高層建筑框架柱整體置換加固技術分析

摘要：為實現框架柱整體置換修復，通過多方案比選提出了一種整體快速置換新技術。該技術通過增設臨時鋼柱支撐和智能監控的雙重手段，確保置換過程的構件強度和整體穩定性，具有操作簡便、置換效率高、結構性能好的特點。通過工程實例，分析了該方法的設計、施工技術要點，有效解決了高層建筑框架柱混凝土的質量缺陷問題，可為今后類似工程提供參考。

關鍵詞：高層建筑； 框架柱； 混凝土缺陷； 整體置換

中圖分類號：TU746.3文獻標志碼：B

0引言

城市化水平的提高促成了高層建筑在各大中城市的持續、快速發展。但在高層建筑施工中由于其結構復雜、施工難度大，往往導致新建工程中混凝土質量不合格。針對這類承重構件強度偏低或構件局部有嚴重缺陷的處理方式，一般采用保留部分完好混凝土的局部置換方法，但這類解決方式無法從根本上解決問題［1］。為實現框架柱快速有效進行替換，本研究開發了高層建筑框架柱混凝土快速整體置換技術，可有效解決高層框架柱混凝土質量隱患問題，具有重要的實際應用及推廣價值。

1工程概況

本工程位浙江省湖州市長興縣東南，為養老綜合體項目，本工程含4棟扇形單體，分別為G-1號樓、G-2號樓、G-3號樓及G-4號樓，附屬配套2層地下空間。4棟主樓為28層結構，高99.6 m，G1-G2及G3-G4塔樓之間為兩層裙房，高度約為9.45 m， G2-G3塔樓之間為三層裙房，高度約為14.6 m。主樓結構形式為框架剪力墻，混凝土強度設計為C30，框架柱尺寸以800 mm×800 mm為主。

在進行4棟上部樓層施工時，通過現場對結構實體進行的常規檢查，發現8層（1-A）/（1-27）及（1-M）/（1-30）軸共計2根框架混凝土柱出現質量問題，導致柱身強度不達標，經檢驗討論后提出對缺陷柱進行置換。

2缺陷處理概況

2.1處理方案比選

目前，針對高層建筑中框架柱混凝土出現質量缺陷的常用加固方案包括增大截面加固法、外粘型鋼加固法、置換混凝土加固法等（表1）［2-5］。結合該工程特點，從施工工期、費用及后續使用等方面進行綜合考慮后，最終制定了缺陷混凝土柱整體置換加固方案，對現存缺陷問題進行徹底解決。

2.2混凝土缺陷置換重難點

（1）結構穩定性：在置換混凝土加固過程中，需對缺陷結構、現有結構及置換結構的承載狀態進行受力驗算。對于缺陷混凝土置換點，要盡量避免出現拉應力。

（2）控制置換接口：混凝土柱置換加固過程中，置換混凝土柱與已有結構的粘結性和一致性要得到保證，以確保加固效果和整體結構的穩定性。

（3）混凝土強度要求：對于置換的混凝土結構構件，其混凝土抗壓強度等級應不低于原結構建造時所規定的強度等級。

3總體工藝流程

缺陷柱分區—搭設支撐體系及變形監測設備—剔除缺陷混凝土—新混凝土澆筑—拆模及養護—拆除支撐。

4置換柱施工工藝

4.1缺陷柱分區

將各缺陷柱進行分區（南側：左側柱為1區，右側柱為2區；東側：上側柱為1區，下側柱為2區）（圖1）。

4.2搭設支撐體系及變形監測設備

經比選，選擇鋼柱作為本工藝中的支撐柱，同時在支撐柱旁邊需設置一道工具柱。安裝支撐柱區域為8層缺陷柱位置及7至9層同位置的左、右、內三側，其他區域采用滿堂腳手架進行支撐（圖2）安裝鋼支撐采用分層、分區、從下至上的安裝原則，鋼支撐的立桿垂直度偏差不得大于架高的1/200。

鋼支撐安裝工藝流程：首先進行定位放線，完成柱腳錨栓植筋，對置換柱柱頂四周主梁安裝點位和地面安裝點位處進行找平，確保鋼支撐的垂直度滿足要求。提前做好鋼支撐安裝前拼裝工作，拼裝過程中兩段接口處不得有錯位現象，螺栓必須緊實；鋼支撐架設時，施工區域除安裝人員外不得站人，支撐必須平穩架設至安裝點位；支撐搭設完畢后，通過工具柱上100 t千斤頂進行反頂卸載，各千斤頂同步反頂，并采用分級位移控制，每級反頂量為2 mm，反頂前，應先采用裂縫測寬儀對靠近該框架梁梁端裂縫寬度進行測量記錄，反頂過程中應對梁裂縫寬度變化、傳感器測力值及反頂量進行監測；反頂過程中，每根支撐柱配一名操作手填充墊塊并將鋼楔抵緊，做到隨頂隨墊；鋼楔將支撐柱楔緊并點焊，端板與墊板之間用灌漿料進行填充。

支頂完成后，在每根置換柱X向及Y向框架梁上均設置一個變形監測點，監測點位置應盡量靠近置換柱且不應受到振動等施工影響。

4.3缺陷柱置換

本次缺陷柱置換工程分成兩步置換操作，待支撐體系搭設完畢并驗收合格后，首先對各缺陷柱1區進行剔鑿，對主筋進行調直，箍筋重新綁扎、調直，并對受損處箍筋進行焊接搭接。處理后進行隱蔽驗收工序，驗收合格并封模后方可開始澆筑混凝土。澆筑時采用C60細石微脹混凝土進行澆筑，待1區混凝土強度達到C35及以上后，再進行缺陷柱2區剔鑿工作（圖3）。

對缺陷柱2區混凝土進行剔鑿時，需剔鑿至1區內1～2 cm，再對柱主筋進行調直，筋重新綁扎、調直，并對受損處箍筋進行焊接搭接，同時處理后需進行鋼筋隱蔽驗收，驗收合格并封模后開始澆筑混凝土（澆筑前對交界面進行澆水濕潤并涂刷與混凝土相同配合比的水泥砂漿）；澆筑2區時混凝土采用C65細石微膨脹混凝。

4.4拆模及養護

混凝土澆筑完成之后，須根據相關標準及時養護。若采用了高強度無收縮灌漿料，在拆除模具之后，需馬上使用塑料薄膜覆蓋部件的外部，再進行澆水養護。

4.5鋼支撐拆除

待柱混凝土強度達到設計強度后，對支撐柱及工具柱進行拆除。拆除過程按從上到下原則進行，先將工具柱機械千斤頂收回后拆除植筋螺栓，恢復植筋孔洞，再對支撐柱采用同樣方式拆除。

5結束語

綜上所述，通過對缺陷柱加設臨時支撐、分區置換等工序，并在過程中輔以數字化監測，為高層結構框架柱的置換工作提供有力保障。該缺陷混凝土柱整體置換技術可從本質上解決框架柱中存在的混凝土質量缺陷問題，同時具有可靠性高、可保留原有框架柱尺寸、不影響建筑后續建造及功能性要求等有點，可為今后類似項目提供參考。

參考文獻

［1］吳照海.高層建筑混凝土柱置換加固施工方法［J］.中國設備工程，2018（22）：147-148.

［2］梁冬，吳杰春，張八秀，等.混凝土柱局部分拆支頂置換加固技術研究［J］.建筑結構，2022，52（24）：82-87+137.

［3］浦紹武.框架柱置換混凝土加固技術的應用［J］.城市建筑，2021，18（27）：144-146.

［4］王元清，宗亮，施剛，等. 鋼結構加固新技術及其應用研究 ［J］. 工業建筑， 2017， 47 （2）： 1-6+22.

［5］劉東，楊燁. 加大截面法加固軸心受壓構件的數值模擬分析 ［J］. 建筑結構， 2010， 40 （S2）： 456-457.

［作者簡介］高健（1969—），男，本科，高級工程師，研究方向為建筑施工。