此项目地上3层, 结构形式为钢筋混凝土框架结构, 总建筑面积约为68 540 m2, 首层层高9.6 m。该工程合理使用年限为50 a, 基础采用大直径人工挖孔桩基础, 持力层为中风化岩石。由于首层部分柱质量存在严重缺陷, 柱承载力不足, 不能达到正常使用要求, 需要对其进行加固处理, 以使其满足原设计使用要求。

1) 梁底施工缝过宽, 且缝内有大量白色粉末状杂质, 柱子承载力不足, 受压破坏, 见图1。

图1 受压破坏混凝土柱  下载原图

2) 梁底施工缝范围内柱子混凝土松散、孔洞、麻面、强度偏低, 见图2。

图2 麻面混凝土柱  下载原图

1) 白色粉末成分分析。对施工缝内剔除的白色粉末状杂质, 按照《水泥化学分析方法》 (GB/T 176—2008) 进行化学成分分析, 检测结果见表1。

由表1的化学分析结果可以看出, 白色粉末烧失量及氧化钙含量高, 判断其主要成分为石粉、粉煤灰。

2) 混凝土质量缺陷原因分析。经检测和分析, 认为首层柱施工缝中白色粉末的形成, 是由于混凝土中含有大量的自由水, 经振捣后, 混凝土中的细粉料以及大量富余的水分富集到混凝土的顶部形成上部浮浆。这些细粉料包括粉煤灰、石粉等干燥硬化后形成白色粉末, 浮浆含水率较高, 形成白色硬化层。

表1 化学成分分析结果/%  下载原图

根据《混凝土结构加固设计规范》 (GB 53067—2006) 中第3.3条, 混凝土结构的加固可分为直接加固和间接加固两类。其中:直接加固宜根据工程的实际情况选用增大截面加固法、置换混凝土加固法、外粘型钢加固法、外粘钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、绕丝加固法或高强度钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固法等;间接加固宜根据工程的实际情况选用外加预应力加固法或增设支点加固法等。

本案例中主要的问题是梁柱施工缝范围内出现夹杂、蜂窝、麻面以及混凝土松散等, 间接加固不适合本案例。直接加固中, 外粘型钢加固法、外粘钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、绕丝加固法或高强度钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固法对原混凝土表面及强度均有一定的要求, 而本项目的混凝土表面难以满足要求, 故最终选择增大截面加固法, 并结合置换混凝土加固法。

经过检测, 对问题柱进行分类, 并对不同的柱采用不同的加固措施:

1) 对已明显发生破坏的柱, 柱本身产生一定的偏移, 且施工缝处产生压溃破坏, 柱主筋已被压弯。该类柱采用加大截面进行处理, 详见大样一 (图3) :混凝土柱增大截面法。

图3 节点一:混凝土柱增大截面法  下载原图

2) 对存在蜂窝麻面的柱, 混凝土强度不满足设计要求, 且施工缝存在大量或少量的白色粉末, 局部在施工缝下产生竖向裂缝。该类柱受损部位采用加大截面法处理, 详见大样二 (图4) :箱型柱替代法。

3) 对只有少量蜂窝麻面等施工质量通病问题存在的柱, 仅对存在问题的混凝土进行相应剔除, 再用环氧树脂混凝土对剔除部分的混凝土进行直接置换。

1) 新旧混凝土结合面的原构件表面混凝土应全部清除, 混凝土表面剔出水平沟槽。清除方法可采用人工方法, 也可采用高压水射流技术, 除非设计另有规定, 否则清除深度应控制在6~10 mm左右。浇筑混凝土前, 应清除全部松动碎块和浮渣, 清水冲洗干净, 充分润湿, 但不得留有明水。

2) 新旧混凝土结合面的界面植筋可以在钢筋骨架安装前或安装后植入, 植筋完成后应确保钻孔产生的浮灰冲洗干净。

3) 当关模后混凝土不能及时浇筑, 结合面已失水干燥时, 必须重新润湿结合面, 并满足前述要求。

图4 节点二:箱型柱替代法  下载原图

1) 对需植筋的混凝土区域, 应事先采用钢筋扫描技术查明钢筋分布情况。如在设计规定的植筋孔位存在既有钢筋, 则应适当调整植筋孔位, 以避开既有钢筋。避开的距离原则上尽可能小, 以能满足施工操作为准;当实际钢筋布置需要植筋孔位作较大调整, 甚至可能明显影响有效高度等重要参数时, 则应书面告知设计单位, 经确认后作出相应处理。

2) 当基层混凝土为钢筋混凝土时, 植筋均应植入钢筋骨架之内。

3) 如对植筋深度未作具体规定, 则按如下规定取值:HPB300级钢筋, 取15 d;HRB400级, 取20 d。对HRB400级钢筋, 当构件厚度只能满足15 d的植筋深度时, 确保满足设计对抗拔检验荷载的要求。

4) 植筋外露长度原则上采用搭接方式与构件纵向钢筋连接。

1) 清理、修整、凿毛原结构柱, 原有楼板开洞对原混凝土结构柱的表面, 先清除被加固表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土。柱表面处理采用电镐打毛, 在混凝土粘合面上錾出麻点, 形成点深约3 mm、点数为600~800点/m2的均匀分布。为增强新旧混凝土的黏结能力, 结合面凿毛后应用空气压缩机吹净表面浮灰, 并涂刷混凝土界面结合剂一道。

2) 新增受力钢筋 (HRB400覫25) 保护层厚度为30 mm, 受力钢筋在加固楼层范围内应通长设置, 中间不得断开。

3) 新增U型筋需要植入框架柱内300 mm, 植筋前必须清洗成孔并清除孔内积水与杂物, 钢筋必须除锈, 并将钢筋锚固段擦拭干净, 植筋施工后24 h内, 不得扰动、碰撞钢筋, 植筋48 h后, 方可进行下道序施工。

4) 植筋在与其他钢筋绑扎或焊接时, 不得采用外力强行撬压植筋。

5) 砼浇筑前, 须对原结构进行凿毛清洗处理。清洗完毕后, 与原混凝土接头的地方需涂刷水泥净浆作为界面剂。柱扩大截面浇筑砼时, 须在柱与楼板四周凿出与扩大截面尺寸相同的缺口, 以方便钢筋绑扎和浇筑砼。柱扩大截面加固时, 由于模板与原混凝土之间空隙较小, 从上浇筑时很难保证浇筑密实。对此, 将在柱模板中间位置处开一个浇筑口, 采用体外振捣。振捣完毕后, 封堵此浇筑口。

6) 对于干燥土应用水润湿, 表面不得留有积水。在支模的板内清除垃圾、泥土等杂物, 并浇水润湿木模板, 堵塞板缝和孔洞。

7) 混凝土的浇筑:混凝土的下料口距离所浇筑的混凝土表面高度不得超过2 m, 如自由倾落超过2 m时, 应采用串桶或溜槽。

8) 混凝土的浇筑应分层连续进行, 一般分层厚度为振捣器作用部分长度的1.25倍, 最大不超过50 cm。

9) 用插入式振捣器应快插慢拔, 插点应均匀排列, 逐点移动, 顺序进行, 不得遗漏, 做到振捣密实。移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍。振捣上一层时应插入下层5 cm, 以清除两层间的接缝。平板振捣器的移动间距, 应能保证振动器的平板覆盖已振捣的边缘。

10) 混凝土不能连续浇筑时, 一般超过2 h, 应按施工缝处理。

11) 浇筑混凝土时, 应经常注意观察模板有无走动情况。当发现形、位移时, 应立即停止浇筑, 并及时处理好, 再继续浇筑。

12) 混凝土振捣密实后, 表面应用木抹子搓平。

13) 混凝土的养护:混凝土浇筑完毕后, 应在12 h内加以覆盖和浇水, 浇水次数应能保持混凝土有足够的润湿状态。养护期一般不少于7昼夜, 强度达到C45后拆模。

本案例在加固施工过程中, 需解决好几个难点:1) 施工的顺序;2) 施工阶段的卸载方案;3) 缺陷混凝土的拆除及新混凝土的浇筑;4) 卸载检测等。

此外, 施工中, 除严格按照加固设计及规范要求外, 还要求有比一般建筑施工单位更强的专业施工技术力量, 各个施工环节严格把关, 才能保证加固施工质量, 最终达到加固效果。