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摘要：某高校教學(xué)樓建于l955年，存在較多安全隱患；據(jù)檢測(cè)鑒定結(jié)果，已危及正常使用，通過(guò)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)與施工，取得了良好效果。文中詳細(xì)討論了加固的設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵問題。...

某高校教學(xué)樓加固設(shè)計(jì)與施工

陳亦文，欒冠華

(武漢大學(xué)，湖北武漢430072)

    武漢某高校一教學(xué)樓建于1955年，磚混結(jié)構(gòu)。地面以上3層．主要用于教室；地面以下部分區(qū)域有l層地下室，設(shè)計(jì)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(biāo)高為l0.4m，地下室室內(nèi)標(biāo)高為-2.80m，總建筑面積2055.3m²。基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，由體積比為1：2：4的石灰三合土夯實(shí)而成。上部結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，主要承重墻體為磚砌體；屋蓋采用木屋架結(jié)構(gòu)，上鋪青平瓦，形成坡屋頂；樓蓋部分除樓梯前面的休息平臺(tái)板采用現(xiàn)澆混凝土澆制而成，密肋小梁采用預(yù)制混凝土構(gòu)件。現(xiàn)澆梁板混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為ll0號(hào)(相當(dāng)于現(xiàn)行規(guī)范的Cl0級(jí)混凝土)，預(yù)制小梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為140號(hào)(相當(dāng)于現(xiàn)行規(guī)范的Cl3級(jí)混凝土)，樓蓋板、板受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋均采用屈服強(qiáng)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(nèi)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(qū)域有積水，再加上室內(nèi)通風(fēng)條件差，部分樓板板底潮濕，且由于混凝土碳化已導(dǎo)致鋼筋銹蝕，樓板板底混凝土局部區(qū)域有銹脹裂縫產(chǎn)生。

1.現(xiàn)場(chǎng)主要檢測(cè)結(jié)果

    1.1屋架結(jié)構(gòu)

    木屋架均有不同程度的腐蝕和開裂，部分屋架產(chǎn)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(xù)承載且達(dá)到危險(xiǎn)點(diǎn)，其余屋架由于原木開裂嚴(yán)重，從結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全度除與設(shè)計(jì)的荷載、材料性能取值以及結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算的精確度有關(guān)外，還與工程質(zhì)量有著密切的關(guān)系。該建筑物是在20世紀(jì)50年代修建，當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平比較低，施工質(zhì)量較差，混凝土澆筑不夠密實(shí)。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(guò)鋼筋的保護(hù)層厚度，引起鋼筋銹蝕，體積膨脹，導(dǎo)致構(gòu)件表面產(chǎn)生許多沿鋼筋方向的順筋裂縫，部分位置保護(hù)層剝落，嚴(yán)重危及到結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性。

    1.3砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件

    該房屋采用混合結(jié)構(gòu)體系，按不適應(yīng)繼續(xù)承載的受力裂縫和非受力裂縫進(jìn)行安全性評(píng)定時(shí)，實(shí)測(cè)的40面外墻構(gòu)件單元中，有2面墻體單元被評(píng)定為cu級(jí)，l面墻體構(gòu)件單元被評(píng)定為du級(jí)，且每一層中最早出現(xiàn)du級(jí)的比例為4．2％(<5％)，故根據(jù)GB50292—1999((民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，外墻的安全等級(jí)性評(píng)定為aU級(jí)；實(shí)測(cè)的36面樓內(nèi)墻構(gòu)件單元，有12面被評(píng)定為cu級(jí)，且每一層最多出現(xiàn)(311級(jí)的比例為l.3％(<5％)，故其安全性等級(jí)評(píng)定為Cu級(jí)。

    1.4排水系統(tǒng)

    (1)地下室排水不暢，有積水現(xiàn)象；

    (2)衛(wèi)生間排水系統(tǒng)不暢。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生間外墻上遺留的殘余痕跡，鑒定該建筑物的衛(wèi)生問排水系統(tǒng)曾出現(xiàn)過(guò)堵塞的現(xiàn)象，故后來(lái)對(duì)衛(wèi)生間為排水系統(tǒng)重新進(jìn)行了調(diào)整；

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

    (4)教室和衛(wèi)生間樓板厚度較小，樓板多處滲漏，導(dǎo)致板內(nèi)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(fèi)用低的前提下要保證結(jié)構(gòu)的安全性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和鑒定的結(jié)果，對(duì)加固方案進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)不同構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)的要求，采用多種加固方法進(jìn)行加固以滿足各項(xiàng)承載力要求。

    (1)鋼筋混凝土樓板、肋梁構(gòu)件及大梁混凝土碳化嚴(yán)重，導(dǎo)致鋼筋嚴(yán)重銹蝕，樓蓋混凝土安全性評(píng)定為du級(jí)，均應(yīng)進(jìn)行更換處理；

    (2)因部分屋架均已不適合繼續(xù)承載且達(dá)到危險(xiǎn)點(diǎn)，部分屋架應(yīng)盡快予以更換。其余屋架由于原木開裂嚴(yán)重，從結(jié)構(gòu)安全性的角度考慮，應(yīng)作相應(yīng)的加固補(bǔ)強(qiáng)處理；

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

    (4)對(duì)有裂縫的墻體應(yīng)先鑿去其粉刷層，對(duì)砌體內(nèi)裂縫做灌漿處理，然后涂刷粉刷層。

3.加固改造設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要點(diǎn)

    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(jù)加固施工圖，準(zhǔn)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(jié)構(gòu)貼面處理及鋼板貼合面處理，貼合面處理是關(guān)鍵的工序；

    ①原結(jié)構(gòu)貼合處理：在粘鋼輪廓部位先打掉粉刷層，并用電動(dòng)角磨機(jī)打磨至原混凝土結(jié)構(gòu)面，用吹風(fēng)機(jī)吹去表面灰塵。如表面濕度較大，除上述要求外，尚須進(jìn)行人工干燥處理；

    ②鋼板粘合面處理：用電動(dòng)角磨機(jī)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(jié)構(gòu)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(yù)埋植筋螺栓等固定，并適當(dāng)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(wú)空洞聲，表示己粘貼密實(shí)，否則應(yīng)補(bǔ)膠或重新粘貼；

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

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

    (9)鋼構(gòu)件表面防腐：對(duì)鋼構(gòu)件表面進(jìn)行清理，表面應(yīng)無(wú)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(jù)結(jié)構(gòu)施工圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，準(zhǔn)確無(wú)誤地放出植筋孔洞位置。

    (2)鉆孔：①根據(jù)標(biāo)出孔洞位置，用電錘進(jìn)行鉆孔，直至設(shè)計(jì)深度；②鉆孔后必須保證孔洞內(nèi)干燥；③孔壁清洗：先用吹風(fēng)機(jī)將孔洞內(nèi)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(shè)計(jì)要求，對(duì)鋼筋進(jìn)行下料；②表面處理：將植入混凝土內(nèi)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(chǎn)品使用說(shuō)明書要求，將膠液倒入干凈容器內(nèi)，以人工或電動(dòng)工具將其調(diào)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(diào)好的結(jié)構(gòu)膠裝入注膠器內(nèi)，然后用注膠器將結(jié)構(gòu)膠注入植筋孔洞，孔洞內(nèi)注膠容量必須大于50％。轉(zhuǎn)動(dòng)鋼筋緩緩植入孔洞內(nèi)，使其達(dá)至設(shè)計(jì)深度要求。對(duì)于水平方向植入鋼筋后需將孔洞阻塞。

    (6)固化：對(duì)溫度在10°C以上時(shí)，固化時(shí)間達(dá)48h后可受力使用；溫度達(dá)到24℃以上時(shí)，固化時(shí)間達(dá)36h后可受力使用；溫度低于0℃時(shí)，應(yīng)采取遠(yuǎn)紅外線加熱。固化期間不得對(duì)鋼筋有任何擾動(dòng)，固化后用結(jié)構(gòu)膠對(duì)植筋孔洞進(jìn)行封口修補(bǔ)。

    (7)檢測(cè)：為了檢測(cè)植筋是否滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)對(duì)所有鋼筋進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果必須達(dá)到設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)表面處理

    (1)用鋼絲輪角磨機(jī)清除混凝土表層的劣化層(出現(xiàn)剝落、蜂窩、浮漿、腐蝕等劣化現(xiàn)象)，并用吹風(fēng)機(jī)吹凈，露出干凈、結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的表面；

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

    (3)對(duì)表面經(jīng)過(guò)剔鑿、處理銹蝕露筋可能有出現(xiàn)的急劇凹陷或構(gòu)件缺損部位，用環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)平整，以保證結(jié)構(gòu)件表面平整美觀；

    (4)對(duì)基面尖銳凸起的部位，用混凝土磨片角磨機(jī)磨平，對(duì)于轉(zhuǎn)角粘貼部位，用角磨機(jī)進(jìn)行倒角處理并打磨成園弧狀，圓弧半徑為20mm；

    (5)用無(wú)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(jù)標(biāo)準(zhǔn)用量，算出所涂布面積的底層膠用量，視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確保在適用期內(nèi)一次用完，按底層膠規(guī)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(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，待膠體表面指觸干燥后，盡快進(jìn)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(xiàn)高差的部位也應(yīng)用膠找平填補(bǔ)平整。轉(zhuǎn)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(guī)定的配方比例配制。待找平膠表面指觸干燥后，盡快進(jìn)行下一步施工。

    3.3.4碳纖維布粘貼

    (1)按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，應(yīng)盡量避免搭接。如若搭接，則碳纖維布纖維方向的搭接長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行或不得少于l50mm。

    (2)調(diào)制浸漬膠，然后均勻涂沫于所要粘貼的部位，膠層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)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(yīng)重復(fù)上述步驟，待纖維表面指觸干燥后方可進(jìn)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(jié)束語(yǔ)

    該工程結(jié)構(gòu)改造施工已經(jīng)完成，達(dá)到了確保結(jié)構(gòu)安全、縮短工期、節(jié)省改造費(fèi)用的預(yù)期目標(biāo)。通過(guò)對(duì)該改造項(xiàng)目的實(shí)踐，對(duì)結(jié)構(gòu)改造有下列體會(huì)和建議，可供同行進(jìn)行類似改造設(shè)計(jì)時(shí)參考。

    (1)改造加固設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工程現(xiàn)狀，綜合考慮施工等因素，優(yōu)先考慮技術(shù)成熟可靠、施工周期短、加固費(fèi)用低的加固方案。

    (2)應(yīng)充分利用原有結(jié)構(gòu)，盡量減少對(duì)原結(jié)構(gòu)的損傷，加強(qiáng)開洞截?cái)嗪箐摻畹腻^固。

    (3)通過(guò)對(duì)梁板彈性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)幅處理，可以達(dá)到既確保結(jié)構(gòu)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(qiáng)新老混凝土接觸面的粘接是確保新老結(jié)構(gòu)共同工作的關(guān)鍵。

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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