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砼强度不足加固方法 原理和案例

砼强度不足加固方法 原理和案例

第一部分 砼强度不足基本知识

1)概述

因施工和使用不当而引起的混凝土强度不足,将会使结构的承载能力和刚度下降,挠曲变形加大,同时使结构的抗裂、抗渗和耐久性降低,影响结构使用。下图是两例砼强度不足的图片。

 

2)引起混凝土强度不足的表现

强度不足的表现:混凝土强度不够必将伴随有抗渗能力降低,耐久性降低,更重要的会影响结构的承载能力。主要表现为三方面:

1 降低结构强度、刚直下降。

2 抗裂性差、产生大量宽裂缝。

3 构件变形,变形大到影响正常使用。

3)引起混凝土强度不足的原因

1 原材料质量差:

(1)水泥质量不良:1.水泥实际活性低;2.水泥安定性不合格;

(2)骨料(砂、石)质量不良:1.石子强度低;2.石子体积稳定性差;3.石子形状与表面状态不良;4.砂、石中有机杂质含量高、粉尘含量高,砂中云母含量高;

(3)拌合水质量不合格;

(4)外加剂质量不合格或组成配比不当

2 混凝土配合比不当:

混凝土配合比是决定强度的重要因素之一,其中水灰比的大少直接影响混凝土强度,其他如用水量、砂率、骨灰比等也影响混凝土的各种性能,从而造成强度不足事故。

(1)用水量加大:较常见的有搅拌机上加水装置计量不准;不扣除砂、石中的含水量;甚至在浇灌地点任意加水等;

(2)随意套用配合比;

(3)外加剂掺量不准;

(4)外加剂使用不当;

(5)砂石计量不准和水泥用量不足。

3 施工工艺不正确

(1)搅拌不佳,时间过短或过长造成不匀;

(2)浇筑时水泥浆漏失严重;混凝土假凝、初凝;振捣不实;

(3)养护不当;如早期缺水干燥,受冻等.

4 试块未经标准养护或未按规定制作

对于混凝土强度不足的补救和处理一般采用测定实际强度,利用后期强度,减少结构荷载,结构加固、分析验算,至拆除重建等。

4)典型加固方法及适用范围:

混凝土结构强度不足的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。

1、直接加固的一般方法有:

(1)加大截面加固法

在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。

在适筋范围内,混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下,增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面,通过新加部分和原构件共同工作,可有效地提高构件承载力,改善正常使用性能。

加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。

(2)置换混凝土加固法

该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。

(3)有粘结外包型钢加固法

外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。

该法也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。

(4)粘钢加固法

钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。

该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

(5)粘贴纤维增强塑料加固法

外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

(6)绕丝法

该法的优缺点与加大截面法相近;适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。

(7)锚栓锚固法

该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。

2、间接加固的一般方法有:

(1)预应力加固法

(一)预应力水平拉杆固法

预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上(当拉杆与梁板底面紧密贴合时,拉杆会与构件共同找曲,此时尚有一部分压力直接传递给构件底面),在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。

由于水平提杆的作用,原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压,因此,加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。

(二)预应力下撑拉杆加固法

钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点(下撑点和杆端锚固点)传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,改变了原构件截面内力特征,从而提高了构件的承载能力

该法能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响;适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固,但在无防护的情况下,不能用于温度在600C以上环境中,也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。

(2)增加支承加固法

增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的载载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。

(3)其它加固法

辅助结构加固法是采用另制的辅助构件,如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁,部分或全部分担被加固梁的荷载。

在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗弯和抗剪能力都得到提高。

3、与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有:

(1)托换技术

系托梁(或桁架)拆柱(或墙)、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称;属于一种综合性技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成;适用于已有建筑物的加固改造;与传统做法相比,具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点,但对技术要求较高,需由熟练工人来完成,才能确保安全。

(2)植筋技术

系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术;可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋;已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救,构件加大截面加固的补筋,上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长,房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。

(3)裂缝修补技术

根据混凝土裂缝的起因、性状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术;适用于已有建筑物中各类裂缝的处理,但对受力性裂缝,除修补外,尚应采用相应的加固措施。内部修补法。

内部修补法是用压力泵把胶结材料压力混凝土裂缝中,结硬后起到补缝作用,并通过其胶结性使原结构恢复整体性,该方法适用于裂缝宽度较大,对结构的整体性和安全性及耐久性等有影响,或有防水防渗等要求的裂缝的修补。

(4)碳化混凝土修复技术

系指通过恢复混凝土的碱性(钝化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术。

(5)混凝土表面处理技术

系指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。

(6)混凝土表层密封技术

系指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术。

(7)其它技术

如结构、构件移位技术、调整结构自振频率技术等。

第二部分  混凝土强度不足加固工程3个案例

1.案例1 某超低强度混凝土现浇框架结构的补强加固

2. 工程概况

某纸箱厂为单幢建筑( 最大宽度109 m, 最大长度159.1m) , 总建筑面积为16 860m2, 其中: 生产车间为单层, 跨度为20m, 钢结构屋面; 成品仓库为3层钢筋混凝土框架结构; 原料仓库为8m高的单层钢筋混凝土框架结构。基础采用高强预应力管桩, 地面为结构地面, 框架结构混凝土设计强度等级均为C25。

该工程于2002年1月份开始开挖基础, 混凝土采用现场搅拌站制备和商品混凝土。施工至2002年2月份( 跨春节) 时, 完成了部分结构地面、生产车间的所有柱、原料仓库的所有结构、成品仓库3层柱后, 发现混凝土强度超低, 后经对承台、地梁、地面钢筋混凝土板、部分钢筋混凝土柱、楼盖梁进行补强加固, 于2002年10月末竣工, 交付正常使用至今。

1 混凝土强度检测

为摸清混凝土质量的准确情况, 委托法定单位对已完成的混凝土构件进行了高频度的现场

钻芯取样检测, 检测结果表明: 除成品仓库二层楼盖( 用商品混凝土) 及一层楼盖板[1]( 用自拌混凝土) , 原料仓库屋盖( 用商品混凝土) 混凝土强度基本满足验评要求外, 其他构件的混凝土强度均不符合设计要求, 而不合格的混凝土均为现场自拌。经调查分析: 该工程混凝土强度大面积不合格, 其主要原因是现场搅拌站用错了混凝土配合比及所使用的砂较细所引起的。

1. 加固设计

2.1 加固原则

加固必须满足现行规范对承载能力极限状态、正常使用极限状态、混凝土结构的耐久性要求; 被加固结构的混凝土强度按C10考虑; 采用加大截面方法进行加固。

2.2 加固范围

所有两桩及两桩以上承台; 局部地梁; 局部地面;成品仓库一层楼盖梁; 除生产车间钢屋架柱外的所有混凝土柱, 即成品仓库的1, 2, 3层混凝土柱, 原料仓库8m高的混凝土柱。

2.3 主要加固工艺

钢筋采用植筋及焊接, 为保证混凝土的耐久性符合要求, 在原混凝土面抹10mm厚FSB- 100防渗宝新型材料。加固用混凝土均为C30。

1. 加固施工

3.1 承台加固

利用原地梁未嵌入承台, 承台至地面板的空间加厚承台, 承台侧面则加厚100~150 mm, 以确保承台的耐久性。

施工工艺流程: 挖土→凿毛原承台表面→打孔→安装膨胀

螺栓( 起销的作用) →清洗承台表面→安放承台的加固钢筋→支承台模板→浇筑承台混凝土→养护→拆模→回填土。

3.2 地梁加固

原设计将地面板与地梁设计成各自独立的构件,便于梁板单独施工, 即地梁截面为矩形。加固设计在板面给地梁再配负筋、箍筋并与板一起整浇, 使原矩形截面地梁变为T形截面。

施工工艺流程: 挖土→凿毛地梁侧表面( 地梁顶应露出箍筋, 外露长度不少于12 d) →清洗地梁侧表面→抹防渗宝→柱打孔→植筋及安装地梁加固筋→焊接地梁加固筋→焊接地梁箍筋→浇筑混凝土。

施工注意事项: 地梁主筋能直接绕过柱的, 则直通; 不能绕过柱的, 则用植筋办法锚固、加固钢筋。

3.3 地面加固

在原混凝土地面, 间距300mm植12钢筋, 再配筋并将板加厚150mm。

施工工艺流程: 凿毛原地面表面→清洁板面→安装板筋→植12钢筋→浇筑混凝土→养护。

施工注意事项: 地面的配筋为负筋, 为保证钢筋的有效高度, 必须安放足够的马凳筋; 为确保地面的平整度达到要求, 采用铺道轨滚平施工工艺。

3.4 柱加固

将原柱截面加宽100~200mm。

施工工艺流程: 凿毛柱表面→凿出原柱边中部主筋→柱头梁打孔→固定角钢→焊接箍筋及复合箍( 焊于已凿出的原柱中主筋上) →柱头穿楼板打孔→清洗柱面→安装柱模板( 2m高翻一次) →浇筑混凝土→拆模→养护。

施工注意事项: 柱头加密箍的安装, 必须首先在与柱头相交的梁上打两个孔, 用螺栓固定角钢, 然后再将加密箍焊于角钢上( 图1) ; 由于有些柱高为8m, 柱模板必须多次向上翻, 一般将混凝土的自由落体高度控制在2m以内; 由于柱截面加固厚度较小( 50~100mm) , 因此浇筑的混凝土必须采用流动性较大( 坍落度14cm) 的细石混凝土, 浇筑时必须用最小的振动棒振捣及不断地敲击模板, 以避免出现蜂窝; 已形成楼板的柱头处, 必须将楼板打穿, 通过该洞浇筑柱头混凝土; 两边或三边加大截面的, 将加固箍筋焊于原柱箍筋上。

3.5 楼面梁加固

将原梁加高100~150mm并在梁头加掖, 梁加固筋采用在柱上打孔植筋的办法锚固。

施工工艺流程: 凿出梁侧下箍筋且外露12 d→在柱上钻孔→植梁底加固筋→焊接梁底加固筋→焊接加固箍筋→支梁加固模板→浇筑及超浇筑梁加固混凝土→拆模→养护→打掉超捣部分混凝土→抹防渗宝。

施工注意事项: 由于凿梁表面只破坏钢筋保护层,因此梁一般不用临时支护; 为了加固箍筋的焊接必须凿出梁下侧的箍筋, 且露出长度必须≥12 d( 图2) ; 梁底角必须保证有高

度不小于30mm的直角, 梁加固模板的顶端必须做成喇叭口( 图3) , 以便于浇筑梁加固混凝土, 加固梁超捣的混凝土, 宜在其强度达到75%时凿掉。

3.6 植筋工艺

植筋采用国产JGN.AC建筑结构粘合剂。

施工工艺流程: 成孔→清洁孔→清洁钢筋表面→配胶→孔内注胶、钢筋表面涂胶→安放加固钢筋→固化养护→抽检。

施工注意事项: 钻孔深度一般比要求超钻20mm,孔径一般比钢筋直径大5 mm; 为便于操作, 植筋用材长度一般宜为3m左右, 然后再焊接加固筋, 但需满足接头规定。

1.结语

随着社会的发展, 建筑加固已不仅局限于事故处理, 出现了更多的使用功能改变的加固, 但我国在建筑加固的理论研究、产品开发、施工工艺等方面还不能满足发展的要求,例如本工程钻芯抽检了182个构件, 群体的强度如何评定, 被加固构件的混凝土强度如何取值, 被加固混凝土的超低强度与抗震要求强度等级的不符, 框架梁端部原负筋加固后应力如何取值等, 目前尚无明确的结论。在加固施工方面, 我们的国产结构胶完全可以与进口胶媲美, 且价格占有优势, 但施工成孔工具较差; 结构胶两组份混合, 现场计量难以保证准确; 注胶挤压工具原始等, 有待研究部门、结构胶生产单位、施工工具生产等单位加强研究、开发, 以促进我国建筑结构加固事业的发展。

1. 案例2 某高层混凝土建筑质量问题的鉴定与加固处理

2. 工程概况

某高层混凝土结构位于东部沿海地区,为地下2层、 地上 27层的框架-剪力墙结构。主楼建筑面积为 22950 m2(不含地下室和裙房 )。1~5层为办公、 商务、 会议和娱乐用房 , 6~24层为酒店客房 , 25层为茶座和观景平台 , 26层为机房。1~4层层高为412 m, 5~22层层高为 313 m, 23~27层层高为 412m,室内外高差为 0175 m,建筑高度为 97195 m,局部高度为 110125 m。

根据设计图纸 ,本工程抗震设防烈度为 7度(第一组 ) ,设计基本加速度值为 0115 g,框架抗震等级为 3级 ,剪力墙抗震等级为 2级;结构安全等级为 2级 ,基本风压为 0160 kN /m2,地面粗糙度按 A类取用;1~5层为底部加强区。混凝土设计强度:7层以下 (含 7层 )采用 C40混凝土,8~16层顶采用C35混凝土,17层以上均采用C30混凝土。设计使用年限为50年,室外地面以上构件所处的环境条件均为室内正常环境。本工程场地类别为 Ⅱ类 ,主楼采用桩筏基础 ,采用 <800 mm的钻孔灌注桩 ,以粉质粘土层作为桩端持力层 ,桩进入持力层不小于116 m,单桩承载力设计值不小于 3000 kN,有效桩长不小于 22 m。2005年初 ,建至地上4层时发现 ,主楼 1~4层的混凝土强度远低于设计强度,经有关单位进行多次检测,证明主楼 1~4层的混凝土强度确实不满足设计要求,检测结果见表1。

 

上述楼板和墙体的混凝土实测强度均明显低于设计强度C40,而且混凝土不均匀,离散性较大。立面和平面如图1~3所示。该建筑已建部分能否通过加固补强后继续建造 ,还是需要拆除后重建 ,业主一时无法决断。为了帮助业主决策 ,对该建筑进行了整体鉴定分析 ,通过鉴定发现 ,不仅施工质量不满足要求 ,原设计也存在一些问题。

1  构造措施鉴定

1. 1  侧向刚度规则性

通过计算可知 ,本工程 1~25层侧向刚度规则性基本满足要求 ,但 26~27层墙肢长度急剧减少 ,部分退化成异形柱,存在刚度突变,不利于抗震,地震作用下楼层最大反应力曲线如图 4所示。

图 4  地震作用下楼层最大反应力曲线

1. 2  楼层承载力均匀性假设本工程 4层以上的混凝土强度满足设计要求 ,由于原设计 1~5层为底部加强区 ,其竖向构件配筋相同 ,因为施工质量问题造成 1~4层的混凝土强度明显偏低 ,直接导致 4, 5层的受剪承载力存在突变 ,不利于抗震。1. 3  地下室嵌固本工程地下室顶板设计厚度除局部为 220 mm

外 ,其余均为 160 mm,小于规范要求的 180 mm;由于施工质量问题 ,楼板混凝土强度也低于 C30,部分楼板未采用双层双向配筋 ,与规范要求存在差距。

1. 4 框架和剪力墙的布置本工程设计 1轴墙体 (从 1层至顶层 )为一字墙, 25, 26层也有部分横墙为一字墙,抗震墙平面外刚度较弱。部分横墙长度为 10 m,未开设结构洞口 ,墙段的高宽比小于 2,洞口连梁的跨高比小于 6,使得剪力墙延性较差 ,不满足要求。另外 , G轴和 K轴的竖向构件截面尺寸为 1000mm ×500 mm。通过查询设计单位提供 PKPM -SAT WE计算模型发现 ,设计单位将这些构件按照短肢墙进行建模计算 ,其理由为:按照框架柱建模 ,则框架柱的承载力不能满足要求 ,而按照短肢墙输入,则计算能顺利通过。根据规范规定 ,截面高宽比小于 3的构件按照柱进行设计 ,且箍筋应沿全高加密。这两种模型计算结果的差异 ,主要有两点原因:其一是剪力墙仅考虑平面内的受力 ,平面外的刚度较弱,一般不予考虑 ,而框架柱需要考虑纵横两个方向的作用。本工程 G轴和 K轴上与 2, 3, 4, 5轴相交部位的构件纵横两个方向均有连接 ,而 G轴和 K轴上其余的竖向构件仅与纵向梁连接,横向约束较差;其二 ,规范规定 ,任一楼层框架部分承受的地震剪力不应小于结构底部总地震剪力的 20%和按框架 — 抗震墙结构分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值115倍两者的较小值。

1. 5  底部加强部位

由于施工质量的原因 ,底部加强部位在重力荷载代表值作用下部分墙肢的轴压比大于 016,不满足要求。部分约束边缘构件沿墙肢的最小长度为0155 m,而该墙肢长度为 715 m (墙肢的最小长度应为 11125 m) ,不满足要求。

1. 6  框架柱轴压比

由于施工质量的原因 ,本工程部分柱的轴压比大于 0185,不满足要求。

1. 7  连梁

本工程内墙连梁的跨高比小于 2,且墙厚不小于 200 mm,除普通箍筋外 ,原设计未另设斜向交叉构造钢筋 ,不满足要求;图纸中未要求顶层连梁的纵向钢筋锚固长度范围内设置箍筋 ,也不满足要求。

1.承载力验算

根据主楼已建成部分的混凝土实测强度和设计图纸 ,利用中国建筑科学研究院编制的结构计算软件 PKPM - SAT WE对主楼进行了承载力验算 ,结果表明 ,部分梁、 板、 柱和墙体的承载力不满足要求。

1.结构鉴定结论

根据检测报告、 原设计图纸、 施工资料、 地质勘查报告 ,对该建筑主楼结构进行了构造鉴定 ,并利用结构计算软件 S AT WE对主楼进行了承载力计算 ,发现该建筑设计和施工质量主要存在以下问题。(1)由于施工质量问题 ,墙体和楼板、 梁的混凝土强度偏低 ,直接导致了底部加强区部分墙肢的轴压比大于 016,部分柱的轴压比大于 0185, 1~4层部分墙、 柱、 梁和楼板的承载力不满足规范要求。(2)由于设计图纸问题 ,结构墙肢长度在 26层有突变 ,使得结构侧向刚度突变 ,不利于抗震。1轴墙体为一字墙 , 26, 27层横墙为一字墙 ,平面外联系较弱;少部分横墙长度为 10 m,墙段的高宽比小于2,洞口连梁的跨高比小于 6,内墙连梁未另设斜向交叉构造钢筋 ,顶层连梁的纵向钢筋锚固长度范围内未设置箍筋 ,结构延性较差 ,不满足连梁的构造要求。(3)由于设计建模的偏差 ,将框架柱按照短肢墙输入 ,使得框架柱的承载力不能满足要求。

1. 对主楼的加固方案

针对设计和施工质量存在的问题 ,通过综合计算分析 ,建议对主楼采取以下加固和改进方案。(1)对地下室 ~4层的墙体采用钢筋网喷射混凝土进行加固 ,对柱、 梁、 板采用高强不锈钢绞线网 — 渗透性聚合砂浆的方法进行加固 ,确保结构的承载力和楼层受剪承载力的均匀性 ,竖向构件的加固应延伸至地下室。

(2) 将单向布置的剪力墙改为双向布置或在端部增加端柱或加强暗柱 ,以利于结构抗震。

(3) 对部分较长的墙肢 ,应设置或预留结构洞口 ,避免刚度过于集中 ,将墙肢设计成延性构件。

(4) 在主楼顶部适当增加墙体数量 ,避免楼层刚度突变。

(5) 顶层连梁的纵向钢筋锚固长度范围内设置箍筋 ,确保连梁作为第一道抗震防线和耗能构件的构造要求。

(6) 建议设计单位对 5~7层墙体混凝土采用C35进行复核 ,避免 4, 5层之间的强度突变。该方案经业主组织的专家委员会审定 ,一致认为 ,在采取上述加固处理措施后 ,主楼的承载能力基本是可以满足结构安全和 7度抗震设防目标的。

1. 案例3 某高层建筑工程质量事故实例分析与加固处理

2. 工程概况

深圳某高层建筑为一幢三十二层的现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构,按D度抗震设防,框架抗震等级为二级,剪力墙抗震等级为二级。该工程总建筑面积为6万平方米,设三层地下室,四层裙房,总建筑高度为99.4m。地下室为停车库,裙房为商业用房,五层以上为写字楼。该建筑物柱网跨度大,双核心筒集中布置,筒体剪力墙是主要抗侧力构件。

1.事故概况与工程检测

2.1 事故概况

该工程地下三层核心筒剪力墙设计混凝土等级为C50,属于高强混凝土,于1997年6月浇筑完毕,并按规范规定的拆模时间(中途进行测温,内外温差相等时)开始拆模。在拆模过程中,发现筒体墙多处出现蜂窝、孔洞、露筋和墙体裂缝等多种质量问题。本次质量事故发生在主楼部分的地下三层东、西两个核心筒体剪力墙上,在墙体转角的暗柱、门洞暗柱、暗粱筋密集区以下。从检查结果发现:蜂窝面积大,孔洞多处出现且露筋较多。根据建筑工程质量检测评定标准,各项指标大大超过标准允许值数倍,对整体结构承载力造成严重影响

2.2 工程检测

为了查清问题,及时处理,消除隐患,决定对筒体混凝土进行全面回弹,必要时进行抽芯,查出混凝土的实际强度。由于《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-29)能查到的最大强度换算值为49MPa,且地下室因连日阴雨,墙体潮湿,故筒体(混凝土C50)回弹检测意义不大,且数据离散性也大。最后决定采用钻心法对核心筒混凝土进行检测,以进行区域强度评价。

1997年7月,检测单位对核心筒剪力墙共钻心取样57处,其中东筒钻芯30处,西筒27处。检测结果核心筒混凝土最大换算强度为66.9MPa,最小换算强度为21.9MPa,强度变化很大,远远达不到设计要求。东、西核心筒混凝土检测换算强度区域代表强度分别详见表1和表2。

1.事故原因分析

认真分析这次质量事故,认为主要原因如下:

(1)人员状况:现场管理干部素质差,组织能力和管理水平以及领导统筹能力较差,没有与各有关管理人员和施工操作员有效沟通。施工技术人员力量薄弱,管理失控,责任不明确。工人素质低,混凝土浇筑工未经培训,又没有以往类似工程施工经验。

(2)技术原因:不按规范施工,质量保证体系不健全,技术措施不贯彻落实,领导和管理人员没有将施工方案里的技术措施向施工人员交底,工序交接没有记录,没有交底。混凝土浇筑方法不对,一次浇筑超高未设溜槽或串筒,致使混凝土在浇筑时出现离析现象,混凝土浇筑时又振捣不足,致使混凝土出现石子与砂浆分离,石子多的地方出现蜂窝、孔洞,砂浆多的地方强度不足,混凝土体开裂。

(3)设备状况:运送混凝土的车辆不足,致使浇筑时不能连续施工,施工缝又没能进行必要的处理;经常出现混凝土输送泵堵管,维修又不及时;振动棒等震动器材质量不稳定且数量不足,振动器材经常坏或转动无力,无法使用。

1. 加固处理方

4.1 缺陷补强处理

裂缝:清理墙基面的污垢、松散物体,刷洗干净,用改性环氧化学灌浆液对所有裂缝进行封闭补强。

麻面:用钢丝刷清理墙面浮浆,并冲洗干净,充分湿润,用1:2水泥砂浆抹压平整。

蜂窝:凿除墙面浮浆浮石,并洗刷干净,充分湿润,用1:2水泥砂浆抹压平整。

孔洞:将孔洞处不密实的混凝土和突出的石子颗粒凿除,直至无空隙为止,要凿成斜形,避免死角,已锈蚀的钢筋应除锈。再将凿好的孔洞用水冲洗,洗刷干净,充分湿润24小时后,刷水泥浆一道,用C50微膨胀细石混凝土浇灌,细石混凝土的水灰比控制在0.5以内,采用小振捣棒仔细振捣密实。混凝土浇灌应超高超宽浇灌,拆模后将多余混凝土凿除,或采用喷射混凝土施工。

露筋:将外漏钢筋上的混凝土残渣、浮浆浮石清除,用钢丝刷刷除锈皮。

4.2 加固处理

东、西核心筒剪力墙,由于混凝土强度等级不同程度低于设计混凝土强度等级C50的要求(见表1、表2),故需进行加固处理。本设计采取的补强加固措施,是结合实测混凝土缺陷处及强度较弱(小于C40)处将筒体剪力墙凿成多条竖向加强带,加强带采用微膨胀混凝土,强度等级为C50,加强带凿断面要清刷干净,并充分湿润12小时。浇混凝土前,要刷一道水泥浆,混凝土要振捣密实。加强带的具体位置要求见图2,在层顶处设一道加强暗圈梁,已形成整体加强。

4.3 施工要求

(1)所有缺陷定义划分,应按照国家标准“建筑安装工程质量检测评定标准”进行划分,分别采取补强措施。

(2)所有已锈钢筋均应除锈,当钢筋截面因锈蚀削弱>10%(面积比)时,应绑条焊加强。

(3)所有修补部位的水泥砂浆及细石混凝土均应做好养护,确保砂浆及混凝土强度。

(4)缺陷补强及加强带位置、范围,放线后要经有关单位核实后方可凿打。

(5)在缺陷补强时,凿除浮浆、浮石、除锈清刷工作完成后,应通知建设、质检、监理、设计检查满足设计要求后,再做下步工作。

(6)混凝土凿打,不能采用大锤大力撞打,应采用钢钎凿打,不得损伤旁边的混凝土,不得打断钢筋。

1.加固处理效果

按照上述要求补强、加固后,确认整体混凝土的强度等级可达C40。经计算复核:建筑物层间位移及顶点位移满足规范限值要求;筒体剪力墙轴压比均小于0.60,满足设计要求,剪力墙仍保证一定的延性,剪压比控制在规范范围内;筒体剪力墙的配筋按原设计满足要求,承载力满足使用要求,建筑物安全、可靠。

附录 混凝土结构构件加固方法分析

采用有限元方法,通过对结构构件在加固前、后的应力及位移状态的分析,对不同加固方式的作用效果进行探讨。

一、刚度问题(剪力墙开洞问题)

剪力墙开洞常采用洞口周边粘钢板加固。

1 计算模型

 

 粘钢加固计算模型(图中橙色部分为洞口周边粘贴钢板)

2 剪力墙应力状态分析

 

为开洞剪力墙应力均匀(开洞前)                  角部应力集中(加固前)

 

(加固后)应力向墙体内部转移(应力均匀化,避免剪力墙角部产生裂缝)

3 结论

剪力墙洞口角部为应力集中区域,易产生斜向裂缝;

剪力墙开洞为刚度问题,外粘钢加固洞口能使洞口角部应力向墙体深部扩散,使应力均匀化,避免洞口角部裂纹出现,保证墙体整体刚度。

二、强度问题(梁受弯承载力问题)

梁受弯承载力不足的加固,常用的有加大截面加固法和粘纤维材料加固法。

1 计算模型

 

梁受弯承载计算模型

2 应力状态分析


均匀荷载作用下,正常使用状态,梁应力状态(层状受力)


均匀荷载作用下,大变形状态,梁应力状态(层状受力)


梁底加大截面加固(梁中性层下移,梁底新增截面与原有梁协同受力)


梁底粘贴纤维材料加固(应力状态与加大截面法类似)

3 结论

梁中性层位置约为梁高中部;

加大截面加固后,中性层位置下移,后增截面部分发挥作用(抵抗拉力);

梁底粘贴纤维材料加固后,中性层位置下移,后增截面部分发挥作用(抵抗拉力),效果与加大截面做法相差不大。

三、挠度问题(梁受弯变形问题)

控制梁抗弯挠度问题常采用加大截面法和粘纤维材料法加固。

1 计算模型

 

2 位移状态分析


原有梁竖向位移


梁底加大截面加固


梁底纤维材料加固

3 结论

梁底加大截面对控制梁竖向位移效果明显,梁底粘贴纤维材料对控制梁竖向位移效果也有效果,但是效果略逊于加大截面法。

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