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某商業建筑加固改造施工方案
來源:南京固泰建筑安裝工程有限公司 | 發布時間:2013-3-29 | 瀏覽次數:

 

目      錄
第一章 結構改造加固技術 3
第二章 改建工程基礎托換與結構加固 13
第三章 樹根樁加固既有建筑地基 21
第四章 框架脫離法加層 25
第五章 混凝土構件粘鋼加固 30
第六章 結構加固補強處理 37
第七章 多層磚混辦公樓縱向平移 41
第八章 房屋加固改造中的錨接技術 45
第九章 承重砌體置換 49
第十章 地下臨時支護靜態爆破拆除 53
第十一章 樹根樁加固不均勻沉降 56
第十二章 鋼屋架補焊 59
第十三章 地下室外墻裂縫的處理 61
第十四章 磚混結構房屋的托梁拆墻 64
第十五章 住宅危房墻體樓板加固措施 67
第十六章 斜拉橋機理加固房屋結構 70
第十七章 懸臂柱承樓梯外傾下沉的處理 73
第十八章 鋼筋混凝土吊車梁的簡易加固 75
第十九章 建筑噴射混凝土修補加固 77
第二十章 磚煙囪裂縫的處理 79
第二十一章 舊冷卻塔的補強加固 82
第二十二章 多層結構增層設計 85
第二十三章 JGN結構膠鉆孔錨筋 87
第二十四章 保溫屋面滲漏修繕 95
第一章 結構改造加固技術
原3號樓為一般辦公樓。由于使用功能發生巨大變化,同時使用荷載增大,除須對原建筑結構進行改造加固處理外,還要新增建筑面積。本工程為框架剪力墻結構,建筑面積為64605.71m2,地下3層,地上10層及16層,最高點72.480m。
  結構改造加固中增建了觀景電梯,電梯井每層四周加走廊(每層挑出牛腿,新增5m 寬的鋼筋混凝土挑臺)。幾乎每層樓板、梁、柱都進行了加固,加固點達2000多處,加固用鋼材680t ,改造總面積達4.3萬m2。
1 鋼筋混凝土柱的改造加固
1.1 外包混凝土加固
  采用外包鋼筋混凝土圍套,加大柱截面或在原有鋼筋混凝土柱一側加貼鋼筋混凝土等方法。先打掉原柱的混凝土棱角,將柱子混凝土表面的殘渣清除干凈、鑿毛,并用水濕潤,再刷水灰比為0.4的純水泥漿(也可用界面劑)一遍。若新澆筑的混凝土壁厚小于100mm 應采用細石配制,最大粒徑不超過20mm,待混凝土初凝后應加強養護,保證新舊混凝土良好結合,并防止空鼓開裂,混凝土強度等級宜使用C40,用525號硅酸鹽水泥配制。當混凝土壁厚大于100mm 時,骨料粒徑亦應小于澆筑混凝土最小厚度的1/2及鋼筋最小間距的3/4。所用鋼材一般為Ⅰ、Ⅱ級鋼筋,型鋼及鋼板采用《碳素結構鋼》(GB700-88)規定的Q235(3號鋼)。3號鋼和I 級鋼筋使用E4303、E4311型號焊條;Ⅱ級鋼筋用E5003、5011型號焊條。為保證混凝土密實,當新澆混凝土厚度小于100mm 時,采用噴射混凝土或其他可靠方法。
  新加受力鋼筋與原有鋼筋焊接時,應在焊接部位打掉保護層,露出原有鋼筋截面的一半。剔鑿舊混凝土時應不斷檢查周邊混凝土是否被破壞,對已破壞部分的混凝土(包括浮石)應清除掉。在原有鋼筋上焊接新加鋼筋時,除應盡量降低焊接溫度外,還應采取加墊石棉布的方法保護附近混凝土。
  在原鋼筋上焊加固鋼筋時,必須保證焊縫的質量(包括長度)。咬邊及氣孔等均應符合焊接規范,并在焊接后將露在表面的焊渣敲去。柱子新增受力鋼筋的混凝土保護層厚度為30mm。
  因改造結構需要,在原鋼筋混凝土墻、柱上需打錨桿與新構件(如懸臂梁等)拉結時,采用電動金剛石空心鉆頭鉆孔機鉆孔,孔深一般為15~20倍鋼筋直徑。插入鋼筋后用結構膠灌注嚴密,不留縫隙,并在使用前進行拉拔力試驗,經設計認可后方可正式使用。施工過程中,也應抽樣檢驗核查其拉拔力是否能滿足要求。
1.2 包角鋼加固在原柱子四角包E 100×10角鋼,并用乳膠水泥砂漿使角鋼與柱混凝土緊密粘貼牢固。沿柱高再將扁鋼箍(間距450mm)與角鋼焊接牢固(圖1)。具體作法如下。
 
圖1 柱包角鋼加固作法
 。1)配制乳膠水泥時,要求乳膠(聚醋酸乙烯乳液)含量為水泥重量的5%~10%,加水適量,呈膏狀體。
 。2)采用乳膠水泥粘貼外包型鋼時,應先在柱角(預先應做處理)上抹厚5mm 的乳膠水泥,隨即貼上角鋼。為防止角鋼松脫,應用特制夾具在柱的兩個方向將4根角鋼與柱子牢牢夾緊(夾具間距以500mm 為宜),然后將扁鋼(-50×5)箍與角鋼焊接,并應交錯施焊,防止過熱,在乳膠水泥初凝前必須完成。
 。3)如上下柱子均需用此方法加固時,應使用通長角鋼,不要斷開。所有外包型鋼施工完畢后應在型鋼表面抹一層1∶2水泥砂漿(厚20mm),抹面層時嚴格按北京市《分部項目工程工藝規程》執行,防止空鼓、裂縫。
 。4)柱上下與樓板連接處可根據柱子受力要求加角鋼套箍(圖2),以加強柱子受力性能。
 
圖2 柱腳角鋼套箍
1.3 柱綜合加固法
  除以上兩種柱子加固方法外,還有一小部分采用綜合加固方法,即把以上兩種方法綜合使用,如圖3所示。
 
圖3 柱綜合加固方法
2 鋼筋混凝土梁的加固
  梁加固比柱子加固復雜,操作也較困難,部分樓板需開大洞(作管道間使用),因此除樓板加固外,還需要新增加次梁。根據受力情況,梁的加固可分為以下幾類。
2.1 新增加次梁
  一般在兩根主梁的跨間加一根次梁。由于樓層荷載有較大幅度增長(如增加隔斷墻和衛生間設備等),且增設次梁后主梁受力情況也發生改變,故主梁也需進行加固。次梁加固方法如下:(1)支護樓板(留出新次梁的位置),然后沿梁長按梁寬度鑿去樓板混凝土;(2)安裝主梁與次梁交接處的鋼板套箍(用作次梁支座用,見圖4);(3)焊上托鋼筋的小塊鋼板,安裝次梁主筋;(4)支新次梁底模,綁扎梁鋼筋、箍筋等,再合上側模,加支撐;(5)澆筑新次梁混凝土及養護。
 
圖4 主梁與次梁交接處作法
2.2 主梁加強作法
2.2.1 主梁貼鋼板法加固
  采用鋼板粘結加強時,分兩種情況:一種是只加粘梁底面,另一種是除加粘底面外,還要加粘梁的兩側。這兩種加強方法均需在靠近柱位置沿梁長設置鋼板箍若干個,并用膠將梁底及梁側的鋼板與原有梁的混凝土貼緊粘結牢固。為便于固定,安裝鋼板時可通過膨脹螺栓,使已涂上膠的鋼板與鋼筋混凝土梁貼緊粘結牢固,以防鋼板在膠凝固前滑脫,同時也起到鋼板與混凝土梁緊密貼合的作用(圖5)。
 
圖5 梁加固圖(a)加固立面;(b)梁端新增鋼筋與柱交接處平面;(c)梁加固剖面
2.2.2 在受拉區焊附加鋼筋
  為減少梁底剔鑿量,采取間斷剔鑿(中距400mm),沿梁長方向的混凝土保護層間斷剔鑿,剔出部分應露出原鋼筋1/2,焊上短鋼筋(同原鋼筋截面),再在短鋼筋上焊新增通長鋼筋,然后再將梁的下部鋼筋位置補上新混凝土。澆筑混凝土前可先將兩側模板支上,然后噴射細石混凝土。此方法較為復雜,但加固后梁的受力性能較好(圖6)。
 
圖6 焊附加鋼筋加固法
  以上圖示中均設有鋼板套箍,其作用是分力,因此又名分力鋼板套箍,其具體尺寸如圖7所示。
 
圖7 鋼板套箍示意
3 樓板加固
  因使用功能發生變化,需增設管道間和線路,且要增加大量內隔斷墻,因此原樓板的設計荷載將有較大幅度的增加。為此除在梁間再加1或2根小梁外,還要局部對原樓板進行加固。加固方法主要是在原樓板上下各加鋼板條,在指定的部位用膠粘貼后,再用M12對穿螺栓(后改為膨脹螺栓)將樓板緊緊夾住,以提高其受力性能,鋼板條采用200mm 寬、5mm 厚帶鋼。
  樓板加固時,按該板承載的隔斷墻位置及需新開洞口尺寸及位置確定鋼板帶位置。加固方法如圖8所示。
 
圖8 樓板加固法(一)
  實際施工中,因M12對穿螺栓安裝十分困難,后改用膨脹螺栓上下對稱固定的方法。該膨脹螺栓在鋼板條端部100mm 處應設置4個,在縱橫兩塊鋼板條的疊合部分亦設置4個,在鋼板條的其他部分放2個(沿鋼板條的短向即200mm),膨脹螺栓中距為300mm,如圖9所示。
 
圖9 樓板加固法(二)
4 加固工藝要求
 。1)采用外包鋼筋混凝土圍套加大柱截面或在原有柱的一側加大柱截面時均應將原柱混凝土棱角打掉,表面鑿毛后刷素水泥漿(水灰比以0.4為宜)一道,隨即澆筑細石混凝土,注意加強養護,防止裂縫。
 。2)采用粘鋼板加固梁、板時,應將原混凝土結構面上的油垢污物刷洗干凈,然后再對結合面進行打磨,除去2~3mm 厚的混凝土表層浮皮,并清除表面上的粉塵后再涂刷粘合劑。鋼板粘結面應經除銹和粗糙處理,粘鋼板加固后,外露的鋼板應根據裝修要求,用水泥砂漿(或環氧砂漿)做保護層(厚度不小于20mm)。
 。3)在原有鋼筋混凝土構件上打錨桿與新構件拉結時,應先用探測儀測出原構件內的鋼筋位置,然后鉆孔,以免損傷原構件內的鋼筋。
 。4)在原有樓板上打洞時,當洞口直徑或邊長a≤300mm 且相鄰兩洞邊凈距≥300mm 時,一般不采取加固措施;當300mm<a≤1000mm 時,一般采用圖10所示的作法加固。注意鑿槽時不得打斷原有鋼筋。
 
圖10 樓板鑿洞洞口處理
 。5)在原樓板或墻上打洞前,應先用探測儀測出板或墻內鋼筋位置,打洞宜用機械方法(用金剛石空心鉆頭)。人工打洞應輕敲慢鑿,盡量不損傷原鋼筋。成孔后洞邊用1∶2水泥砂漿抹平。
  (6)原有樓板洞和墻洞需封堵時,當洞口直徑或邊長a≤300mm 時,可將洞邊鑿毛,用素混凝土封堵;當300mm<a≤1000mm 時,應采用如圖11所示的方法封堵,新加鋼筋與板內原有鋼筋的直徑及間距相同,原孔洞澆筑C40細石混凝土封堵;若a >1000mm,應另出圖施工。
 
圖11 孔洞封堵作法
 。7)原有鋼筋混凝土構件加固前需先做試驗,取得經驗后再全面推開。施工時視具體情況應加設臨時支撐,以確保施工安全。當采用結構膠粘鋼加固或鉆孔埋設鋼筋時,必須由具有資質的專業施工單位完成。
 。8)填充墻與柱之間新加的拉結鋼筋應根據填充墻在建筑平面中的位置,采用如圖12所示方法預留。填充墻與已施工的柱之間的拉結方法為先用膨脹螺栓固定在柱上(膨脹螺栓的數量和直徑應與拉結筋數量和直徑相同),然后在膨脹螺栓上焊接拉結筋。
 
圖12 填充墻與柱的拉結方法
 。9)對于通過短鋼筋與原有鋼筋焊接的鋼板或鋼筋和原有混凝土間的縫隙,應用M15水泥砂漿灌滿,噴射混凝土,原柱與所有加固的鋼板或角鋼之間所有縫隙也必須用M15水泥砂漿灌滿。
 。10)所有需粘鋼加固的構件加固前應進行卸荷,錨固粘鋼板的型鋼套箍需與鋼板焊接時,必須做到先焊后粘。有困難時可通過設計單位采用結構膠鋼-鋼粘接錨固法,錨固長度應根據所用結構膠的粘接抗剪強度由設計單位經計算確定。
 。11)加固后鋼板表面應抹水泥砂漿保護層,如鋼板表面積較大,可粘一層鋼絲網或粘一層細石。保護層厚20mm。有吊頂時可涂刷防銹漆、防火漆。

第二章 改建工程基礎托換與結構加固
音樂堂位于中山公園內社稷壇(五色土)東南,建筑平面呈扇形,原建筑物占地面積約4500m2,建筑面積3337m2,于1955年建成,后于1979年、1981年、1986年進行過三次改擴建。
  由于年代較久、設備落后、建筑失修等因素,該音樂堂已不能滿足現代使用要求,業主決定拆除舞臺小樓,保留觀眾廳結構,進行改擴建。完工后建筑面積將達11864m2,地下一層、地上二層(局部四層),設有觀眾廳、會議室、貴賓室、電影廳、休息廳及餐廳等,成為使用功能和音響效果均為一流的現代化娛樂場所。
  原觀眾廳結構形式為獨立柱基礎框架結構,柱高12.8m,另加基礎埋深1.8~2.5m,屋頂為現澆混凝土屋架及屋面板。根據改建要求,將原建筑物的二次結構及其他附屬建筑物拆除,保留觀眾廳結構的獨立柱和混凝土屋架屋蓋。在此條件下新建地下室一層,層高6.5m,建筑面積4000m2。為解決原結構的基礎深度不足的問題,采用基礎托換技術。1955年施工的結構混凝土強度相當于現在的C15設計強度等級標準值,已不能滿足新建筑的結構承載力要求。為解決這一矛盾,需對原獨立柱結構進行加固,以提高強度,滿足改建后的結構受力要求。
1 音樂堂加固與托換技術的特點
  對已有建筑物地基進行加固處理,目的是避免建筑物的倒塌損壞。這種作法稱為補救性托換。30年代后地下鐵道施工中對既有建筑物的保護稱為預防性托換。近年已發展到在新建的建筑物基礎上預先設計安裝可頂升的裝置,事后如發生不允許出現的地基差異沉降時,即實施保護性托換。
  音樂堂工程是在原建筑物基礎上保留部分主體結構進行的全面改造,包括觀眾廳二次結構和后臺小樓拆除、基礎托換、結構柱和屋蓋加固、新做筏形基礎地下室、±0.000m以上框架及觀眾席等。原結構建成至今已40余年,混凝土碳化較重,且經歷了唐山地震的沖擊,個別柱已出現縱向裂紋,雖采取了加鋼板箍固定等措施,但結構總體安全度較低。改建后新增6.5m 深地下室,采用人工挖孔樁托換基礎,土方開挖后,原結構頂距基底高達21m,結構整體穩定因素差,施工風險很大。
2 基礎托換與結構加固方案的研究
  由于本工程的使用功能要求,改建后的地下室采用筏形基礎,主體結構形式為框架結構,局部加設剪力墻抵抗地震沖擊力。由于原結構獨立柱基埋深較淺,必須采取托換技術,使上部建筑結構穩定地落于樁基和筏形基礎地下室上;上部結構荷載安全地轉到筏形基礎上,擴散到基底持力層。
  設計選擇了人工挖孔樁加連續承臺梁的托換方案。其步驟是:做地下室前,上部荷載經柱傳給承臺梁,再由承臺梁分配給樁基。待筏形基礎建成后,上部荷載傳給筏形基礎。經對方案的可行性、可靠性和可能存在的問題進行了認真地分析探討后,確定采用“兩樁承一柱”的方案(圖1)。即在柱兩側挖樁,在樁頂做承臺梁,做承臺梁時將原結構柱包于梁內,使之與梁成為一體,讓上部荷載通過承臺梁傳于樁基和筏形基礎。
 
圖1 基礎托換布置圖
○挖孔樁;◆●原結構柱
  托換分兩步進行:第一步做人工挖孔樁和承臺梁,使樁、柱、梁成為一體,上部荷載先通過梁傳于樁。第二步做筏形基礎,完成后則上部荷載又傳于筏形基礎,完成全部托換工作(圖2、3)。
 
圖2 托換施工工藝
托換施工順序:Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
托換荷載傳遞:柱→承臺梁→上部樁→筏形基礎、下部樁
 
圖3 托換施工現場
3 托換加固施工
  與一般的基礎托換不同,本工程是在已有的上部結構下全面開挖做地下室,全部主工序按先托換、后加固、再新開的順序組織施工。且全部施工內容均與原結構、承臺梁和挖孔樁相連系,受條件限制很多。根據本工程的特點,經反復比較,確立了挖孔樁→承臺梁→柱加固→土方開挖→結構施工的總工序,并分別編制了挖孔樁、承臺梁、柱加固、土方開挖及地下室結構施工等方案,對各施工分項的工序流程、工藝作法進行了分析研究,對各種可能出現的問題提出了預防措施。
3.1 結構監測
  基礎托換工程是個結構內力轉移傳遞過程,要求傳遞過程中結構不能發生變形。施工過程中對結構進行觀測的目的是及時發現沉陷位移和傾斜變形的微小變化,為施工決策提供依據。根據工程特點,還編制了結構監測方案,進行了細致布點。每柱0.500m 標高處布一點觀測沉降值,每柱做一個3m 高的標尺,用以監測柱的傾斜值。每柱每日觀測一次沉降傾斜值,挖樁期24h 隨時觀測,做到信息化施工。
3.2 人工挖孔樁施工
  本工程采用人工挖孔樁進行基礎托換,它是力傳遞的載體,其質量決定著整個托換工作的成敗。樁身上半部分又是地下室的柱,樁身混凝土預埋位置質量直接影響后期梁、板的施工。施工中采取了以下技術措施:
 。1)人工挖孔樁采用鋼筋混凝土護壁,以提高護壁承載力,保護樁孔的安全;
 。2)鋼筋籠分節綁扎,吊裝時使用連接鉤;
 。3)用“鋼板箍法”做地基梁鋼筋連接點,保證鋼筋連接位置的準確;
 。4)護壁內加設水泥土隔離層,以利混凝土護壁拆除(圖4)。
 
圖4 挖孔樁的構造
 。5)采用無振動破除原杯形柱基放角,以有效地保護結構穩定安全,順利完成樁的成型工序。
3.3 承臺梁施工
  采用“兩樁承一柱”實現原結構柱力的傳遞與轉換,承臺梁起著“承上傳下”的作用,為減小其因受剪、受彎產生的應力,兩樁的距離應盡量靠近,承臺梁與柱的結合要成為一體。為此,研究確定了工藝流程和作法,還根據柱基實際情況現場選定承臺梁的不同作法,對原杯形基礎高的,采用雙承臺法進行結構受力的二次轉換。
 。1)承臺梁施工工藝作法與流程:柱身穿通孔化學錨筋、樁頭鑿毛→預埋底部承臺梁主筋及避雷設施→支樁梁節點模板,澆筑接長樁混凝土→回填土,做墊層,鋪主承臺梁底模板→綁扎主承臺梁鋼筋、安放樁頂傳力筋→做柱加固插筋→支主承臺梁模板→澆筑承臺梁混凝土→拆模養護。
 。2)采用穿透柱身化學錨通筋的施工工藝,保證了梁受力主筋的斷點及平面標高的就位準確(圖5、6、7)。
 
圖5 穿透柱身化學錨通筋作法示意
1-原柱 750;2-后加固柱1100;3-鉆通孔,化學灌漿錨固;4-梁高范圍內柱身鑿毛,深10mm,以利新舊混凝土結合;5-承托梁;6-通穿柱體打孔錨主筋;7-樁
 
圖6 穿透柱身化學錨通筋施工(一)
 
圖7 穿透柱身化學錨通筋施工(二)
  為使梁柱成為一體,需在做承臺梁時將原結構混凝土柱包于梁內。這就存在一個在柱截面寬度內,梁主筋必須截斷的問題,這對承臺梁的承載能力是較嚴重的削弱。原設計方案采取了將主筋向柱內錨入的方法:沖擊鉆孔200mm 深,用化學膠漿將梁主筋錨入。雖然做到了鋼筋與柱相連,但主筋仍然是中斷的,主筋的承載能力遠沒有充分發揮出來。為加強梁柱連接的整體性,改為“穿透柱身打孔錨主筋”。施工時用沖擊鉆在柱身相應標高位置打通孔,用吹風機清孔,將承臺梁上下主筋穿進柱孔,用化學錨固膠封嚴,使鋼筋與混凝土粘牢,并做到鋼筋的完全連續,起到抬柱的“扁擔”作用。為加強柱身與梁的連接,同時將梁高范圍內柱身鑿毛,鑿深10mm,以利新舊混凝土粘結。
 。3)采用設置折線形承臺梁折點的非標準作法,保證了連續承臺梁的受力整體性。
3.4 原結構柱的加固工藝
  原結構柱需通過加固改造為新結構框架柱,其加固施工方法和操作工藝非常關鍵,在加固施工中采用了以下技術。
 。1)機械擠壓法破除混凝土耳柱,以確保主柱無損和結構的安全。
 。2)應用YJ -302混凝土界面劑,滿足柱身新舊混凝土接槎緊密的要求。
 。3)采用化學錨筋法,在柱身上錨入抗剪、抗彎鋼筋,以提高柱承載能力。為使加固后的混凝土與原結構柱緊密結合,提高摩擦力和新舊混凝土的界面抗剪切能力,經計算后確定抗剪錨筋每500mm 高設一道,每道4根。使用 25螺紋筋,錨入原柱混凝土內200mm,并用化學錨固膠塞嚴(圖8)。
 
圖8 柱身化學錨筋作法示意
1-原柱 750;2-后加固柱 1100;3-每道設4 25抗剪筋,每500mm一道,相互錯開,柱高范圍內通長布置;4-每道設8 25環向拉筋,共3道,錨入750mm;5-承托梁;6-樁
(4)采用導向支架法做柱身錨固斜筋,使錨固斜筋角度準確。
 。5)在加固托換期充分保護并利用原結構的部分構件,使原結構始終受力合理、整體穩定。
3.5 特殊條件下的土方開挖與新結構施工技術
  本工程土方開挖與結構底板的施工,關系到力傳遞方式的轉換能否安全進行和基礎托換的成敗。在施工前和施工中,我們研究并使用了如下技術,成功地克服了困難,使基礎托換工作順利完成。
 。1)土方開挖時在基樁兩側平衡同步進行,使樁基不受側壓力,確保了原結構的安全。
(2)分段開挖土方,分段做底板結構,可減少樁基暴露的時間和數量,有利于施工期內結構的整體穩定。
 。3)采用無振動分離靜爆法破除原柱基混凝土,減少了破除柱基施工對原結構的干擾和破壞。
4 實施效果
  音樂堂工程共托換原結構獨立柱24根,新做人工挖孔樁48根,綁扎鋼筋1200t ,澆筑C30混凝土6500m3,開挖土方30000m3。經現場觀測,原結構托換過程中無沉降現象,柱垂直度偏差均在規范要求范圍之內(平均1~3mm),結構整體穩定性也很好。原獨立柱基結構下已全面開挖新做地下室,新增面積達4000m2(單層深度6.5m)。上述作法在國內尚屬首例,對今后城區舊樓改造,向地下發展擴層有借鑒意義。

第三章 樹根樁加固既有建筑地基
某住宅樓為7層磚混結構,地基主要持力層為海相沉積淤泥土,不能滿足承載要求,故采用振沖碎石樁復合地基。設計碎石樁有效樁長10m,樁徑0.9m,樁距1.3~1.5m,面積置換率為30%,振沖碎石樁施工日期為1996年9~10月,共成樁418根,工程結束后于同年12月進行了單樁靜載試驗、兩樁臺和三樁臺復合地基靜載試驗,試驗結果均滿足設計要求。1997年2月上部結構開始施工,8月主體結構完工并完成部分裝修,此時建筑物實測最大沉降量已達32.4c m,最小沉降量16c m,沉降差達16.4c m,建筑物周圍道路明顯下沉,建筑物局部傾斜0.38%,整體傾斜0.45%,均超過了有關規范規定。觀測表明,建筑物仍以1~2mm/d 的速率沉降,且未趨于收斂。為此,決定對該樓基礎進行樹根樁托換加固。
1 工程地質條件
  該住宅場地位于河口三角洲堆積平原,根據勘察資料,場地地層自上而下依次為:①人工填土:主要由粘性土混塊石組成,未經壓實,層厚2.2~3.2m;②淤泥:深灰至灰黑色,飽和,呈流塑狀,含少量蠔貝殼,標貫擊數平均1擊,ES=1.5MPa ,fk=50kPa ,層厚7~10m;③沖洪積粘性土:灰白,灰黃色,濕,可塑狀,局部夾礫砂透鏡體,標貫擊數平均12擊,ES=4.6MPa ,fk=200kPa ,層厚5~10m;④軟可塑狀花崗巖殘積土:褐黃間灰白,磚紅間灰白色,濕至很濕,呈軟至可塑狀,標貫擊數平均11擊,ES=3MPa ,fk=155kPa ,層厚4~5m;⑤硬至堅硬狀花崗巖殘積土:磚紅間灰白,褐黃間灰白色,濕至很濕,呈硬至堅硬狀,標貫擊數平均28擊,ES=3.3MPa ,fk=275kPa ,鉆探時未鉆穿此層。
2 建筑物產生較大不均勻沉降的原因
2.1 部分碎石樁未穿透淤泥層
  原設計要求碎石樁長采用雙控原則,即最小有效樁長10m 和最少進入持力層0.5m(穿透淤泥層0.5m)。實際施工中樁長控制不準確,部分地段淤泥層較厚,碎石樁未穿透該層,致使地基產生不均勻沉降。
2.2 碎石樁填料量未滿足設計要求設計要求 900碎石樁填料量0.64m3/m,實際投料量為0.4m3/m,由此反算碎石樁徑僅0.7m,面積置換率僅為20%,未達到設計要求。
2.3 表層回填土的加固效果掩蓋了下臥淤泥層的強度不足復合地基壓板寬僅1.5~2.0m,載荷試驗又僅在地表填土層進行,人工填土厚度2.2~3.2m,因表層碎石樁樁徑較大,人工填土擠密效果較好,故復合地基靜載試驗結果滿足設計要求,承載力標準值達200kPa 以上(設計要求160kPa),人工土以下的淤泥層未進行復合地基靜載試驗。由于壓板尺寸偏小,人工土下面的淤泥土加固效果在靜載期間并未真實反映出來。
2.4 排水不暢,基底下人工土浸水變形建筑物基礎埋深1.35m,基底下仍有0.85~1.85m 厚人工填土,該人工土層雖經部分擠密,但由于回填時間僅3年,未完成自重固結,屬欠固結土,在外荷載和浸水作用下會產生濕陷變形。復合地基載荷試驗正值旱季,也未做浸水載荷試驗,故載荷試驗未能模擬實際工作條件,結果偏高。上部結構施工正值雨季,地面無排水措施,大量地表水浸入地基,加劇了地基變形。
3 樹根樁托換加固設計和施工
3.1 樹根樁托換加固設計根據地質資料,樹根樁樁長設計為22~24m,進入硬塑殘積土1~2m,樁徑0.15m,樁身采用C25混凝土,配筋3 14,箍筋φ6@ 100~200mm,單樁承載力180kN。根據振沖碎石樁填料量反算原復合地基承載力僅120kPa左右(設計要求160kPa),因而整座建筑物仍有20320kN 的荷載需由樹根樁來托換,經計算需布樹根樁113根。樹根樁和碎石樁與地基土構成新的復合地基共同工作,達到新的平衡。
3.2 加強樹根樁與原基礎連接的措施
 。1)樹根樁壓漿完畢后,在樁頂(混凝土基礎底板下)1m 范圍內用花管進行二次注漿,以增大樁身上部直徑。
 。2)在混凝土基礎梁頂面(370mm 磚墻上)鑿40c m×40c m 孔洞,現澆混凝土托梁橫穿磚墻并與樁頂連接,把樁分擔荷載傳至承重磚墻上。
3.3 樹根樁的施工施工設備采用工程地質鉆機,由于是室內施工,房間凈高僅3.0m,原鉆機三角架經改造后才滿足室內施工要求,主鉆桿和鉆桿均加工成1~2m長,注漿泵采用BW120型泥漿泵,開孔采用金剛石鉆頭,鉆穿混凝土底板后改用合金鉆頭,鉆至設計深度后空轉鉆機30mi n 洗孔,直至孔口返出清水為止,然后分段安放鋼筋籠并焊接,注漿管(采用優質塑料管)綁在籠筋內一并放入孔內,注漿管下端用膠布封住,以防泥砂堵塞。注漿管和鋼筋籠安放完畢后,將干凈的粒徑5~10mm 礫石緩緩投入孔內并輕擊籠筋。在充填石子的同時,應保證注漿管不停地注入清水。石子充填完畢并清洗干凈后,立即壓入制備好的水泥漿(水灰比0.5~0.6,由425號普通硅酸鹽水泥制成),待孔口溢出新鮮水泥漿后停止注漿,停歇30min 后,重新插入注漿花管,在基底下1m 范圍內二次注漿。
4 加固效果
  加固工程從1997年8月29日開工,歷時2個月,完成樹根樁的托換加固,施工期間每7d 沉降觀測1次,從開工到10月18日,建筑物的沉降已明顯收斂,7個觀測點的沉降速率分別由1~2mm/d 下降至0.07~0.2mm/d。加固工程結束后,連續觀測12個月,結果表明,建筑物已明顯趨于穩定。
5 結論
 。1)振沖碎石樁加固深厚淤泥土層應慎重采用,如設計考慮不周或施工控制不嚴都可能造成不良后果。
 。2)采用強配筋、壓力注漿施工的樹根樁,具有較高承載力,可承受壓力、拉力和水平力。其施工噪聲小,占用空間少,設備靈活方便,可在室內外施工,施工過程中不改變原建筑物的靜力平衡狀態。

第四章 框架脫離法加層
某電池廠密閉拌粉樓原為四層磚砌體結構房屋,平面尺寸為10m×8m,各層層高均為3.5m,房屋總高度為14m(圖1)。該拌粉樓建于50年代初期,現已無法提供任何設計圖紙和施工記錄。
 
圖1 原房屋平面圖
  原有房屋為磚墻承重,240mm 厚眠墻到頂,壁柱尺寸為370mm×120mm,現澆鋼筋混凝土梁板樓屋蓋結構。磚砌體砂漿強度等級估計為M2.5,磚的強度等級估計為MU7.5。經現場開挖地坑探察,原磚墻基礎深為700mm,大放腳三級六皮,基底寬750mm,磚基礎砂漿強度等級約為M2.5~5.0,磚強度等級約MU7.5。地基為可塑粉質粘土層,地耐力約為220kN/m2。為適應技術改造的需要,該廠決定在原建筑物上再增加一層(層高3.5m),加層后房屋總高度達到17.5m。各層的荷載標準值:二層和三層樓面40kN;四層和五層樓蓋60kN。以上荷載均集中作用在各層樓蓋中央直徑為1200mm 的范圍內,原有樓層荷載已作用在其上。各層樓蓋的均布活載按1.5kN/m2考慮。
1 加層方案選擇
  本房屋若采用直接加層的方案,符合剛性方案房屋的各項規定,只要墻體受壓強度和地基強度計算能夠滿足設計要求,方案是可行的,且比較經濟,但若按磚MU7.5、砂漿M2.5計算,砌體受壓強度與局部受壓強度很難滿足設計要求,同時地基強度計算也很難通過。由于原房屋沒有設計資料和施工記錄,且施工質量較差,磚墻強度無法準確確定,其安全度很難保證,故直接加層方案可靠度概率低,風險大。
  通過以上分析,決定采用框架脫離法加層的施工方案。具體作法是將原有屋頂全部拆除,更換為第五層現澆混凝土梁板樓蓋結構;新增的第五層樓蓋、第五層墻體及屋蓋結構均由新增現澆混凝土框架承受,F澆框架從基礎開始一直到頂,與原有房屋結構均完全脫離,即新老結構間采用柔性材料嵌縫,不與原結構有任何剛性連接,新增框架配筋由計算確定。
2 框架脫離法加層的作法及特點
 。1)原有房屋雖無設計資料和施工記錄,但已投產使用30多年,可認為原結構在原有使用荷載作用下是安全可靠的,同時屋頂荷載去掉后,用新增第五層樓蓋代替,而該樓蓋荷載已轉移給新增框架承擔,減輕了原有房屋的荷載,故更為安全。但應增設一道圈梁,以保證原該層墻的整體剛度。
 。2)新增框架平面圖見圖2。新增框架從基礎開始便與原房屋結構不做任何剛性連接,采用柔性材料嵌縫(圖3),第五層樓面從框架柱上挑出牛腿,框架梁支承在牛腿上并與牛腿混凝土一起整澆。梁下與原房屋墻體留脫離縫,用柔性材料嵌縫,第五層墻體支承在框架梁上,實現完全脫離(圖4)。第五層墻面風荷載由框架承擔。新老結構的變形互不影響,受力清楚,分工明確,計算簡單,安全可靠。
 
圖2 第五層框架結構平面
 
圖3 框架梁柱與原結構連接構造
 
圖4 新老墻體脫離構造
 。3)框架采用獨立柱基礎,為不影響原有磚墻基礎的整體性和強度,在原有大放腳兩邊挖基坑,澆筑混凝土基礎,基礎與原大放腳離開50~100mm,再用肩梁穿墻而過,兩邊與混凝土基礎一起整澆,肩梁與墻體間留出60mm 寬隔離縫,框架柱再支承在肩梁上(圖5)。
 
圖5 基礎平面圖
 。4)采用內框架結構形式,便于原現澆樓蓋打孔,且可不搭設外腳手架,利用樓梯間采用人工運輸材料,也可利用原提升井或者外窗口采用機械提升,不受氣候影響,施工方便。
3 注意事項
 。1)新老結構間的縫中不得有硬塊,必須保證用柔性材料嵌縫。
 。2)基礎施工時,肩梁穿墻應嚴格按所需尺寸控制,不得隨意加大穿墻尺寸。
 。3)原有現澆樓板打孔時,應嚴格控制所需尺寸,不得隨意加大孔洞尺寸,以免影響原有樓板的安全。
 。4)應確;炷潦┕べ|量,嚴格按施工規范進行施工。

第五章 混凝土構件粘鋼加固
混凝土構件粘鋼加固中,可靠有效的粘結錨固是保證加固鋼板與混凝土共同工作的前提條件!痘炷两Y構加固技術規范》(CECS 25∶90)中,垂直粘貼鋼板承載力計算時,鋼板采用并聯U形箍板,箍板上端粘貼水平橫板,但沒有說明橫板與豎板間的連接方式。采用U 形箍板能使兩側箍板連為一體,整體性好,但實際施工中應用不便:一是加工成型困難;二是底部兩端轉角為圓弧過渡,很難使兩側箍板與底部鋼板同時與梁截面結合密實;三是實際工程中,不同位置梁的截面尺寸存在一定的誤差和差異,事先加工的U 形箍板很難處處適合梁截面;四是U 形箍板從梁底部套上時,由于箍板與梁截面尺寸基本相同,箍板上的結構膠易被刮掉,膠層厚度不易保證。
  實際工程中也有采用斜向粘貼鋼板的方式,使加固鋼板與斜裂縫方向垂直,有關單位也進行過類似的試驗。斜粘鋼板時,鋼板與梁軸線有一夾角,不可能采用整體U 形箍板形式。為確定斜粘鋼板時合理的粘貼和錨固方式,保證粘鋼加固效果,分別進行了不同形式和連接方式的錨固試驗,以確定一種既可靠又易于施工的錨固方案。
  試驗梁截面b×h =120mm×200mm,跨度l =1800mm,受拉鋼筋3 18,受壓鋼筋2 16,箍筋φ6@ 150mm,混凝土強度等級C25。試驗采用兩點集中荷載,剪跨比λ=2.0。試驗分卸荷加固和不卸荷加固兩種情況。加固鋼板寬度20mm,厚度3mm。
1 梁側面斜粘鋼板
  在梁側面直接斜粘鋼板,該方法比較簡單,是一般試驗時采用的方法,所見資料中曾有兩個單位在試驗研究中均采用此方法。
  試驗中,先加荷至混凝土梁出現斜裂縫,寬度控制在0.2mm 以內,卸荷后在梁兩側面各粘兩條鋼板,所粘鋼板與斜裂縫垂直,待結構膠固化后進行加荷試驗(圖1)。當加荷至原試驗梁卸荷粘鋼板荷載級時,膠層開始拉脫,鋼板上部崩出,失去加固作用。梁兩側粘貼三條鋼板的試驗結果也基本相同,梁破壞荷載與對比梁(未粘鋼梁)相差無幾。從實測鋼板應力來看,最大值為130MPa ,其他單位的試驗實測鋼板應力為100~200MPa ,說明鋼板拉脫時應力較低,加固鋼板的作用未充分發揮,屬錨固破壞。
 
圖1 梁側斜粘鋼板
  造成上述現象的原因,一是鋼板的一端與斜裂縫相距較短,錨固長度不夠,膠層與混凝土粘結面的粘結應力超過混凝土面層的抗剪強度,混凝土面層被破壞,鋼板承載力喪失;二是這種拉脫是不可避免的,因鋼板距裂縫較短的一端,錨固長度雖稍短,但相對剛度卻較大,不利于鋼板與混凝土變形的協調,此端鋼板往往先被拉脫。鋼板膠層的拉脫不是沿梁表面的滑移拉脫,而是伴隨喀嚓聲響從混凝土表面的崩脫,試驗及分析說明這種粘鋼方法不能提供足夠的有效錨固長度,須設法增加斜粘鋼板兩端的錨固。
2 上橫板與斜板連接、斜板底端螺栓連接
  為增加斜粘鋼板的錨固長度,在梁側面上部橫貼一條鋼板,寬度與斜向鋼板相同,斜鋼板底端鉆孔,在梁底部用螺栓擰緊(圖2)。
 
圖2 斜板上端與橫板連接,下端螺栓連接
2.1 上橫板與斜板間膠結,面上附粘一條鋼板
  當加荷至混凝土梁破壞荷載的85%左右,附粘鋼板與上橫板膠結處開始崩脫,其原因與斜粘鋼板時相同,特別是橫粘一條鋼板后,裂縫上端的斜板長度更短,更易崩脫,斜板與橫板間的粘結應力不足以有效阻止斜板沿交接面外法線方向向外崩脫。
2.2 上橫板與斜板間焊接
  上橫板與斜板間先焊接后再粘貼,斜板與梁軸線夾角為45°。這種連接方式使板形成整體,有效地增加了鋼板上端的錨固。
2.3 斜板下端螺栓連接
  試驗結果表明:斜板下端采用螺栓連接時,螺栓加力的大小對錨固效果產生影響,且不易控制。較松時錨固得不到保證,膠層易拉脫;較緊時,梁破壞時膠層與混凝土面層依然開裂,只是不向外崩脫。這種連接的試驗梁抗剪承載力比對比梁有所提高,但效果不很顯著。另外,采用螺栓加力錨固,實際工程中很難應用,因為斜粘鋼板需伸出梁底才能鉆孔加穿螺栓,會相應降低建筑物的凈空,影響外觀,螺栓的加工需有相應的設備,且加工費用較高,因此不宜采用。
3 斜板與上下水平橫板焊接
  如圖3所示,斜板與上橫板焊接后粘貼,有效地增加了上端鋼板的錨固。關于能否用斜板下端與水平橫板焊接后再粘貼來解決下端鋼板的錨固問題,試驗結果表明:斜板下端與橫板焊接后粘貼于梁側面,確能增加鋼板下端的錨固長度,提高承載能力,但斜截面的破壞形式與一般的剪切破壞不同,梁底面出現幾條水平斜向相交的裂縫,將梁底面分割為幾塊,梁破壞時,此裂縫向混凝土內發展較深,裂縫較寬,梁底兩側最外邊混凝土沿下橫板剝落。
 
圖3 斜板上下與橫板連接
  梁出現的這種裂縫形式與下端粘貼水平橫板有關。水平粘貼橫板主要起兩個作用:一是使各斜板成為一個整體,二是改變混凝土梁剪力的傳遞模式,斜板承受的剪力通過橫板轉移為橫板與混凝土表面的粘結應力來平衡,轉移了豎向剪力,間接增加了斜板的錨固長度。由于橫板與斜板有一夾角,橫板表面必然受有水平向的粘結應力。梁底部混凝土處于受拉區,混凝土表面的水平粘結應力分力使混凝土受拉,易造成開裂,且更易貫通梁底面。橫板與混凝土表面粘結應力并非均勻分布,隨著荷載的增加,應力峰值逐漸向兩端移動,底部與橫板粘結部分混凝土的裂縫也逐漸沿橫板方向延伸,并由梁底兩邊緣向梁底中部發展,與橫向的彎剪裂縫相交,將底部混凝土分割為幾塊。
  采用下端焊接水平橫板,雖能提高抗剪承載力,但因受力特性發生變化,使混凝土梁破壞更具脆性和突然性。由于加固鋼板未能形成一個“箍”,中斷了橫截面剪力的傳遞路徑,剪力不能有效流動而形成“剪力流”,因此加固鋼板下端不宜采用這種方式。
4 上橫板與斜板焊接,斜板下部加短肢鋼板,梁底用結構膠粘接
  為增強斜板下部的錨固,斜板下部須與梁底面連接,使其變形與梁的變形相協調;炷两Y構加固技術規范中垂直粘貼鋼板采用的是U 形箍,雖存在一些不足,但在底部與梁底連接在一起,使加固鋼板形成整體。借鑒此法,可在斜板底端焊接一個短肢,使加固鋼板成為L 形,兩個L 形短肢在梁底用結構膠粘接,形成斜向U 形箍板(圖4)。這種錨固和粘貼方法,易于在工程中使用,兩側鋼板與梁側面、底面粘貼緊密,膠層厚度易于保證,且易適應梁截面尺寸的差異,因此既有箍板的優點,又克服了整體粘貼時的不足。加固梁破壞時,梁底搭接短肢鋼板的實測應力很小,說明其具有足夠的錨固保證。這種粘鋼形式的梁抗剪承載力的提高程度是各種粘鋼形式中最大的一種。
 
圖4 斜板上端與橫板焊接,下端焊短肢在梁底粘結
5 關于上橫板的長度問題
5.1 受力分析
  斜板上端焊接的橫板,能有效地防止斜板上端崩脫,增強斜板的錨固,使各斜板的受力更均勻,整體性更好。但橫板粘于梁兩側頂部混凝土受壓區,梁頂混凝土在壓應力作用下,會側向膨脹,同時降低了混凝土在其切線方向上的抗拉強度。在粘鋼的彎剪梁段,沿梁軸線方向各截面的壓應力并不相同,受壓區混凝土向外的膨脹程度也不相同。粘貼于此混凝土表面的橫板變形也與之相適應,橫板左右兩端向外膨脹的程度也不一樣,使橫板產生垂直梁側面向外的附加應力。斜裂縫的出現,使加荷端的梁截面上部受壓面積減小,壓應力增大,使側向的混凝土抗拉強度降低更多,所以靠近梁中部的一端橫板更容易被拉脫。
  梁的撓度變化也對上橫板的受力產生影響,橫截面變形的同時,梁沿縱軸線方向有撓度產生。橫板兩端的撓度差,按彈性力學計算時相差約7倍。若臨界斜裂縫形成后,梁截面的剛度發生變化,靠近加荷端的剛度更小。同時鋼板的寬度一般為厚度的幾倍至幾十倍,側面粘貼時其剛度(EI)為水平粘貼時的寬度與厚度比值的平方倍,鋼板變“硬”許多,與混凝土梁的撓度變形不易保持一致,產生平行梁側面的附加應力,這在靠近加荷點的橫板端更為突出,使該處很易拉脫。
5.2 上橫板的建議長度
  由上橫板的受力分析及試驗結果可知:只有當橫板與梁的變形差產生的應力不致使膠層或混凝土表面發生破壞,橫板和梁混凝土才能完好地粘結在一起。一旦差異過大,就會發生錨固破壞,加固鋼板失去作用。若橫板長度過短,橫板與混凝土間的粘結力過小,所提供的承載力不能平衡由于粘鋼加固后梁提高的承載力部分,使橫板過早地崩脫;若橫板長度過長,由于兩端變形差值的增大,使靠近加荷點端部的錨固成為一個薄弱點,特別是靠近加載點的一端不能與斜裂縫上段相交、進入加載點附近混凝土剪壓破壞的范圍,否則將引起端部的錨固提前破壞。在垂直和斜向粘鋼板的試驗中均出現過上述兩種情況,也說明橫板長度取值是加固中的一個值得注意的問題。
  從橫板的受力分析中看出,橫板的錨固是一個很關鍵和復雜的問題。對于一般實際需要加固的混凝土梁,可根據需要加固鋼板貢獻的承載力VS、加固后梁的撓度曲線f(x)、粘結面混凝土的抗剪強度、橫板可能提供的粘結長度,計算出橫板的粘結應力q(x),由此計算出橫板能提供的粘結力 ,與VS 進行比較,觀察橫板的錨固是否滿足要求。但公式和計算比較繁復,通過試驗結果和理論分析計算,在加固梁剪壓破壞情況下,橫板長度L 取值建議按下式確定:0.7λh0≤L≤0.8λh0
6 實際工程應用中的措施
  實際工程中的混凝土梁斜截面粘鋼加固,無論是垂直粘鋼板還是斜向粘鋼板,所粘鋼板處的混凝土表面處理尤為重要,要將混凝土表面的浮層去除。對于舊結構物,混凝土表面的腐蝕層要進行處理,粘鋼面要求平整,且清洗干凈。為使上橫板具有可靠的錨固,可在橫板兩端埋置膨脹螺栓,將橫板固定壓緊,以增強橫板與混凝土的粘結和錨固。

第六章 結構加固補強處理
  某綜合樓為8層混凝土框架結構,樁基礎,主梁間距3.6m,跨度6m,一端懸挑2m;次梁間距2m,跨度3.6m,混凝土板厚10c m,于1992年8月竣工。在使用過程中,發現部分混凝土梁板裂縫,屋面漏水,且裂縫有繼續發展的趨勢。經檢測,本工程樓板厚度和混凝土強度均未達到設計要求,建筑物沉降雖基本穩定,但在 軸線上④、⑧軸和 軸線上 軸柱位上仍有較大沉降,其沉降量為4.5~8.1mm,經原設計單位復核驗算,該工程梁板裂縫產生的主要原因在于基礎不均勻沉降,且大部分梁板構件均未滿足設計及使用要求,須進行加固補強處理。
1 加固方案設計與選擇
  根據裂縫情況、檢測報告及觀測數據,提出4種加固補強方案(表1)。
表1 結構加固補強方案對照
加固方案 造價(萬元) 主要優缺點
①裂縫灌縫,屋面及樓面板加疊合層處理 112.00 施工簡便,但自重增大1t/m2,基礎沉降尚待觀測處理
②裂縫灌縫,梁板噴射混凝土并粘碳纖維,樹根樁基礎處理 102.60 施工方便,但檢測鑒定混凝土梁、板工作復雜,準確性較差
③裂縫灌縫,梁、板噴射混凝土,屋面板疊合層處理 37-00 造價低,施工方便,但須繼續觀測梁、板、基礎的變化情況,隨時處理
④基礎處理,裂縫灌縫,板底次梁間加小梁,屋面疊合層處理,底層抗震加固 54-28 加固較全面、合理,但次梁間距加密,施工稍麻煩
  經分析研究認為:方案④較合理,且費用適中。
2 補強加固設計
2.1 基礎加固設計
  根據沉降觀測報告資料,在 軸線上 軸柱位、 軸線上④軸和⑧軸柱位有較大沉降,沉降量為4.5~8.1mm。對此,采用 400鉆孔灌注樁加錨筋式承臺對原樁位進行加固,樁長15m,單樁設計承載力為350kN,錨筋式承臺厚1100mm,混凝土強度等級均為C25,其具體構造如圖1所示。
 
圖1 基礎加固方案
1-TN 膠錨固;2-界面鑿毛;3-原樁;4-新增 400鉆孔灌注樁
2.2 混凝土板加固設計
 。1)對寬度≥0.3mm 的裂縫采用壓力灌注改性環氧樹脂漿液粘合封閉。
 。2)在3~8層樓板板底面原次梁之間增設截面為180mm×300mm 的C25混凝土次梁,新增次梁端部與主梁兩側面各粘貼2道5mm 厚、50mm寬的U 形鋼板箍,用TN 膠粘貼,其具體構造如圖2所示。
 
圖2 新增次梁與主梁的連接
 。3)在原屋面板上增加C25疊合層,厚50mm,疊合層上面新增2mm 厚聚氨酯防水層和混凝土架空隔熱板層,板厚35mm。
2.3 大梁加固補強設計
  對一根強度未滿足設計要求的大梁底部和側面裂縫(寬度≥0.3mm)采用改性環氧樹脂漿液壓力灌漿粘合封閉,并用TN 膠粘貼兩道寬50mm、厚5mm 的鋼板,鋼板長1.6~2m。
3 抗震加固補強設計
  在結構補強加固的同時,為進一步改善混凝土框架結構的抗震性能,決定從基礎承臺面至2層地坪面區段增設外套圈梁、柱框架,其構造見圖3。
 
圖3 抗震加固措施
4 補強加固施工及驗收
  加固工程于1998年3月中旬開始施工,根據擬定的工藝工序和要求,按先基礎和屋面加固,后樓層梁、板裂縫及增設次梁施工的原則逐步實施。對新舊混凝土構件連接面,采用鑿毛→清洗→刷LB 界面劑和TN 膠錨筋處理。在基礎鉆孔灌注樁和錨筋式承臺施工中,對構件尺寸、規格、數量、質量等項要求嚴格。在裂縫灌漿和TN 膠粘貼鋼板箍和鋼板的施工過程中,對板面清理、TN 膠的質量和施工工藝的要求明確,檢查嚴格,并及時做好隱蔽記錄和技術歸檔工作。同時每半月定期進行沉降觀測。累計工程造價達54.39萬元,經設計、質監、建設、施工、檢測等單位檢查,加固質量合格,能滿足正常使用要求。
第七章 多層磚混辦公樓縱向平移
  辦公樓建成于1996年。樓長60m,寬11.6m,建筑面積約1700m2,總重量約2500t ,磚混結構,混凝土條形基礎,縱橫墻連接部位均設構造柱,層層設圈梁,整體性較強.
  樓體平面呈L 形(圖1),拐出部分為4層,端部設有室外樓梯。因城區改造,建筑物東部占據新規劃道路8.5m。東半部分(①~⑦軸)為四層,全部為大開間,若拆除后重建,勢必破壞其整體設計效果,原裝修部分損失更大,故決定采用平移技術,以滿足道路建設需要。
 
圖1 總平面圖
1 施工方案
1.1 新舊基礎處理
 。1)制作平移后房屋新基礎。
 。2)挖去原基礎兩側的填土,暴露全部基礎,準備制作下軌道梁。
1.2 上下軌道梁及行走機構制作
 。1)在原縱墻基礎兩側底部各澆筑混凝土梁(圖2),作為下軌道梁(XGL)。下軌道梁一直延伸到新基礎位置。
 
圖2 SGL、XGL、DL 及滾軸示意
1-上軌道梁SGL;2-連系梁DL;3-6 12;4-φ6@ 200;5-2 12;6- 60滾軸;7-下軌道梁XGL;8-φ8@200;9-2 12;10-4 12;11-墻體截斷位置;12-拉桿錨固梁
 。2)待下軌道梁達到一定強度后,在下軌道梁上安裝行走機構(滾軸、敷設鋼板等)。
 。3)在行走機構之上的墻體外皮的兩側,支模制作兩根鋼筋混凝土梁,作為上軌道梁(SGL)。
 。4)待上軌道梁混凝土達到一定強度后,在上下軌道梁間適當位置把房屋上部結構與原基礎分段切斷。上部結構脫離原基礎后,切開的上部結構重量便通過滾軸支撐在下軌道梁上。
 。5)制作橫墻托梁(TL),待所有上軌道梁混凝土達到設計強度標準值后,切斷橫墻托梁(TL)下墻體與基礎的連接。
1.3 平移方案
 。1)設置水平力施加機構,包括布置千斤頂,安裝拉桿,布置結構上的加載點。
 。2)施加水平力,將建筑物移至新基礎上。
 。3)將建筑物上部與新基礎連接起來,平移即告結束。
2 新舊基礎處理
  在房屋需要移到的終點位置,根據地質情況,按原基礎平面形式制作新基礎(包括平移過程中的縱墻基礎,平移后縱墻和橫墻基礎)。
  原基礎處理主要針對縱墻基礎而言。建筑物原設計為橫墻承重,施加水平力前,豎向荷載的傳遞路徑為橫墻→橫墻托梁(TL)→上軌道梁(SGL)→滾軸→下軌道梁(XGL)傳至縱墻基礎。因此,應加寬薄弱部位的基礎。
3 上下軌道梁
  上軌道梁(SGL)為夾住墻體的兩條平行的矩形托梁(200mm×500mm),沿梁的長度方向上每隔1000~1300mm 設置一條連系梁(DL),形成了獨特的Π形斷面,可確保上部荷載可靠傳至其上。同時,為使SGL 與所夾的墻體有良好的粘接,支模前將所夾墻體的表層剔除5~10mm。
  下軌道梁(XGL)直接坐落于基礎之上,與縱向基礎混凝土澆筑在一起,上下軌道梁布置如圖3所示。
 
圖3 上下軌道梁布置
  沿 、 軸設有兩條軌道梁。對應凸出部位設軌道梁( ~ 軸)四條。為加強凸出部分( 、 和 、 軸間)上軌道梁平面內的剛度,使傳力捷近(水平推力盡可能傳至 、 軸上軌道梁),在凸出部分的室內(外)設置斜向連系梁(LL),以加強凸出房間平面剛度。
4 平移施工
  當房屋從原基礎上脫離后,整棟樓房就支承在上下軌道梁間的滾軸上。在上軌道梁上均勻施加足以克服上下軌道梁間滾軸的滾動摩擦力的水平推力,房屋即可水平移動。行走體系應考慮滾軸的強度(變形)和間距、上下軌道梁的平整度和水平力施加機構等因素。
  選用壁厚5mm 的 60無縫鋼管,長150mm,內填1∶3水泥砂漿(摻入定量減水劑及膨脹劑)。滾軸設計強度取值為100kN,最大徑向容許變形0.6~0.7mm。 軸軌道滾軸間距為200mm, 軸為250mm, 軸為300mm, 軸為250mm。
  沿上下軌道梁敷設200mm 寬的3mm 厚鋼帶。上軌道梁底鋼帶兼做模板,下軌道梁頂用砂漿找平后干鋪鋼帶。
  千斤頂直接推動上軌道梁外伸牛腿,水平力通過型鋼焊制的反力架和225平行鋼筋拉桿傳至基礎。
  根據樓層變化和荷載的分布情況,沿主軌道兩側布置了26只千斤頂(12只32t 及14只20t 千斤頂),最大推力為664kN,實際推力只有65%左右,約為上部荷重的1/6。
  房屋平移到位后,在新基礎與房屋上部結構之間及上下軌道梁間澆筑細石混凝土,將上下軌道梁之間的滾軸埋于梁內。
  本工程從動工至平移就位共歷時70d ,其中平移施工僅8d ,平移速度最快達2.5m/d ,施工期間二樓以上照常工作。
第八章 房屋加固改造中的錨接技術
  大學(西區)第二、第三教學大樓是50年代修建的磚混結構4層房屋,其抗震設防烈度已不能滿足新的規范要求,于是在90年代初先后對這兩幢教學大樓進行了加固改造。為與第一教學大樓對稱呼應,決定采用內加固,取消水平圈梁的加固方法,用增加構造柱、磚柱、磚墻和水平鋼拉桿的方法來增強和調節豎直和水平方向的受力。為此須將新增加的構造柱、磚柱、磚墻與原房屋的墻、柱、梁、板連接在一起。本文結合工程實際情況介紹幾種典型的實用的錨接方法。
1 新磚柱與舊磚墻的錨接
  門廳外墻面增設4根磚柱。其連接形式是每500mm 用12的U 形鋼螺栓連接(圖1)。施工程序:拆除舊磚墻面層并清理干凈→鑿深40mm 掩埋螺帽及鋼墊板的方形坑→用沖擊電鉆在舊磚墻內鉆 25錨孔→用高壓水沖洗錨孔→安裝 12U 形鋼螺栓→用1∶3水泥砂漿填實錨孔→砌磚柱→墻、柱表面裝飾抹灰。
 
圖1 新磚柱與舊磚墻錨接1-舊磚墻;2-新磚柱;3-U形鋼螺栓;4-鋼墊板;5-螺帽
2 構造柱與舊磚墻的錨接
  為避免影響房屋使用空間,構造柱一般布置在墻的陰角處。但由于教室面積較大,構造柱不能全部設在陰角處,構造柱與舊磚墻的錨接均按每500mm 用12帶直彎鉤的鋼螺栓連接(圖2~圖5)。
 
圖2 陰角(Ⅰ)構造柱與舊磚墻錨接
1-舊磚墻;2-新增構造柱;3-帶螺栓的鋼錨桿;4-鋼墊板;5-螺帽
 
圖3 陰角(Ⅱ)構造柱與舊磚墻錨接1-舊磚墻;2-新增構造柱;
3-帶螺栓的鋼錨桿;4-鋼墊板;5-螺帽
 
圖4 陰角(Ⅲ)構造柱與舊磚墻錨接1-舊磚墻;2-新增構造柱;
3-帶螺栓的鋼錨桿;4-鋼墊板;5-螺帽
 
圖5 房間邊墻中部構造柱與舊磚墻錨接1-舊磚墻;2-新增構造柱;
3-變形的U形鋼螺栓;4-鋼墊板;5-螺帽
  施工程序:拆除舊磚墻面層并清理干凈→鑿深40mm 掩埋鋼墊板及螺帽的方形坑→用沖擊電鉆在舊磚墻內鉆 25錨孔→用高壓水沖冼錨孔→安裝 12鋼錨桿→用1∶3水泥砂漿填實錨孔→安裝構造柱鋼筋→澆筑鋼筋混凝土構造柱→墻、柱表面裝飾抹灰。
3 構造柱與構造柱的錨接
3.1 在房屋的跨度方向
  在每層房屋的樓板下緣用18鋼拉桿連接。鋼拉桿兩端制成帶直角的彎鉤伸入構造柱內;在鋼拉桿的中間則用花籃螺栓連接,以此調節水平受力并方便施工(圖6)。
 
圖6 房屋跨度方向構造柱與構造柱錨接
1-構造柱;2-鋼拉桿;3-花籃螺栓
3.2 在房屋的陰角處
  在同一位置兩墻垂直相交處,構造柱分布在兩個相背的陰角,為發揮同等的受力效果,須將其錨接在一起。錨接方法是沿柱每500mm 用 12鋼錨桿連接(圖7)。其施工程序與本文構造柱與舊磚墻錨接方法大致相同,且是同時進行。
 
圖7 陰角處構造柱與構造柱錨接
1-舊磚墻;2-構造柱;3-鋼錨桿
4 構造柱與舊梁的錨接
  在房屋結構中,構造柱和梁都是承受荷載的構件,增加構造柱就是為了增強房屋的承載能力。所以構造柱在豎向貫通的過程中就必須與梁交叉(讓梁上荷載傳遞給柱)。本工程同時采用焊接生筋法和“柱包梁”法。
4.1 焊接生筋法焊接生筋法是在構造柱與舊梁垂直交叉處把構造柱的鋼筋與梁的鋼筋焊接在一起(圖8)。其施工程序:拆除舊梁保護層,直到露出梁的上下緣水平受力主筋→搭焊構造柱與梁的受力鋼筋。
4.2 “柱包梁”法焊接生筋以后,由于構造柱貫通方向在舊梁內仍沒有受力鋼筋,這在理論上是行不通的。為此在構造柱與梁的交接處采用了“柱包梁”的方法。即把構造柱放大,讓構造柱內的受力鋼筋沿舊梁截面兩邊“繞行”,將舊梁包在構造柱內(圖8)。
 
圖8 構造柱與梁的錨接1-舊梁;2-新加構造柱;3-舊梁主筋;4-焊接點;
5-構造柱主筋;6-水平焊接短筋;7-“繞行”主筋;8-混凝土保護層
  具體施工程序:將舊梁表面鑿毛并清理干凈→安裝構造柱鋼筋→焊接構造柱中“繞行”主筋→焊接柱與梁的主筋(與前述焊接生筋的過程相同)→焊接“繞行”受力鋼筋上的水平短筋→澆筑構造柱混凝土→梁、柱表面裝飾抹灰。
第九章 承重砌體置換
  某學生宿舍,原為三層砌體混合結構,80年代加建二層。加建部分采用加氣混凝土砌塊,建筑物長72.368m,跨度14.84m,中間走廊,層高3.8m,縱墻承重。經幾年使用,發現第四層砌體嚴重開裂,外墻外張,抹灰層起鼓、開裂脫落。加固維修中,采用同層鋼管支護,千斤頂固定,分段置換的施工技術,收到了投資少、施工快、安全可靠的效果。
1 內墻置換方案
1.1 分段置換
  以中部樓梯為中心,以中間走廊為界線,把兩道內承重縱墻分成四段(圖1)。置換按ⅠⅡⅢⅣ段順序進行,以避免施工期間建筑物整體剛度破壞,也可使支頂材料得到周轉使用。
 
圖1 內墻置換施工段劃分
1.2 本層支頂
  置換層本層支頂的作法是沿本層內墻每隔1.5m 上下鑿孔,在靠地面的孔內安裝預制混凝土墊塊,底面坐漿,上面的孔在樓蓋圈梁下皮開鑿,在上下孔內均安放1000mm 長的14號工字鋼,兩邊挑出墻皮375mm,在兩個工字鋼的懸臂端安裝 100×6鋼管支柱(鋼管支柱根據上部傳來的荷重按中心受壓桿計算)。用鐵楔將柱頂鋼梁與圈梁頂實(圖2)。
 
圖2 支頂構造大樣1-原混凝土圈梁;2-用楔鐵打緊,空隙大時可加鋼板墊塊;3-14號工字鋼,l=1000;4-鑿孔,250×200×200;5-安裝螺栓2M16現場確定位置;6-支柱100×6,l =2950;7-鑿孔,250×100×100;8-安裝螺栓M16,鉆 18孔;9-拉結角鋼E63×5,l =690;10-連接件焊于支柱上,E63×5,l =100;11-支頂可靠后拆除原砌體,換成MU10,M7.5混合砂漿砌體;12-加勁肋-8×50×200;13-支柱底板-10×200×200;14-傳力板-15×200×200焊在14號工字鋼上;15-鑿孔250×300×300(b×h×l);16-木楔寬100~150;17-預制混凝土塊,坐漿10厚,250×150×300(b×h×l)
1.3 原砌體拆除及重砌待一個施工段支頂完畢即可拆除原砌體,砌筑代換砌體,砌至距圈梁下皮180mm 時,在縱向兩支柱間加設新舊砌體傳力機構,即用兩塊槽鋼肢尖相扣,中間放置千斤頂頂牢(宜使千斤頂的壓力讀數與上部墻段傳來的荷重一致)。為避免構件之間的傳力損失,可使千斤頂的壓力值提高10%~20%。而后用與槽鋼肢等厚的鋼板焊接兩槽鋼上下肢,最后撤出千斤頂(圖3)。
 
圖3 新舊砌體傳力措施
1.4 混凝土澆筑待新舊砌體間的傳力機構起作用后,即可拆除臨時鋼管支柱和上下工字鋼梁,周轉到下一流水段使用。在新舊墻體間的空隙處兩側支模,用埋在新砌體中的8號鐵絲緊固,并將其中任意側模板傾斜,以便澆筑混凝土(宜采用膨脹混凝土),傳力機構埋入其內,待混凝土初凝后拆除傾斜的一側模板,剔除多余部分混凝土。
2 外墻置換方案
  外墻的置換作法與內墻置換相同,關鍵是如何搭設外腳手架的問題。我們在施工時應用了懸挑扣件鋼管腳手架,三角支架沿外墻每隔1.5m設一個,三角支架的斜桿通過驗算確定,并采取拉結措施,保證斜桿不產生側移,具體作法如圖4所示。腳手架搭設完畢,在置換層外墻樓地面上皮和該層圈梁下皮分別鑿孔(間距1500mm),底部孔內坐漿安放混凝土墊塊,墊塊上安裝14號工字鋼梁(兩端各伸臂375mm),在鋼梁兩懸挑端上,沿外墻內外側各安裝1根 100×6鋼管支柱,以便將上部荷載可靠地傳遞到下層外墻砌體。為減少外墻鑿孔數量,安裝承托鋼管支柱的工字鋼梁的孔應與腳手架水平管的穿墻孔合一,并在腳手板上用木楔臨時固定混凝土墊塊上的工字鋼梁。
 
圖4 懸挑扣件鋼管腳手架 
第十章 地下臨時支護靜態爆破拆除
  因施工工藝要求需將一排施工臨時支護立柱及頂梁等結構拆除。該結構位于地下6~15m 處,系密集鋼筋混凝土結構,混凝土強度等級C30。隨著永久支護拱頂和支柱的完成,需要在50d 內將臨時支柱和頂梁部分拆除。拆除量約1500m3,該結構物已與地下結構的支撐部分分離,僅有立柱與車道地基相連,拆除部分距最近的永久結構鋼立柱相距約2m。
1 拆除方案
  采用靜態爆破拆除方案,即在立柱和橫梁上均勻布置炮孔,使此部分由上向下逐段由西向東充分破碎,必要情況下用機械人工法進行預拆除,最后割斷鋼筋,清理殘余部分及渣土。
  為了加快工程進度,可根據整個車站建設工程進度安排,采取與其他工序平行作業的方式打眼,然后分段集中放炮,出渣工序可考慮采取平行作業方式進行,整個結構拆除工程可按55~58m 一段分為4部分完成。每部分先在梁、柱的軸向方向用風鎬剔出鋼筋,并沿軸向每隔3m 剔出所有立筋,再用氧氣割斷所有鋼筋。拆除順序從上到下,待梁拆除后,再在立柱上打孔,每隔3m 環向用風鎬剔出鋼筋,在縱向上剔出2道鋼筋來,并用氧氣將鋼筋全部割斷。如空間允許,亦可將立柱拉倒后再破碎。
2 炮孔布置
  根據拆除方案,結構物的炮孔布置如下:在橫梁上按梅花狀均勻布置垂直孔,立柱中心布一孔;再在半徑為30c m 的圓周上均勻布置12孔,如圖1所示。
3 孔網參數
  橫梁:如圖1所示,沿軸向分為5排,排距為30c m,孔距為20c m,孔深90c m。
立柱:如圖2所示,立柱中心一孔,半徑為30c m,在圓周上均勻布置12孔,孔深均為3m。裝藥順序為:橫梁兩側炮孔裝藥2~4h 后,再裝中間3排炮孔。為安全起見,對立柱各孔實行同時裝藥。
 
圖1 橫梁炮孔布置圖
 
圖2 立柱炮孔、切縫布置圖
4 藥量計算
 。1)橫梁:如圖1所示,每米橫梁需炮孔25個,即總孔深L=25×0.9=22.5(m)。橫梁總長228m,靜爆劑線裝藥量為K=2kg/m,則橫梁所需藥量:
Q1=22.5×2×228=10260(kg)
 。2)立柱:如圖2所示,每米立柱需炮孔L =13×1=13(m),立柱共82根,高9m,每根立柱分3段拆除。
  則需靜爆劑q=13×2=26(kg)
  每立柱需靜爆劑Q0=26×9=234(kg)
  則立柱所需總靜爆劑Q2=82×234=19188(kg)
  總藥量(調整系數k =1.2):Q=k(Q1+Q2)=1.2(10260+19188)=35338(kg)=35.338t
  本次靜態爆破拆除工程共打孔8966m,用靜爆劑約35t ,人工2400工日,9m3空壓機145臺班,歷時58d ,成本208元/m3。
5 經濟效果
  用其他爆破法拆除總計共需打孔3134m,用炸藥534.60kg ,雷管3448發,人工560工日,9m3空壓機45臺班,歷時16d ,成本78元/m3;如用人工機械法則鑒于大機械不能進入工作面,只能用風鎬拆除,則全部拆除工程共需人工4050工日,9m3空壓機200臺班,歷時72d ,單位成本158元/m3?梢姳品üて谧疃,成本最低;靜態爆破法工期次之,但成本最高;人工機械法成本次之,但工期最長。對該拆除對象而言,顯然爆破法最好,但考慮到該工程所處位置的特殊性及工期的要求,最后決定用靜態爆破法拆除,并在合同工期內圓滿地完成了拆除任務,取得了較好的社會和經濟效益。
  另外,在地下車庫拆除工程中,地下室底板及立柱采用控制爆破拆除法,其余采用機械人工拆除法,既縮短了工期,控制了爆破振動速度,還提高了機械破碎的臺班效率,同樣收到良好成效。
第十一章 樹根樁加固不均勻沉降
用樹根樁加固不均勻沉降
某框架結構單層廠房,采用426mm 直徑的錘擊灌注樁,樁長約26m,單樁承載力450kN。該廠房于1995年1月竣工并投入使用,同年底發現⑥~×~牞軸基礎范圍內嚴重不均勻下沉,導致建筑物梁、柱、屋面板、墻體局部開裂,必須進行加固。
  經研究決定采用樹根樁處理基礎不均勻沉降。
1 樹根樁設計
  設計樹根樁樁徑200mm,樁長27m,入中風化層1m。樁身混凝土強度等級為C20,采用三角形鋼筋籠,主筋3 20,箍筋φ6@ 200,鋼筋籠長15m。單樁軸心壓力設計值200kN,安全系數K=1.8。經驗算,樹根樁承載力為200kN。樹根樁布置見圖1,承臺剖面見圖2。
 圖1 樹根樁布置示意
 圖2 樹根樁承臺剖面示意
2 樹根樁施工工藝
  樹根樁采用425號普通硅酸鹽水泥,粒徑5~25mm 碎石,水灰比0.6,注漿壓力0.5~1MPa。
  采用XU300-2A型鉆機,工藝流程如圖3所示。 圖3 樹根樁施工工藝
3 施工要點
 。1)依據加固樁位圖定樁位,鉆機對中,樁位偏差控制在20mm 內,并保證鉆機的垂直度偏差不超過1%。
 。2)成孔:第一階段采用金剛石鉆頭用慢速鉆進的方式鉆穿承臺;第二階段更換合金鉆頭,以較快速度鉆至設計深度。
 。3)確定樁深:按設計要求入中風化層1.0m,施工時由現場技術人員及機長根據鉆速、負荷及所取巖樣確定終孔深度。
 。4)清孔:鉆進至設計標高后拔出鉆頭,通過高壓泵注入清水,將沉積泥砂和孔內泥漿沖洗干凈。
 。5)分段焊接鋼筋籠,鋼筋籠下至孔內時要吊直扶穩,避免碰撞孔壁。
 。6)把碎石通過漏斗緩慢投入孔內,并輕搖鋼筋籠,促使碎石下沉,直至灌滿樁孔。碎石投放量約1m3。
 。7)進行二次清孔,至返清水為止。
 。8)壓力注漿:注漿壓力0.5~1.0MPa ,至孔口冒漿后進行封孔處理,再繼續注漿15mi n ,使漿液充分填充于碎石間,即停止注漿,拔管,每拔1m 補漿1次,直至管拔出為止。
 。9)在承臺下2m 范圍內將樹根樁擴大直徑至300mm,以支承基礎的底面,并保證鋼筋籠主筋入承臺500mm 以上。
4 沉降監測與效果評價
  為監測加固過程中的沉降和檢驗樹根樁處理地基的效果,加固施工時設置了29個沉降監測點,半年內共進行了32次沉降觀測,結果表明部分承臺在加固前沉降較大,而加固過程中沉降不大;部分承臺加固前沉降較小,而加固過程中沉降較大。但所有承臺在施工完畢后,沉降均明顯減少,一個月后趨于穩定。監測數據表明,采用樹根樁能有效地制止建筑物的不均勻下沉。
第十二章 鋼屋架補焊
  某電廠汽機車間33m 跨鋼屋架,制作時誤將33m 鋼屋架焊縫按24m 鋼屋架施工,在安裝過程中發現焊縫高度不足,但部分屋架已安裝,屋面大板已蓋上。對這些屋架必須加以補焊。其步驟是:
 。1)對已安裝的33m 鋼屋架,逐排進行焊縫檢查,并做好記錄;
 。2)在檢查的基礎上進行核算,根據計算結果,采取圍焊的方法進行補強;
 。3)按核算要求逐排進行補焊。
1 補焊理論依據
 。1)鋼材的多次局部熱循環對塑性性能有影響,但仍在標準允許范圍內。
 。2)金相檢驗和硬度試驗結果表明,二次施焊件與一次施焊件相比,未發現有明顯組織變化和硬化。
 。3)在復雜應力區域鋼板經受三次不均勻的熱循環后,由于材料的塑性韌性稍有下降,對構件的內部應力重分配及其極限狀態會有一定影響,就整體效果而言,因返修中僅是個別部位經受全部熱循環過程,故總的影響和強度折減值不大。說明返修后的結構是可以滿足設計要求的。
 。4)在保證低碳鋼C3F 的物理化學性能合格的條件下,鋼屋架桿件應力不大于其計算強度,可在其應力狀態下用電弧焊接方法加固。
 。5)屋架在桿件加固的焊接過程中,因電弧焊接的溫度影響,使屋架的撓度變形增大,在正常情況下鋼材冷卻后,撓度變形回縮使結構恢復安全,殘余變形的大小與桿件斷面、加固部位和施焊連接時間等因素有關,應采取適當的焊接工藝以保安全。
 。6)每條焊縫長度不小于100mm 時可以直接在原焊縫上加固,加固后新舊焊縫能共同受力,但平均抗剪強度有所降低,在桿件端部增加焊縫和在原焊縫的兩端補長焊縫,效果比較明顯。
2 對高應力荷載下鋼結構補焊加固的建議
 。1)被加固的桿件,按A3鋼的材質條件,拉桿可提高到按極限狀態設計的計算強度加固,而壓桿則以不超過180N/mm2為宜。
 。2)焊縫加固時的剪應力應不超過按極限狀態設計的計算強度,一般情況下總長度不小于400mm 的焊縫連接點,當貼角焊縫剪應力在90~120N/mm2時,宜先加補端部焊縫或加長原焊縫,不足時再采取涂高原焊縫的加固方法,涂高焊縫的平均抗剪強度應按計算強度降低30%~40%考慮。
 。3)屋架上有若干根桿件均需加固時,應先檢查整個屋架及各壓桿的穩定結構,如屋架上屋面板的焊點、支撐的連接點,要予以焊實或固定牢固,整個結構上的外觀缺陷損傷均應預先修復。焊接時先焊最薄弱的部位(如連接口、有嚴重缺陷的焊縫以及應力最高的桿件等),一般是先壓桿后拉桿,必須先焊好兩端的節點部位,且應先焊懸出肢,后進行中段的跳花焊。
節點板上的腹桿焊縫加固,首先補端焊縫,其次是加長原焊縫,再次是原焊縫涂高(原焊縫質量好,且總長不小于100mm)。如上述加固方法不能滿足要求或不適用時,可采用附加鋼板補焊縫或加大節點板等方法。在原焊縫上涂高、施焊,必須從原焊縫受力較低的部位起始。例如在一般具有4條焊縫的連接板上施焊,施焊是由鋼件的端部開始,而不是由連接板的邊沿開始。
 。4)鋼結構的補焊加固施工,應在常溫下(最好在10℃以上)進行。盡可能卸去可以卸去的荷載,并避免風力、吊車和一切設備振動的外力影響。
  在一榀屋架上進行焊接加固,施焊的連續時間不宜過長,應采用間歇施焊方法。同一時間內使用電焊機最多不超過2臺,并盡量選用較小的電流電壓,以減少熱量,防止過大的結構變形。
  在同一斷面上沿兩條順軸向施焊時,施焊時間應先后錯開3~7min ,防止過分削弱斷面強度。
  該工程自補焊以來,經過風雪荷載和生產的考驗,情況良好,說明補焊是成功的。
第十三章 地下室外墻裂縫的處理
1 地下室外墻裂縫的處理
1.1 普通微裂縫的處理
  對于一般普通微裂縫,沿裂縫鑿一條V 形槽,槽內混凝土面應平整干凈,不平處用水泥砂漿填補,若槽內潮濕,應先導滲、烘干后再進行嵌補。
  嵌補前先在基層刷素水泥漿,再用抹子將砂漿嵌入槽內壓實,最后用1:2.5水泥砂漿抹平壓光(圖1)。
 
圖1 普通微裂縫的處理
1.2 滲水裂縫灌漿堵漏
1.2.1灌漿孔布置
(1)灌漿孔底部應與漏水縫隙相交在漏水量最大的部位。一般情況下,水平裂縫宜沿縫下向上打鉆斜孔,垂直裂縫宜正對縫隙鑿直孔。
(2)灌漿孔的深度不應穿透結構物,宜留10~20cm 的安全距離。
(3)灌漿孔的孔距視漏水壓力和縫隙大小,以及漏水量及漿液的擴散半徑而定,一般為50~100cm。
1.2.2 注漿嘴埋設
(1)埋入式注漿嘴的埋設處,應事先用鏨子剔成孔洞,孔洞直徑比灌漿孔直徑大3~4c m。將孔洞內清洗干凈,用快凝膠漿將注漿嘴穩固于孔洞內,其埋深應不小于5cm(圖2)。
 
圖2滲水裂縫處理
(2)注漿嘴埋設后,除注漿嘴內漏水外,對其他漏水或有可能漏水的部位(在相關該條縫一定范圍內)均采取封閉措施,以免出現漏漿、跑漿現象。
1.2.3試灌
  待漏水處封閉和埋設注漿嘴處具有一定強度后可進行試灌。先采用顏色水代替漿液,用以計算灌漿時間,為確定漿液配合比、灌漿壓力等提供參考,同時觀察
封堵情況和各孔連通情況。
1.2.4灌漿
  灌漿時在水泥漿液中摻入定量的水玻璃溶液作為促凝劑,其配合比按水泥漿液水灰比不同加入水泥重量1%~3%的水玻璃溶液。
  選其中一孔注漿,并作為注漿嘴。待多孔見漿后,立即關閉各孔,仍持續壓漿,灌漿壓力應大于滲透壓力,使漿液沿著漏水通道逆向推進。灌到不再進漿時可停止壓漿,立即關閉注漿嘴,應先關閉注漿嘴的閥門,再停止壓漿。
第十四章 磚混結構房屋的托梁拆墻
  某商住宅,建于70年代末,底層為局部框架,2~5層為磚混結構,隔層設圈梁,基礎為鋼筋混凝土條形基礎(無地梁)。由于使用要求改變,須將 軸承重墻拆除,即基本將底層改建成一個營業大廳(圖1、2)。
 
圖1 原底層平面
 
圖2 改建后的底層平面
1 置換方案
  原 軸墻為承重實砌墻,原局部框架通過構造柱將荷載傳至該墻。托換設計時要保證結構不變形,并將荷載均勻傳遞至基礎。由于原基礎無地梁,抗彎剛度差,故考慮在原基礎墻兩側增設雙地梁閉合內框架,以提高基礎抗彎剛度,減小柱下地基反力峰值,形成整體彈性地梁體系,避免基底反力不均勻而引起沉降差(圖3)。
 
圖3 基礎墻改建示意1-雙地梁,形成閉合框架;2-置換小梁;3-表面鑿毛
2 置換過程
 。1)上部結構荷載傳遞至墻體轉為傳至閉合內框架,由于閉合內框架不能直接設置在墻下,故首先須對墻體進行置換。方法是在建筑高度允許范圍內(同時要滿足混凝土澆筑空間),用一定間距的鋼筋混凝土小梁置換,然后將小梁與緊貼在墻邊的內框架連成整體。小梁的置換間距應考慮施工過程中的局部破壞,同時考慮小梁至上層多孔板的距離。為確保安全,施工時宜先間隔施工一半小梁,待其強度達到所置換的砌體強度時,再施工另一半(圖4),以免墻體截面一次削弱過大而降低承載力。
 
圖4 墻體置換示意1-置換小梁;2-閉合內框架梁;3-新增閉合內框架柱
 。2)閉合內框架與原結構應形成整體,以滿足抗震要求。所設的鋼筋混凝土扶壁柱應與原柱有可靠的連接,形成組合柱。組合柱應滿足承載力及框架雙梁主筋伸入柱內錨固長度的要求。
3 施工順序
 。1)加固基礎,完成基礎抗彎剛度的增強過程。
 。2)設置扶壁柱,形成內框架組合柱。
 。3)置換墻體。
 。4)施工雙梁,形成閉合內框架。
 。5)拆除墻體。
4 注意事項
 。1)梁柱施工時,與其接觸部分砌體的粉刷層應先去除,墻體穿筋部位用電鉆鉆孔。澆筑混凝土前墻面應加以濕潤,表面刷素水泥漿一道。
 。2)采用C30高流動性樹脂混凝土。由于受構件部位及凈高等限制,混凝土澆筑有一定困難,故應注意振搗密實,確保質量。
 。3)須待各構件混凝土達到設計強度標準值后,方可拆墻。須用機械切割,并在整個過程中進行變形監控及裂縫檢查。
  磚混結構房屋的閉合內框架托換,避免了舊結構的變形不協調,受力合理,結構變形小,且托換時不需要支撐,避免了施工過程中的變形和危險。同時施工方便,費用低,更不必疏散上層住戶,因此效益較好。
第十五章 住宅危房墻體樓板加固措施
  某住宅區工程由于磚砌體及樓板的質量問題,其抵抗水平荷載能力遠不能滿足7度抗震設防的要求,必須對其主體結構進行全面加固和補強。
  根據該區建筑物存在的主要問題,確定處理方案主要有兩個方面:一是加固現有的墻體,二是增加樓板厚度,以提高各層樓板的剛度和承載能力。
1 墻體加固措施
  墻體采用雙面掛鋼筋網噴射細石混凝土的方法進行加固。墻體加固鋼筋為φ6@ 200雙向,在墻體轉角處設4φ10鋼筋,并在門窗洞處予以加強。墻體加固配筋見圖1。
  施工時,先鏟除墻面原有的抹灰層,露出磚砌體,再清除殘存在磚表面和砂漿縫隙中的黃泥砂漿,并反復用清水沖洗、潤濕。在磚墻潤濕狀態下,用M10級素水泥漿涂刷墻面,然后再布置鋼筋網,最后噴射40mm 厚C25細石混凝土(噴射細石混凝土前,應注意澆水養護墻面上的素水泥漿)。墻體混凝土噴射完畢后須進行養護,一般每8h 一次,用清水潤濕墻面。加固鋼筋連接一律采用焊接,其焊接長度不小于300mm。鋼筋連接情況見圖2?紤]到深圳地區的抗震設防要求,加固時在該建筑物周圍增設了24根扶壁柱,使加固后的外墻墻體與后加的扶壁柱連成一體,以提高結構的整體抗震性能。扶壁柱采用C25混凝土澆筑,內配不小于4φ12的構造鋼筋,箍筋為φ6@ 200。新增扶壁柱與原構造柱或墻體應有可靠拉結。當扶壁柱與原有構造柱連接時,要將新增設的扶壁柱鋼筋與原有構造柱內的鋼筋用連接鋼筋焊接;若扶壁柱位置沒有構造柱,則要求從墻體內穿2根φ10拉結鋼筋伸入扶壁柱內,該鋼筋在墻體內的錨固長度不得少于500mm,沿柱子的縱向以不大于600mm 的間距設置,見圖3。
 
圖1 斜拉機構示意
1-φ6@ 400拉結筋錯排設置;2-φ6@ 200;
3-噴射40厚c25細石混凝土表面壓光
 
圖2 樓板墻體加固節點
1-墻體水平鋼筋,隔2根穿過墻體;2-墻體鋼筋網φ6@ 200;3-φ6拉結鋼筋;4-拉結筋呈梅花狀布置;5-樓板墻體加固鋼筋,隔2根穿過鉆孔,用水泥漿封閉
 
圖3 扶壁柱與原有結構的連接
1-箍筋φ6@ 200;2-箍筋φ6@ 200;3-連接鋼筋間距≤1200mm;4-箍筋φ6@ 200;5-扶壁柱與墻體拉結筋φ6@ 200
2 樓板加固措施
  該住宅建筑另一個突出問題是樓板厚度達不到設計要求。據現場檢測,樓板實際厚度平均為60mm,比設計要求的90mm 和100mm 分別少33%和40%。對樓板進行承載力驗算的結果表明,在樓板跨中,承載力尚能滿足現行規范的要求,但在支座處則承載力明顯不足,其R/(γ0S)=0.71,遠遠不能滿足R/(γ0S)≥1.0的要求(R 為構件截面的抗力,γ0為結構重要性系數,一般取γ0=1.0,S 為構件截面的內力)。因此須對樓板進行加固。
  樓板的加固采用疊合板加固法,疊合厚度為50mm,采用強度等級為C25的細石混凝土,內配φ8@ 200鋼筋網(雙向)。施工時須支撐樓板,以保證安全。先鑿除樓板表面的砂漿找平層,露出樓板基面,用鋼絲刷加清水沖刷板面,再用清水反復沖洗干凈,然后布置鋼筋網,澆筑混凝土(澆筑混凝土前應先涂素水泥漿結合層)。澆筑混凝土后應加以養護。對厚度小于40mm的混凝土樓板,應打掉重新澆筑,不能采取疊合板的形式予以加固。對于板底因銹蝕而使截面削弱的鋼筋,若截面損失超過20%,則采取補焊鋼筋的方法進行加固補強(圖4),其他鋼筋除銹后,抹10mm 厚防腐砂漿處理即可。
 
圖4 鋼筋加固補強示意
第十六章 斜拉橋機理加固房屋結構
  9層大廈建筑面積2萬m2,框-剪結構,柱網10m×10m,層高3.8m,采用塑料模殼現澆雙向密肋樓蓋,臨街轉角處鋼筋混凝土懸臂平板厚200mm,挑出1.8m,板端砌墻,外飾面磚。
  該工程建成后一年多發現轉角挑出部分的第2~4層懸臂板樓面開裂,決定采用加固措施。經方案比較,決定引用斜拉橋機理實施加固。加固思路是:僅在第3層內側設置斜拉機構,通過圓鋼吊桿向下對第2層和第3層樓板懸臂端施加向上托力(圖1),再通過方木立桿,協助原填砌外墻共同頂起四樓樓板。這樣可用較少量的工料、較短的工期,主要在一個樓層里操作,同時完成對3個樓層的加固,且無濕作業,不顯加固痕跡,且可維持原建筑物風貌,具體作法如下。
 
圖1 斜拉機構示意
 。1)在第3層轉角處的兩個混凝土圓形框架邊柱柱身上用D140×5鋼管作壓桿,各構成一個倒三角形挑架,其作用相當于斜拉橋的塔柱(圖2)。在這兩個挑架的上外角點上各架設4根端部帶螺扣的八字形20圓鋼組成輻射式斜纜,把3個樓層所有的加固豎向反力經鋼管傳遞給原結構框架柱。
 
圖2 倒三角形挑架
 。2)在三層樓板懸臂端緊靠外墻踢腳線處立放1根14號槽鋼,其作用相當于斜拉橋的橋面梁。在此槽鋼梁的立腹板外側,按間距1.2m 和不同的角度焊接16個斜纜吊點,吊點設張拉斜纜裝置,其構造如圖3所示。
 
圖3 張拉斜纜裝置構造 圖4 吊桿與樓板連接
 。3)由斜纜吊點處的槽鋼梁上翼緣向下設置一短一長2根16螺栓吊桿,穿過樓板鉆孔,使短吊桿與第3層樓板連接,長吊桿經二層外墻隱埋并和第2層樓板連接,兩個樓層的所有吊桿均在三樓槽鋼梁上擰螺母,予以張緊(圖4)。
 。4)各 20圓鋼斜纜用扭力套筒扳手分4級,逐個順序按計算比值擰緊螺母,形成各斜纜所需的不同預拉軸力,可得到相同的向上垂直分力,以均勻托起樓板的懸臂端,這樣不僅可全部抵消后期的使用活荷載,且能抵消一部分由樓板和外墻等結構自重恒載引起的懸臂樓板結構負彎矩,使原裂縫趨向閉合,達到加固補強的目的。
 。5)考慮原三層外墻是后砌的空心磚墻,其頂部和四層樓板不夠密實,故在斜纜吊點處的槽鋼梁上用方木立桿協助頂起四層樓板。木桿外釘硅酸鈣板做假內墻面,以隱蔽斜拉裝置,使三層內不顯加固痕跡。
第十七章 懸臂柱承樓梯外傾下沉的處理
  某娛樂場所因消防需要,在山墻一側增設一懸臂柱承樓梯(圖1)。事后發現該樓梯承載力嚴重不足,上部結構自重大,僅靠插在淤泥層上的4m木樁抵抗傾覆,整座樓梯有傾覆危險,且懸臂柱長細比達127(遠大于50),有可能失穩破壞。
 
圖1 懸臂柱承樓梯立面圖
  該樓梯完工后僅4個月樓梯頂部已離開山墻外傾約30mm,數日后樓梯外傾已達138mm,下沉20mm。
  該樓梯下沉問題已難以解決,再不解決外傾問題,隨時都可能倒塌。故采取了允許基礎下沉,但不允許樓梯外傾的連接方案。
 。1)樓梯頂蓋與樓房屋蓋用2根M20花籃螺栓(每根容許拉力9kN)拉連。
 。2)每層樓梯梁柱節點與樓房同層框架梁(或山墻)用M20花籃螺栓拉連(圖2)。
 
圖2 樓梯梁柱節點與樓房拉連
1-樓房框架梁;2-樓梯梁;3-懸臂柱;
4-M20花籃螺栓;5-8×100扁鋼箍;
6-8×100扁鋼,2M16脹錨螺栓
 。3)自上而下逐層加固。由于樓梯柱太細長,拉連時不應過分收緊花籃螺栓,以免樓梯柱產生附加變形。
 。4)加固完畢方可解除臨時拉繩。
 。5)為美觀起見,加固部位封膠合板。
 。6)使用期間定期檢查鋼材生銹情況,及時刷漆;調整花籃螺栓,只允許樓梯下沉,不允許外傾。
  該樓梯自拉連之后,即無晃動感。1997年11月檢查,樓梯雖已下沉90mm,但無外傾,至今使用正常。
2 設計注意事項
  類似事故在中山市已發現3起,其教訓如下。
 。1)懸臂柱承樓梯孤懸于地面。由于其靠山墻一側往往不設置欄板,外側欄板和可能發生的半邊活載是偏心荷載。因此必須做傾覆安全驗算。
 。2)考慮沉降差的問題。懸臂柱承樓梯往往設置沉降縫與樓房徹底隔開,柱頂成為自由端。當長細比較大時,樓梯會有晃動感。尤其懸臂柱的計算長度是實際柱長的兩倍,造成樓梯穩定性更差。
 。3)鑒于懸臂柱承樓梯缺點較多,故應慎用。如不是后設,宜從樓房主體結構上懸挑,使室外樓梯直接依附在樓房主體結構上。
第十八章 鋼筋混凝土吊車梁的簡易加固
  車間建于50年代末期,為單層高低雙跨排架結構廠房,主車間跨度12m,縱向長70m,高15m,內設1臺起重量5t 的吊車。由于多年來吊車高負荷的運作,所有吊車梁均出現不同程度的損傷,個別甚至發生局部混凝土碎落,嚴重影響吊車的安全運行,必須迅速加固或修復。
1 鋼筋混凝土吊車梁損傷情況及原因
  通過對28根吊車梁觀察發現,裂縫均發生在支座附近,每端均有數道斜向裂縫,縫寬1~10mm,跨中混凝土未發現裂縫。吊車梁發生破壞的主要原因如下。
 。1)吊車梁截面面積偏小,混凝土強度偏低。
 。2)吊車梁端部彎起鋼筋面積偏小,箍筋稀疏。
 。3)牛腿面寬僅300mm,小于規范要求,致使吊車梁擱置長度偏小。
 。4)端部混凝土保護層偏大,致使伸入支座的鋼筋錨固長度不能滿足規范要求。
 。5)施工質量及材料質量也有一定問題。
  通過對吊車梁破壞現狀的分析研究認為,吊車梁只是喪失了剪切承載能力和梁端局部承壓能力,而抗彎承載能力尚符合要求。因此應提高吊車梁的抗剪能力和局部承壓能力,加固處理方法既要簡便易行,不影響金工車間的正常運行,又要安全可靠,經濟可行,最終決定采用倒置鋼牛腿加固吊車梁的方法。
2 倒置鋼牛腿加固方法
  倒置鋼牛腿加固吊車梁的主要工作原理是,利用鋼板組合結構加強混凝土牛腿上相鄰兩根梁的連系,使其成為鉸接整體,并與原吊車梁一起承受行車輪壓傳來的荷載,可大大提高原吊車梁的抗剪能力和局部承壓能力。具體實施步驟如下。
 。1)備料。加固用鋼板采用A3鋼,并進行必要的防銹處理,每個混凝土牛腿需4塊鋼板,其中A 板1000mm×400mm×10mm(厚)2塊,B 板350mm×300mm×10mm(厚)2塊,M20螺栓1根,長350mm,M20螺母2個(圖1)。
 
圖1 牛腿加固鋼板
 。2)清理吊車梁裂縫,并用M30高強度等級水泥砂漿修補。在兩根吊車梁梁端相距牛腿面300mm 高度處,開一個25孔。
 。3)將兩塊A板分別緊貼混凝土牛腿上兩吊車梁兩側面,并用螺栓將兩鋼板連接,擰上螺母,使其夾緊吊車梁。
 。4)將兩塊B 板貼附在混凝土牛腿兩側的吊車梁梁底,并與梁側兩A板貼角焊接(圖2)。
 
圖2 加固作法示意
1-A板;2-B板;3-M20螺栓螺母;4-鋼筋混凝土吊車梁
 。5)加固完畢后將鋼板表面與吊車梁及柱一起刷大白漿一道。
  采用該法加固吊車梁總費用不到4000元,僅為置換法費用的1/12。
  加固實施至今已6年,吊車梁使用正常,吊車行駛平穩。
  采用倒置鋼牛腿加固吊車梁的方法施工便利,加固實施速度快,技術上安全可靠,不破壞原有結構,也不改變原結構的受力狀態,不影響行車的正常運行。對于在不停產或少停產的情況下進行吊車梁加固或舊廠房改造有一定的參考價值。
第十九章 建筑噴射混凝土修補加固
  鹽場化工行業是腐蝕嚴重、防腐問題突出的行業,由于歷史的原因,建設鹽場化工廠時,一般混凝土建(構)筑物未考慮混凝土的防腐問題,且有的使用不耐鹽的有酸根離子腐蝕的硅酸鹽水泥配制混凝土,致使大部分鹽場化工廠混凝土建(構)筑物提早腐蝕損壞。
  經過對已有加固技術進行分析和比較,證實噴射混凝土修補加固技術在鹽場化工廠建筑修補中有一定優勢,故決定采用這一技術。
  其技術核心是由空氣壓縮機產生壓縮氣,將攪拌混料機內的水泥、砂、石料吹至高壓管內,并送往噴槍口,同時加水。料、水、氣共混,噴射到加固的梁、柱、墻上并堆積到一定的厚度,再刮平,用水泥砂漿抹面。
  修補前應將嚴重腐蝕的混凝土鑿除至主筋核心部位,已酥碎的混凝土應剝至堅實部位。將嚴重腐蝕的主筋及箍筋露出,用角向磨光機打磨銹皮,鋼絲刷反復刷,直到銹層脫落,見到光亮色澤,用自來水沖洗干凈。
  按設計要求補配主筋、箍筋,補配鋼筋網并焊在原主筋上。
  為增加新舊混凝土的粘結力,用YJ302混凝土界面處理劑涂抹于舊混凝土的鑿除面和鋼筋面上,為防止鋼筋銹蝕,在噴射混凝土內摻水泥重量2.5%的RI-1型阻銹劑。
  噴射混凝土用原材料要求如下。
 。1)應用525號礦渣水泥(因其抗鹽腐蝕性能優于硅酸鹽水泥);
 。2)采用粗中砂,含水率應小于5%;
 。3)采用碎卵石,粒徑為8~10mm。
  噴射混凝土配合比為水泥∶砂∶石=1∶2∶2,用壓縮空氣吹料至噴槍口,加水,噴射到需加固面上后刮平,用1∶1~2.5水泥砂漿抹面。為防止鹽類繼續侵蝕構件,加固后將各構件表面涂抹一層CR 膠乳液。
  在噴射混凝土前,為增加新舊混凝土的粘結及鋼筋的粘結力,用高壓水槍噴水沖刷受腐蝕的SO -4和Cl -濃度極高的加固面,再均勻涂刷一層YJ302混凝土界面處理劑,待0.5h 后再噴射新混凝土,可提高新舊混凝土的粘結抗拉強度,加上壓力的作用,新舊混凝土的粘結力為3~4MPa ,與鋼筋的粘結力為4.5MPa(傳統支模澆筑擴大截面法新舊混凝土間粘結力僅0.04~0.1MPa)。
  噴射混凝土的水灰比為0.35~0.45,水泥用量比普通混凝土略高,故早期抗壓強度高,比較密實,為防止有害離子侵入其內腐蝕鋼筋而加入的RI-1型阻銹劑,能有效阻止或大幅度減緩鋼筋銹蝕速度,可延長結構壽命2~3倍。鹽場化工廠廠房使用壽命一般為15~30年,經修補加固后,預計可維持30年的正常使用。除此之外,對嚴重腐蝕的構件表面外涂CR 防水膠乳砂漿,配合比為水泥∶粒徑1mm 細砂∶CR 膠乳=1∶2∶0.15~0.20,對鹽場化工廠氯化鉀濃縮液池的滲漏及外界有害離子侵蝕鋼筋混凝土構件具有非常重要的作用。
第二十章 磚煙囪裂縫的處理
  50m高磚煙囪使用一年后,在磚煙囪高45m 處沿筒壁四周出現數條不規則裂縫,裂縫形狀為八字形、倒八字形和其他不規則形狀,裂縫寬度為3~8mm。
1 裂縫原因及初次處理措施
  發現裂縫后,經調查研究和分析,排除了設計、施工與地震作用的因素。后經現場測試,確定裂縫產生的主要原因是味精廠主要機械設備100m3發酵罐啟動運轉時產生的振動,通過空氣、地殼等的傳遞使煙囪產生共振,導致煙囪筒壁多處出現不規則形狀裂縫。對裂縫的處理措施如下。
  改變煙囪高度,以改變其固有頻率,避免煙囪引起共振,將已開裂部分拆除重砌(共拆去10m),并再加高5m,總高度為55m。對重建煙囪固有頻率進行測試,煙囪第二振動頻率為2.58Hz ,與100m3發酵罐的振動頻率有一定間距,煙囪可安全使用。
2 煙囪加高后再次裂縫的原因
  磚煙囪加高改變固有頻率后使用不到兩年,在煙囪中上部又出現多條縱向裂縫、環狀裂縫和少量不規則的斜向裂縫,且裂縫呈發展擴大趨勢,必須對裂縫的成因進行全面分析。
  由煙囪加高前后測試的數據分析:煙囪加高后的第二振動頻率由2.73Hz 下降至2.58Hz ,下降率為5.5%,如果100m3發酵罐以156r/min運行時,也下降了5.5%,則其頻率間距為零,同樣可產生共振。再則一臺100m3發酵罐的運行與多臺或5臺一齊運行時產生的加速度,后者影響會更加強烈,而這種情況因生產需要會經常發生。同時也由于磚煙囪的抗裂性差,煙囪內部的熱源、煤煙氣的燃爆及太陽的輻射作用等引起的溫(濕)度變化,產生的應力與煙囪共振形成多變的、綜合的組合力而促成第二次裂縫的增多和迅速發展。
3 再處理措施
  雖然裂縫比較嚴重,但因生產急需而不能拆除重建。故決定采取在磚煙囪外重新做鋼筋混凝土套筒筒殼,并與原有煙囪共同工作的加固補強方法,具體措施如下。
3.1基礎部分處理在原有7根 800鉆孔樁周圍新加10根 600鉆孔樁,且均勻布置,樁采用C30水下混凝土。
3.2煙囪筒身加固部分
 。1)在原有磚煙囪的外圍進行加固,采用C25混凝土;
 。2)所用水泥均采用轉窯425號礦渣硅酸鹽水泥,骨料采用未風化的巖石;
 。3)原有磚煙囪的外表面應清洗干凈,并按施工縫處理,以保證新舊部分的連接;
 。4)原有磚煙囪的裂縫均應用水泥漿灌縫,以保證其強度;
 。5)用M12膨脹螺栓把新舊煙囪連接起來;
 。6)新加混凝土壁厚±0.000至標高20.000m 處由750mm 縮至250mm,標高20.000m 至55.000m 混凝土壁厚250mm;
 。7)筒身配筋:采用雙層配筋,豎向鋼筋搭接長度40d ,接頭錯開布置,環向鋼筋接頭處按規范要求錯開搭接。
第二十一章 舊冷卻塔的補強加固
  發電廠4號冷卻塔始建于日偽時期,塔高55m,底部直徑38m,淋水面積1250m2,加固前,其人字柱、環梁混凝土保護層嚴重脫落,致使人字柱鋼筋骨架裸露,并引起多處鋼筋嚴重腐蝕變形。塔盆多處漏水,通風筒內外壁混凝土保護層起鼓、大面積龜裂,甚至局部脫落,滲水嚴重,須加固補強。
1 對人字柱承載能力的核算
  為確保冷卻塔在加固補強施工中不致倒塌,在施工前對該塔人字柱的承載能力進行了核算。計算結果表明每根人字柱承受筒壁傳來的重力荷載產生的壓力為682.22kN,每根人字柱承受筒壁傳來的風荷載產生的壓力為122.68kN。
  每根人字柱截面上的壓應力:鑿毛前人字柱直徑d1=0.35m,鑿毛后人字柱直徑d2=0.20m,人字柱高h =3m,鑿毛前人字柱壓應力為4.83MPa ,鑿毛后人字柱壓應力為14.79MPa。
  假定人字柱施工期間的平均氣溫為15℃,普通硅酸鹽水泥配制的C40混凝土3d 可達設計強度等級標準值的30%,15d 可達70%,而C40混凝土的軸心抗壓強度標準值fck=27MPa ,30%fck =8.10MPa ,70%fck=18.90MPa。
  以上核算表明,補強施工過程中人字柱能夠滿足安全要求。
2 主要施工項目及施工方法
2.1 人字柱施工
  為確保施工過程中冷卻塔本身和施工人員安全,應首先對人字柱進行補強加固。打掉人字柱混凝土保護層及酥松混凝土,清除外露鋼筋表面浮銹,對于鋼筋腐蝕較嚴重的人字柱在原鋼筋骨架外重新綁扎鋼筋骨架,其受力縱筋6 22,箍筋φ8@ 200,然后澆筑C40細石混凝土,原人字柱直徑為400mm,加固補強時采用直徑500mm 模板,以方便澆筑混凝土,且可提高人字柱承載力。澆筑混凝土前應用水沖洗掉人字柱表面浮灰,以提高其粘結力。
2.2通風筒內外壁施工
  在通風筒內外壁表面用04-7型風鏟打麻面,打鑿時風鏟與筒壁表面呈30°傾角,打鑿深度20~30mm,間距40mm。對于松動、裂縫、酥化混凝土及原施工縫,應繼續深鑿,打掉周邊及酥松混凝土,留下具有足夠強度的混凝土。對于外露鋼筋應加以補換和修整,并清除鋼筋表面浮銹,噴漿前72h還應在塔壁表面灑水,充分濕潤混凝土并沖掉表面浮灰,然后用HD-26T型混凝土噴射機在塔壁表面噴射1∶2.5水泥砂漿,使塔壁恢復到原來的厚度或略厚。風鏟及噴射機使用風壓0.8MPa 的20m3空氣壓縮機供氣。
  施工過程中,若在筒壁上遇有孔洞,則先清理孔洞周邊混凝土殘渣至露出混凝土新槎,補好缺損的鋼筋,然后用對拉螺栓支設模板,采用比原混凝土設計高一等級的速凝混凝土重新澆筑,待新澆混凝土達到設計強度標準值后,與原筒壁一樣在其表面打麻面噴漿至表面平整。
  待內筒壁水泥砂漿表面干燥后,還應噴兩遍LV 聚合物防水防腐涂料。
2.3 環梁施工
  環梁加固方法同外筒壁。
2.4 塔盆內外壁施工先在塔盆內外壁表面普遍用風鏟鑿毛,然后在塔盆漏水較嚴重部位的內壁用風鏟鑿成V 形槽溝,并在槽溝內灌注瀝青,再沿塔盆周圍在塔盆內壁鋪一層用20號鐵絲綁扎的孔徑10mm 的鋼絲網,最后用噴射機在塔盆內外壁表面噴1∶2.5水泥砂漿(厚30~35mm)。
3 安全質量保證措施
 。1)在人字柱補強施工中應對稱安排施工順序,不得依次進行,以防施工過程中人字柱混凝土強度不足引起通風筒壁發生扭轉而倒塌。
 。2)在人字柱現澆補強混凝土中加入適量NF 減水劑,可提高混凝土的早期強度20%~50%。
 。3)在人字柱現澆補強混凝土施工過程中,應振搗密實,無孔洞、露筋現象。
 。4)環梁、筒壁、塔盆打麻面后應用水沖洗表面,分層、分條噴水泥砂漿,保證噴射水泥砂漿的結合面粘結牢固,無起鼓、裂縫和脫落。
 。5)人字柱、環梁、筒壁、塔盆施工后還應注意適時澆水養護。
  4號冷卻塔修復投入使用至今已5年,狀態良好,延長了該塔的使用壽命,取得了良好的經濟效益。
第二十二章 多層結構增層設計
  教學樓建于1985年,全長43.14m,建筑面積1662m2,兩翼4層、中間5層,部分磚墻承重,其余為框架結構承重。屋蓋及樓蓋為混凝土梁板結構,底層層高3.5m,其余各層3.2m?蚣芙Y構部分為單跨,跨度6.4m,其中一端懸挑梁長2m,以作外走廊;承重磚墻厚240mm,墻端及轉角位置設有240mm×240mm 的構造柱;基礎為錘擊沉管灌注樁基礎,樁徑320mm,框架柱下為5根樁承臺獨立基礎,承重磚墻下為現澆承臺梁單排樁基礎。建成以來并未發現裂縫或破損,結構完好;地基土比較均勻,以風化紅砂巖作為樁的持力層,未發現有不均勻沉降的現象。
1 加大截面的框架結構增層方案
  將原框架柱截面尺寸加大,考慮受力及施工需要,矩形柱每側加大100mm,把原柱面抹灰敲掉,按加大后的截面尺寸,綁鋼筋、支模板、澆筑混凝土,使新舊部分成為一體,共同受力。
  樁基礎房屋加層時,原有房屋使用10年以上者樁基承載力可提高10%~20%,故該教學樓樁基礎尚有一定潛力,樁基承載力按提高10%計算,并對個別樁基礎加固處理,可承受6層建筑的荷載,即在兩翼4層之上加2層,中間5層之上加1層。
2 增層設計中幾個問題的處理
2.1 框架結構設計及構造處理
  將原框架柱從基礎頂面開始加大截面尺寸,矩形截面柱每側加大100mm。加層后按6層框架設計,按7度三級抗震設防,柱截面加大部分的混凝土采用C30細石混凝土,增層的柱及梁板采用C20混凝土,柱采用對稱配筋,原柱配筋不考慮,作為安全儲備。
  原屋面框架梁的2m 長懸挑梁,由于加層后屋面改為五層樓地面,荷載增大,挑梁負彎矩鋼筋不夠,需進行補強處理,方法是將原框架挑梁截面加大及增加配筋(圖1)。
 
圖1 框架挑梁加固示意
2.2 原承重磚墻處理原承重磚墻厚240mm,若6層荷載均用240mm 厚磚墻承受則強度不夠,為此將磚墻端部設置的構造柱截面加大,用此柱承受外墻縱向連續梁傳來的荷載,減小梁板傳遞給磚墻的荷載。通過將原構造柱改為承重柱,承重磚墻可滿足結構的安全要求。
2.3 樁基礎加固處理由于增層后荷載加大,個別部位的樁基礎無法滿足承載力的要求,需加固補強。如原承重磚墻中的構造柱因改為承重柱,原構造柱下僅1根樁,承載能力不足,故將構造柱下的1根樁同其周圍的另兩根單樁連接成為一個三樁承臺獨立基礎,以滿足要求。
  樁基礎加固時,原承臺表面應鑿毛,打入若干膨脹螺栓并焊接短鋼筋,用水沖洗承臺后再澆筑混凝土(圖2)。
 
圖2 局部樁基平面及加固示意
第二十三章 JGN結構膠鉆孔錨筋
  在結構工程中常需將鋼筋或螺栓錨固于已硬化的混凝土或磚墻中,如在建筑結構加固及混凝土結構的補筋技術中,均可在結構上鉆孔,用JGN 結構膠錨入鋼筋。中建一局二公司在多次進行鉆孔錨筋施工的基礎上,形成了鉆孔錨筋工法。錨體本身的強度和鉆孔錨固的強度如能滿足設計要求,均可應用本工法。
1 鉆孔錨筋特點
1.1 利用新型鉆孔機具,在預定部位,按設計孔徑鉆至規定深度,進行清孔,注入結構膠,插入鋼筋,使鋼筋與混凝土、磚等通過結構膠粘結在一起,滿足傳遞結構受力的要求。
1.2 工藝簡單,錨固快捷,安全可靠。
1.3 應用范圍較廣,在結構加固、補強、新老結構連接、補埋鋼筋、后埋鋼構件等方面均可應用。
2 工藝流程
2.1 粘錨(生根)鋼筋的計算
  鋼筋粘錨深度計算:
  fev.la.π.d≥fyk.A
  la=fyk.A/(π.fev.d)
式中:fev———鋼筋在混凝土中粘結錨固強度,其值見表1。
表1 鋼筋在混凝土中粘結錨固強度(MPa)
混凝土強度等級 C15 C20 C30 C40
水平 3.5 4.0 4.5 5.0
垂直 4.0 4.5 5.0 5.5
注:表中數據為遼寧省建設科學研究院技術開發部試驗數據。
  fyk———鋼筋強度標準值,按《混凝土結構設計規范》(GBJ 10-89),對于Ⅰ級鋼為235N/mm2,對于Ⅱ級鋼為335N/mm2;
  d———鋼筋直徑(mm);
  la———鋼筋粘錨深度(mm);
  A———鋼筋截面面積(mm2),可查有關表格,或A=πd2/4。
  以上計算深度作為設計及施工參考,工程應用時應根據錨筋規格、結構膠型號、結構材料情況現場對錨筋進行非破壞性試驗,以試驗結果確定錨固深度。
2.2 JGN 結構膠鉆孔錨筋工藝JGN 結構膠鉆孔錨筋工藝:鉆孔→清孔→孔干燥→孔除塵→鋼筋處理→配膠→灌膠→插筋→固定養護。
2.3 鉆孔施工
 。1)在鉆孔位置剔鑿掉保護層。
 。2)按圖紙要求在施工面劃定鉆孔錨固準確位置,并由工長、技術員與監理人員一起查驗合格后方可施工。
 。3)選定孔徑。
 。4)根據孔徑、孔深要求選定鉆頭和機械設備。20mm 以內孔用沖擊鉆,20~40mm 孔可用手持金剛石鉆機,40mm 以上孔用吸附式金剛鉆機。磚墻用電錘鉆孔,要求兩臺電錘在一面墻上工作間距不小于5m,以免引起較大的振動,混凝土用靜力鉆孔機(水鉆)鉆孔。
 。5)按要求一次鉆到規定深度。
2.4 孔洞處理
 。1)按施工順序待鉆孔成批量后,請甲方和監理人員驗收孔徑、孔深等,合格后方可進行下一工序施工,豎向孔要立即用木塞等將孔堵上臨時封閉,以防異物掉入孔內。
 。2)清除孔內集水、異物等,可采用風機加導管伸入孔內吹凈。
 。3)視孔內干燥程度采用自然風干或用加熱桿烘干,以不向外排放熱氣為準。
 。4)用棉絲擦去孔內粉塵。
 。5)用丙酮清洗孔壁。
2.5 鋼筋處理
 。1)對于鋼筋的銹蝕部分,應用砂紙先打磨除銹,至露出金屬光澤為止。
 。2)鋼筋錨固部分用丙酮清洗干凈,成批量后經驗收合格,方可使用。
 。3)配膠:按甲、乙組分=4∶1(重量比)的比例混合,攪拌均勻,在40~60mi n 內使用完畢。如氣溫較低,膠液粘度太大,可用水浴將膠適當升溫使其粘度降低。同樣,當氣溫較低時,孔壁和鋼筋可在插筋前用熱風適當加熱。堵孔用膠應有較高的稠度,可在已配好的膠中加入水泥,配合比為:甲組分∶乙組分∶水泥=4∶1∶2。
 。4)灌膠:垂直孔可將膠液緩慢細流注入孔中,水平孔應先將膠注入灌漿注漿器中(用塑料薄膜制作),然后用塑料筒將膠灌入孔中。以孔外溢出結構膠為最佳狀態,灌膠一次完成!  。5)插筋:孔內灌入結構膠并同時放入處理好的鋼筋全面粘合,放入鋼筋時需用手轉動,上下動作要防止氣泡發生,讓孔與鋼筋全面粘合,然后用堵孔膠
封堵。
 。6)養護:在常溫下自然養護,養護期間不應擾動,一般3d 可以使用。如溫度低于5℃,應采用人工加熱養護。
 。7)對于墻體上需打通孔錨筋的,應在墻體一側設一人堵孔并放錨筋,另一側設一人灌膠,兩人配合施工。
3 鋼筋粘錨施工的驗收
3.1 在粘錨生根的原件上抽樣進行非破壞性抗拔試驗,超過設計要求的標準強度值即可。抽樣數量可與設計單位商定,一般按每層每段抽取若干組,每組3根。
3.2 在施工現場同種環境下做若干試件,進行抗拉拔破壞性試驗。試件數量與設計單位商定。
3.3 主要儀器試驗設備:YC60千斤頂,BLR-1300kN 傳感器,試驗油泵。
4 勞動組織
4.1 鉆孔班:每臺鉆機配置兩三人,每工作班配置鉆機數及輔助工人數,依據工作面情況、工程量的大小和進度要求而定。
4.2 錨筋班(按每班4個注膠槍):注膠4人,配膠不少于6人,錨筋4人,清孔3人,鋼筋運輸除銹2人。建筑技術文件選刊
5 主要機具設備
 。1)吸附式金剛石鉆孔機(水鉆),用于混凝土、鋼板上鉆孔。
 。2)手持式鉆機(水鉆),用于混凝土、鋼板上鉆孔。
 。3)空壓機,用于清孔。
 。4)電錘,用于磚墻打孔或混凝土打30以內的孔。
 。5)灌漿注漿器,用于孔內注膠。
 。6)小型臺秤,用于配膠計量。
 。7)攪拌器,用于配膠。
 。8)鋼筋探測儀,用于探測鋼筋位置。
 。9)各種配套鉆頭。常用鉆頭規格(mm)如下。
  沖擊鉆孔機: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 30,孔深400mm 以內。
  金剛石鉆孔機: 12, 32, 44, 57, 63, 83, 97, 108, 125, 160, 200。深度一般為800~1000mm,其中12鉆孔深度不大于250mm。
  對于特殊鉆頭,一般可根據用戶要求,由生產廠家提供其他規格鉆頭。
6 主要材料及技術性能
6.1 JGN 結構膠是一種以環氧樹脂為主體的,摻有多種改性用助劑和填料的高分子聚合材料。特別適用于鋼材與混凝土、鋼材與鋼材的粘結。
6.2 JGN 結構膠由甲乙兩組分組成,甲為白色,乙為黑色,混合均勻使用.混合后膠為深灰色,呈膠稠狀。
6.3 JGN 結構膠技術性能
  鋼/鋼粘結剪切強度:大于18N/mm2;
  鋼/混凝土粘結剪切強度:5N/mm2(混凝土層破壞);
 
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