北京某框架結(jié)構(gòu)混凝土加層加固改造技術(shù)

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簡(jiǎn)介： 結(jié)合北京某鍋爐房結(jié)構(gòu)改造工程，介紹了混凝土結(jié)構(gòu)加層，加固設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)。在加層方法，樁基礎(chǔ)地基加固處理理，混凝土柱增大截面加固處理等方面作了論述。
關(guān)鍵字：混凝土加層 加固改造

我院于2005年1月承攬?jiān)O(shè)計(jì)了北京某地鍋爐房加層加固改造工程。該工程始建于1994年，主體為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為擴(kuò)底灌筑樁，梁、柱、基礎(chǔ)均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土。一層～二層為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板.三層為預(yù)制混凝土空心樓板。由于擴(kuò)建要求需對(duì)該樓局部加高兩層，為此對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。該工程主要技術(shù)難點(diǎn)是保證新舊混凝土結(jié)構(gòu)共同作用和減少鍋爐附屬管溝的開(kāi)挖對(duì)樁基礎(chǔ)的影響。

　　一、 結(jié)構(gòu)計(jì)算及加固方案的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)原有設(shè)計(jì)圖紙，本樓原初設(shè)計(jì)采用的是擴(kuò)孔灌注樁，樁基礎(chǔ)考慮樁側(cè)摩擦力，樁身長(zhǎng)度9.5米。地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，樁端持力層為粉砂層，容許端承載力400Kpa。主體為框架結(jié)構(gòu)空心磚墻填充，層高分別為4.5m，3.5m，3.5m，原有結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，抗震設(shè)防烈度為8度。

　　根據(jù)工藝要求，原二層附加鋼制設(shè)備需要移動(dòng)位置。因?yàn)榇虽撝圃O(shè)備重量較大，將近35噸，利用原有屋面無(wú)法固定，所以必須重新澆筑混凝土梁，預(yù)埋埋件才能固定。因此設(shè)計(jì)小組商議決定將原有屋面整體揭除，重新澆筑梁板。

　　我們采用了中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的satwet三維空間結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)加層加荷后結(jié)構(gòu)整體計(jì)算。（計(jì)算時(shí)根據(jù)規(guī)范我們將混凝土和鋼筋的強(qiáng)度乘以0.9的折減系數(shù)）。結(jié)果顯示自震周期、層間位移均、底層柱軸壓比均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明加層，加荷后建筑物整體的承載力，抗震能力不能滿足要求，必須處理。

　　因此我們對(duì)底層柱采用加大截面，外包鋼處理，并在4.5米柱中部增植混凝土梁（原設(shè)計(jì)4.5米柱內(nèi)側(cè)無(wú)梁拉接），以此增加結(jié)構(gòu)整體性。并將整體加固模型用三維空間結(jié)構(gòu)軟件分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)核算，本建筑物雖然局部加高了兩層，附加設(shè)備荷載增大了，樁頂附加內(nèi)力卻沒(méi)有顯著的變化。工程小組分析，原有工程中附加設(shè)備荷載校大，受力分布點(diǎn)距離單柱較近，所以大部分荷載通過(guò)單柱傳遞到基礎(chǔ)上。新增兩層后，附加設(shè)備荷載受力點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)整，改變了荷載分布狀況、傳力途徑，使力均勻傳遞到周圍的基礎(chǔ)，所以樁頂附加外力沒(méi)有顯著變化。原有樁基礎(chǔ)滿足使用要求，不需要處理。

　　總結(jié)分析結(jié)果我們確定了加層加固整體方案：1、將原有屋面揭除，重新澆注梁板，預(yù)埋埋件。2、從基礎(chǔ)頂?shù)灼饘⒌讓又孛婕哟?，其余柱截面外包鋼加固。整個(gè)工程采取減輕結(jié)構(gòu)體系自重，加層不加荷的原則，采取相應(yīng)措施。我們更換了墻體材料采用較輕的加氣混凝土塊砌筑，屋面采用輕鋼屋面。新澆筑的混凝土，比原有混凝土高一個(gè)標(biāo)號(hào)。

　　二、地基土的加固處理

　　根據(jù)工藝要求，將在樁基礎(chǔ)之間挖一條深3米寬一米的除灰混凝土水溝。樁中心間距6.6米，根據(jù)規(guī)范要求水溝底部水平連線與樁頂側(cè)壁連線必須小于土壤內(nèi)摩擦角。而且本工程的樁是考慮樁側(cè)壁摩擦阻力的，水溝的開(kāi)挖必然影響到粉土對(duì)樁的摩擦力。我們考慮受水溝影響的此排樁所承擔(dān)的軸力較小，水溝中心距樁中心距離滿足3倍樁徑要求，如果注意施工工藝，對(duì)樁周圍土壤進(jìn)行固化加固處理，可以開(kāi)挖。 針對(duì)水溝開(kāi)挖我們?cè)O(shè)計(jì)了施工方案如下：首先我們對(duì)受影響的樁基周圍土壤進(jìn)行加固處理。我們采用化學(xué)漿液注入法處理樁周圍3米深度4.5米范圍內(nèi)地基。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，此區(qū)間內(nèi)土壤為粉砂，所以采用水玻璃系或硅酸鈉化學(xué)漿液注入土壤中，化學(xué)反應(yīng)形成硅酸凝膠，短期內(nèi)土壤強(qiáng)度可以達(dá)到1-1.4兆帕，且具有不透水性。水溝的施工采取垂直開(kāi)挖，側(cè)壁加固支護(hù)，分段開(kāi)挖澆筑，每段長(zhǎng)度不大于2米。

　　三、柱加固加層施工方法

　　根據(jù)計(jì)算我們將底層邊柱，原500×500柱加大為800×800。柱采用濕式包角鋼加固法，加固配筋見(jiàn)1-1剖面圖。施工方法：(1)先將有裂縫部位和酥松混凝土剔除,抹成原形，不需剔除的柱表面應(yīng)先鑿毛增糙，四角磨出圓角，并用鋼絲刷刷毛，用壓縮空氣吹凈，然后在處理好的原有柱外表面涂刷結(jié)合界面劑。(2) 綁扎新鋼筋，澆注混凝土。(3)柱四角外包75×6角鋼，角鋼之間用75×6鋼板連接，沿柱縱向間距750mm加固處理。

　　為了加層并重新澆筑掛設(shè)備的大梁，我們沒(méi)有采取一般混凝土結(jié)構(gòu)的加層法，將屋蓋揭除植筋柱加高，而是從頂層柱中部計(jì)算彎距最小處截?cái)唷榱耸箿p小施工對(duì)原有柱強(qiáng)度產(chǎn)生的不利影響，我們將所以加高柱分三批從不同地方截?cái)嗉痈?，柱截?cái)鄷r(shí)采用無(wú)損靜力機(jī)械截?cái)?。新老柱混凝土澆注前，界面用鋼絲刷刷毛，用壓縮空氣吹凈，然后涂刷界面結(jié)合劑。鋼筋連接采用與原有鋼筋直徑相同的鋼筋機(jī)械擠壓套筒連接，滿足接頭錯(cuò)開(kāi)的要求?；炷翝沧⑼戤吅螅鄳?yīng)外包750mm長(zhǎng),10mm厚鋼板加固處理。這種方法可以有效的提高截?cái)嗵幓炷林辜羟辛Α?/p>

　　在整個(gè)加固，加層工程施工前，必須拆除所以墻體，設(shè)備，和屋蓋。這樣可以減輕結(jié)構(gòu)自身重力。我們的設(shè)計(jì)思想是揭除屋蓋梁板－卸載－柱加固－加層－輕屋蓋代換。

　　通過(guò)此項(xiàng)工程，我們?cè)O(shè)計(jì)小組在加層加固方面做了一些有益的探索。總結(jié)混凝土結(jié)構(gòu)加層加固我們認(rèn)為：

　　1、加層工程必須仔細(xì)核算原有建筑物的地基，主體結(jié)構(gòu)才能實(shí)施。

　　2、舊有建筑物，通過(guò)先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，有效改變力的傳遞體系，減輕結(jié)構(gòu)自重，采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料可以為加層創(chuàng)造實(shí)施的可能性。

　　3、在混凝土結(jié)構(gòu)加固工程中，盡可能使新增結(jié)構(gòu)和原混凝土結(jié)構(gòu)融為一體，共同發(fā)揮作用。

　　4、結(jié)構(gòu)的保護(hù)性拆除是改造工程的難點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)極大，需反復(fù)斟酌設(shè)計(jì)和施工方案，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)一切手段，如動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、臨時(shí)支撐等技術(shù)措施，避免突然加載和卸荷沖擊結(jié)構(gòu)。