某高校教學樓加固設計與施工

陳亦文，欒冠華

(武漢大學，湖北武漢430072)

    武漢某高校一教學樓建于1955年，磚混結構。地面以上3層．主要用于教室；地面以下部分區域有l層地下室，設計作為地下人防工程使用。目前地下室的一部分房屋主要用于存放雜物，一部分房屋沒有使用。房屋四周布置有集中排水的磚砌明溝。

    建筑物檐口標高為l0.4m，地下室室內標高為-2.80m，總建筑面積2055.3m²。基礎采用條形基礎，由體積比為1：2：4的石灰三合土夯實而成。上部結構為磚混結構，主要承重墻體為磚砌體；屋蓋采用木屋架結構，上鋪青平瓦，形成坡屋頂；樓蓋部分除樓梯前面的休息平臺板采用現澆混凝土澆制而成，密肋小梁采用預制混凝土構件。現澆梁板混凝土設計標號為ll0號(相當于現行規范的Cl0級混凝土)，預制小梁混凝土設計標號為140號(相當于現行規范的Cl3級混凝土)，樓蓋板、板受力鋼筋和構造鋼筋均采用屈服強度為2500 kg／mm²(255N／mm²)的鋼筋。

    地下室外圍墻體采用漿砌片石砌筑，厚度為600mm。室內墻腳下面布置有集中排水的明溝，但因年久失修，目前地下室部分區域有積水，再加上室內通風條件差，部分樓板板底潮濕，且由于混凝土碳化已導致鋼筋銹蝕，樓板板底混凝土局部區域有銹脹裂縫產生。

1.現場主要檢測結果

    1.1屋架結構

    木屋架均有不同程度的腐蝕和開裂，部分屋架產生不同程度的撓曲變形，其中，部分屋架因撓度超限，均己不適合繼續承載且達到危險點，其余屋架由于原木開裂嚴重，從結構安全性的角度考慮，因此，建議部分屋架全部更換。

    1.2鋼筋混凝土樓蓋

    結構構件的安全度除與設計的荷載、材料性能取值以及結構抗力計算的精確度有關外，還與工程質量有著密切的關系。該建筑物是在20世紀50年代修建，當時的技術水平比較低，施工質量較差，混凝土澆筑不夠密實。樓面梁、板混凝土的碳化深度都很大，老混凝土的平均碳化深度在20～30 mm以上，已超過鋼筋的保護層厚度，引起鋼筋銹蝕，體積膨脹，導致構件表面產生許多沿鋼筋方向的順筋裂縫，部分位置保護層剝落，嚴重危及到結構的安全性及耐久性。

    1.3砌體結構構件

    該房屋采用混合結構體系，按不適應繼續承載的受力裂縫和非受力裂縫進行安全性評定時，實測的40面外墻構件單元中，有2面墻體單元被評定為cu級，l面墻體構件單元被評定為du級，且每一層中最早出現du級的比例為4．2％(<5％)，故根據GB50292—1999((民用建筑可靠性鑒定標準》的有關規定，外墻的安全等級性評定為aU級；實測的36面樓內墻構件單元，有12面被評定為cu級，且每一層最多出現(311級的比例為l.3％(<5％)，故其安全性等級評定為Cu級。

    1.4排水系統

    (1)地下室排水不暢，有積水現象；

    (2)衛生間排水系統不暢。根據現場衛生間外墻上遺留的殘余痕跡，鑒定該建筑物的衛生問排水系統曾出現過堵塞的現象，故后來對衛生間為排水系統重新進行了調整；

    (3)擋土墻頂部的臺階上有比較寬的裂縫，而在階梯頂端處無截流，屋頂排水設施大部分已損壞。下雨天，雨水大部分沿該臺階下泄，部分雨水滲入，對擋土墻和建筑地基基礎造成極為不利的影響，易引起地基發生不均勻沉降，造成墻體開裂。

    (4)教室和衛生間樓板厚度較小，樓板多處滲漏，導致板內鋼筋銹蝕和混凝土碳化、剝落。

2.加固方案

    考慮到在施工工期緊、加固費用低的前提下要保證結構的安全性，根據現場檢測和鑒定的結果，對加固方案進行優化，針對不同構件補強的要求，采用多種加固方法進行加固以滿足各項承載力要求。

    (1)鋼筋混凝土樓板、肋梁構件及大梁混凝土碳化嚴重，導致鋼筋嚴重銹蝕，樓蓋混凝土安全性評定為du級，均應進行更換處理；

    (2)因部分屋架均已不適合繼續承載且達到危險點，部分屋架應盡快予以更換。其余屋架由于原木開裂嚴重，從結構安全性的角度考慮，應作相應的加固補強處理；

    (3)改善建筑物室內及周邊的排水系統，對擋土墻頂部臺階上裂縫進行灌漿處理，保證雨水不再滲入擋土墻后面；

    (4)對有裂縫的墻體應先鑿去其粉刷層，對砌體內裂縫做灌漿處理，然后涂刷粉刷層。

3.加固改造設計及施工技術要點

    3.1外粘鋼板的加固施工

    外粘鋼板的加固施工工藝流程為：

    (1)劃線定位：據加固施工圖，準確地在梁的表面共劃出粘貼部位輪廓線及定出植筋的位置；

    (2)表面處理：包括原結構貼面處理及鋼板貼合面處理，貼合面處理是關鍵的工序；

    ①原結構貼合處理：在粘鋼輪廓部位先打掉粉刷層，并用電動角磨機打磨至原混凝土結構面，用吹風機吹去表面灰塵。如表面濕度較大，除上述要求外，尚須進行人工干燥處理；

    ②鋼板粘合面處理：用電動角磨機打磨、直到露出金屬光澤。打磨粗糙度越大越好，打磨紋路與受力方向垂直，粘貼前用棉紗貼丙酮或酒精擦拭干凈；

    (3)植筋；

    (4)鋼板制作安裝；

    (5)鋼板粘貼：在粘貼鋼板的貼合面涂沫結構膠，要求薄而勻，厚度3 mm左右；

    (6)固定與加壓：鋼板粘貼好后立即用夾具或支撐、木方及預埋植筋螺栓等固定，并適當加壓，以使膠體鋼從邊緣擠出為度。固定加壓后，用小錘敲擊粘貼兩面邊緣鋼板，如無空洞聲，表示己粘貼密實，否則應補膠或重新粘貼；

    (7)固化與拆模：對溫度在10℃以上，固化時間達到36h后可以拆除鋼板外表的加壓裝置；

    (8)檢測：一般采用非破損檢測。即外觀檢測鋼板邊緣溢膠色澤、硬化程度，以及小錘敲擊檢測鋼板的有效粘結面積。錨固區有效粘結面積不小于90％，非錨固區的有效粘貼  面積不小于80％：

    (9)鋼構件表面防腐：對鋼構件表面進行清理，表面應無可見的油脂、污垢及鐵銹等附著物，并用壓縮空氣吹盡，然后涂刷防腐膠。

    3.2植筋加固

    植筋加固施工工藝流程為：

    (1)施工放線：依據結構施工圖，結合現場的實際情況，準確無誤地放出植筋孔洞位置。

    (2)鉆孔：①根據標出孔洞位置，用電錘進行鉆孔，直至設計深度；②鉆孔后必須保證孔洞內干燥；③孔壁清洗：先用吹風機將孔洞內灰塵吹除，然后用棉紗蘸丙酮清孔壁，直至干燥。

    (3)鋼筋處理：①下料：按設計要求，對鋼筋進行下料；②表面處理：將植入混凝土內的鋼筋部分打磨除銹，并用棉紗蘸丙酮清洗干凈。

    (4)配膠：按WSJ—IV型膠產品使用說明書要求，將膠液倒入干凈容器內，以人工或電動工具將其調勻，注意觀察容器底部與邊角處的顏色，確保配好的膠體色澤一致；

    (5)植筋：將調好的結構膠裝入注膠器內，然后用注膠器將結構膠注入植筋孔洞，孔洞內注膠容量必須大于50％。轉動鋼筋緩緩植入孔洞內，使其達至設計深度要求。對于水平方向植入鋼筋后需將孔洞阻塞。

    (6)固化：對溫度在10°C以上時，固化時間達48h后可受力使用；溫度達到24℃以上時，固化時間達36h后可受力使用；溫度低于0℃時，應采取遠紅外線加熱。固化期間不得對鋼筋有任何擾動，固化后用結構膠對植筋孔洞進行封口修補。

    (7)檢測：為了檢測植筋是否滿足設計要求，應對所有鋼筋進行抽樣檢測，檢測結果必須達到設計要求。

    3.3粘碳纖維布加固

    粘碳纖維布加固施工工藝流程為：

    3.3.1結構表面處理

    (1)用鋼絲輪角磨機清除混凝土表層的劣化層(出現剝落、蜂窩、浮漿、腐蝕等劣化現象)，并用吹風機吹凈，露出干凈、結構堅實的表面；

    (2)對于混凝土脹裂、松散、鋼筋銹蝕的現象，先鑿除松散部分，對銹蝕鋼筋進行手工除銹，然后采用環氧樹脂作防腐處理，并用環氧膠泥作為整平材料填平整。在填補環氧膠泥前，先在破傷口處涂刷一遍環氧膠液作為粘結劑，以保證環氧膠泥與老混凝土粘合良好，并且不會產生裂縫。對蜂窩、麻面的大直徑空洞，采用環氧砂漿填充整平。對裂縫用專用環氧樹脂密封膠沿裂縫將其密封；

    (3)對表面經過剔鑿、處理銹蝕露筋可能有出現的急劇凹陷或構件缺損部位，用環氧樹脂砂漿修補平整，以保證結構件表面平整美觀；

    (4)對基面尖銳凸起的部位，用混凝土磨片角磨機磨平，對于轉角粘貼部位，用角磨機進行倒角處理并打磨成園弧狀，圓弧半徑為20mm；

    (5)用無油壓縮空氣吹除粉塵，使得表面干凈并保持干燥。

    3.3.2涂刷底層膠

    (1)根據標準用量，算出所涂布面積的底層膠用量，視現場實際情況，確保在適用期內一次用完，按底層膠規定的配方比例將底層膠主劑和固化劑置于干凈容器中，攪拌均勻；

    (2)用滾筒刷或毛刷將配制好的底層膠均勻涂沫于混凝土表面，膠層厚度應滿足設計要求，待膠體表面指觸干燥后，盡快進行下一步施工。

    3.3.3找平

    待底層膠指觸干燥后，混凝土表面若凹凸不乎，用找平膠填平。模板接頭處出現高差的部位也應用膠找平填補平整。轉角處采用找平膠修理成光滑的園弧。圓弧半徑為20mm，找平膠按規定的配方比例配制。待找平膠表面指觸干燥后，盡快進行下一步施工。

    3.3.4碳纖維布粘貼

    (1)按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，應盡量避免搭接。如若搭接，則碳纖維布纖維方向的搭接長度按設計要求進行或不得少于l50mm。

    (2)調制浸漬膠，然后均勻涂沫于所要粘貼的部位，膠層厚度應滿足設計要求，在搭接、拐角等部位要多涂抹一遍；

    (3)將碳纖維布用手輕壓貼于粘貼處，用特制的滾筒或塑料批刀沿纖維方向多次滾壓，擠出氣泡，并使浸漬膠充分浸透碳纖維布(注意不要損傷碳纖維布)。多層粘貼應重復上述步驟，待纖維表面指觸干燥后方可進行下層的粘貼，并在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹表層膠。

4.結束語

    該工程結構改造施工已經完成，達到了確保結構安全、縮短工期、節省改造費用的預期目標。通過對該改造項目的實踐，對結構改造有下列體會和建議，可供同行進行類似改造設計時參考。

    (1)改造加固設計應結合工程現狀，綜合考慮施工等因素，優先考慮技術成熟可靠、施工周期短、加固費用低的加固方案。

    (2)應充分利用原有結構，盡量減少對原結構的損傷，加強開洞截斷后鋼筋的錨固。

    (3)通過對梁板彈性計算結果進行調幅處理，可以達到既確保結構安全又減小加固量的目的。

    (4)重視新老混凝土接觸面的處理，增強新老混凝土接觸面的粘接是確保新老結構共同工作的關鍵。

參考文獻：

[1]JGJ l2322000既有建筑地基基礎加固技術規范[S]．

[2]GB 5001022002混凝土結構設計規范[S]．

[3]GB 5001122001建筑抗震設計規范[S]．

[4]CECS l46：2003碳纖維片材加固混凝土結構技術規程[S]．

[5]張熙光，王駿孫，劉惠珊．建筑抗震鑒定加固手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，2001．

[6]曹雙寅，邱洪興．結構可靠性鑒定與加固技術[M]．北京：中國水利水電出版社．2001．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)