料。

4.2.4 粘貼碳纖維布

按比例控制黏結(jié)樹(shù)脂中主劑和固化劑的用量，將兩種原材料拌制均勻，用滾刷涂抹，形成下涂層，而后及時(shí)粘貼碳纖維片，檢查粘貼位置，確認(rèn)位置準(zhǔn)確無(wú)誤后，用專用工具羅拉沿纖維方向進(jìn)行多次滾壓，通過(guò)外力作用擠出纖維片與黏結(jié)樹(shù)脂間的氣泡，使纖維片粘貼穩(wěn)定，保持平整。

纖維布施工0.5 h 后，用滾刷涂刷黏結(jié)樹(shù)脂，涂刷統(tǒng)一沿纖維方向進(jìn)行，控制涂刷的范圍，避免已粘貼的碳纖維片卷起。涂刷3～4 d 后，進(jìn)行全面檢查，判斷是否存在空鼓，并根據(jù)空鼓尺寸和數(shù)量判斷涂刷是否達(dá)標(biāo)。若空鼓的直徑＞10 mm、＜30 mm，每平方米的空鼓數(shù)量＞10 個(gè)時(shí)視為不合格，＜10 個(gè)視為合格；空鼓的直徑在30 mm 以上時(shí)，無(wú)論數(shù)量如何，均不滿足要求。對(duì)于空鼓檢查不合格的情況，需進(jìn)行修補(bǔ)。纖維布的搭接長(zhǎng)度不少于100 mm，由于搭接部位偏薄弱，因此不可在主要受力區(qū)搭接。對(duì)于立面纖維布，自上而下有序粘貼到位。

4.2.5 養(yǎng)護(hù)

碳纖維布粘貼到位后，自然養(yǎng)護(hù)24 h，在此過(guò)程中應(yīng)由專人加強(qiáng)管理，避免磕碰、刮傷等問(wèn)題。樹(shù)脂固化器的氣溫在5 ℃內(nèi)時(shí)，采取升溫和保溫措施。碳纖維布的養(yǎng)護(hù)時(shí)間與平均氣溫有關(guān)，理論上具有養(yǎng)護(hù)時(shí)間隨平均氣溫的升高而縮短的變化規(guī)律。例如，平均氣溫為10～20 ℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7～14 d；平均氣溫高于20 ℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d；平穩(wěn)氣溫低于10 ℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間需達(dá)到14 d，必要時(shí)可進(jìn)一步延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。由專人負(fù)責(zé)碳纖維布的養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)防護(hù)，避免碳纖維布受損。為提升防護(hù)效果，結(jié)構(gòu)施工后，設(shè)置水泥砂漿飾面。

4.3 粘貼鋼板

鋼板厚度為3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、8 mm、10 mm、12 mm等，粘貼部位為各樓層的梁、板、柱、剪力墻及墻體開(kāi)洞處，根據(jù)各部位選擇合適厚度的鋼板，搭配M10、M12、M16 等規(guī)格的錨固螺栓，起加固作用，保證粘貼到位的鋼板具有穩(wěn)定性。

4.3.1 鋼板加工

根據(jù)圖紙要求確定鋼板的尺寸，選擇質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鋼板原材料，加工出特定尺寸的鋼板，再清理表面，調(diào)節(jié)平整，要求鋼板在自由狀態(tài)時(shí)與混凝土緊密貼合，最大縫隙量需＜5 mm。

4.3.2 鋼板黏結(jié)面及基面的處理

鋼筋僅有輕微銹蝕時(shí)，先用電動(dòng)鋼絲刷除銹，再用棉絲蘸丙酮清理，最后打毛。鋼板打毛統(tǒng)一沿著垂直于鋼板受力的方向進(jìn)行，工具采用角向磨光機(jī)，打毛時(shí)注重防油污、防潮，且需根據(jù)施工要求現(xiàn)用現(xiàn)打毛。

對(duì)于混凝土基面的處理，先清理表面的蜂窩、麻面、剝落、夾渣等劣化混凝土，用小鐵錘和鏨子剔除表層的浮漿層和抹灰層。基面局部混凝土有明顯缺陷時(shí)，用高強(qiáng)聚合物砂漿將表面修復(fù)平整，必要時(shí)以灌縫或封閉的方法進(jìn)行處理。

經(jīng)過(guò)上述處理后，鋼板黏結(jié)面和混凝土基面應(yīng)堅(jiān)實(shí)、干凈、平整、干燥，為鋼板的粘貼作業(yè)打好基礎(chǔ)。

4.3.3 粘貼鋼板

粘貼前，用丙酮清理鋼板粘貼面和混凝土基面，按比例控制結(jié)構(gòu)膠甲、乙組分，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬螅霉伟逑蚧婧弯摪逭迟N面均勻涂膠。首先涂刮薄層，目的在于修整混凝土面，填充毛眼，再向鋼板粘貼面和混凝土基面涂刮，以膠層的厚度≤5 mm 為宜控制涂刮量，涂刮后的膠不可流淌，兩邊略薄，中間略厚，確保粘貼鋼板后膠體可保持飽滿。

鋼板粘貼工具包含活扳子、壓板、墊片等，提前準(zhǔn)備到位。由兩組員工共同負(fù)責(zé)鋼板的粘貼作業(yè)，向鋼板上涂膠，再將其對(duì)準(zhǔn)黏結(jié)面的指定位置，穩(wěn)定粘貼到位，而后上緊固定支撐托，擠出多余的膠，膠層的厚度以2～3 mm 為宜。及時(shí)清理多余的膠，使邊緣膠體保持平滑。

4.3.4 成品保護(hù)

鋼板粘貼到位后，由專人加強(qiáng)管理和防護(hù)，確保24 h 內(nèi)鋼板無(wú)震動(dòng)、移動(dòng)等問(wèn)題，可對(duì)鋼板采取臨時(shí)固定措施，防止鋼板在固化期發(fā)生異常。固化3 d 后，鋼板粘貼已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，可承受設(shè)計(jì)荷載。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)可能由于強(qiáng)烈的地震災(zāi)害而缺乏穩(wěn)定性，影響建筑的使用安全，需要在建筑工程設(shè)計(jì)階段和施工階段采取科學(xué)可行的技術(shù)策略，提高建筑的抗震水平。由于地震的發(fā)生具有突發(fā)性，難以有效預(yù)防，若能做好建筑工程的前期抗震設(shè)計(jì)和施工，可提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。經(jīng)過(guò)本文的分析，提出建筑工程的抗震設(shè)計(jì)方案，包括壓力灌注粘貼、高強(qiáng)度碳纖維布、粘貼鋼板等多道抗震防線，并就建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)進(jìn)行分析，全面提升建筑的抗震性能，所述技術(shù)對(duì)類似建筑工程有參考價(jià)值。