北京某框架結構混凝土加層加固改造技術

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簡介： 結合北京某鍋爐房結構改造工程，介紹了混凝土結構加層，加固設計方法和施工技術。在加層方法，樁基礎地基加固處理理，混凝土柱增大截面加固處理等方面作了論述。
關鍵字：混凝土加層 加固改造

我院于2005年1月承攬設計了北京某地鍋爐房加層加固改造工程。該工程始建于1994年，主體為框架結構，基礎為擴底灌筑樁，梁、柱、基礎均為現澆鋼筋混凝土。一層～二層為現澆鋼筋混凝土樓板.三層為預制混凝土空心樓板。由于擴建要求需對該樓局部加高兩層，為此對建筑主體結構進行加固處理。該工程主要技術難點是保證新舊混凝土結構共同作用和減少鍋爐附屬管溝的開挖對樁基礎的影響。

　　一、 結構計算及加固方案的設計

　　根據原有設計圖紙，本樓原初設計采用的是擴孔灌注樁，樁基礎考慮樁側摩擦力，樁身長度9.5米。地質勘察報告顯示，樁端持力層為粉砂層，容許端承載力400Kpa。主體為框架結構空心磚墻填充，層高分別為4.5m，3.5m，3.5m，原有結構混凝土強度等級C25，抗震設防烈度為8度。

　　根據工藝要求，原二層附加鋼制設備需要移動位置。因為此鋼制設備重量較大，將近35噸，利用原有屋面無法固定，所以必須重新澆筑混凝土梁，預埋埋件才能固定。因此設計小組商議決定將原有屋面整體揭除，重新澆筑梁板。

　　我們采用了中國建筑科學研究院編制的satwet三維空間結構計算軟件對加層加荷后結構整體計算。（計算時根據規(guī)范我們將混凝土和鋼筋的強度乘以0.9的折減系數）。結果顯示自震周期、層間位移均、底層柱軸壓比均達不到設計要求，說明加層，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（原設計4.5米柱內側無梁拉接），以此增加結構整體性。并將整體加固模型用三維空間結構軟件分析計算，計算結果顯示各項指標均滿足設計要求。通過核算，本建筑物雖然局部加高了兩層，附加設備荷載增大了，樁頂附加內力卻沒有顯著的變化。工程小組分析，原有工程中附加設備荷載校大，受力分布點距離單柱較近，所以大部分荷載通過單柱傳遞到基礎上。新增兩層后，附加設備荷載受力點進行了調整，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，所以樁頂附加外力沒有顯著變化。原有樁基礎滿足使用要求，不需要處理。

　　總結分析結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，預埋埋件。2、從基礎頂底起將底層柱截面加大，其余柱截面外包鋼加固。整個工程采取減輕結構體系自重，加層不加荷的原則，采取相應措施。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標號。

　　二、地基土的加固處理

　　根據工藝要求，將在樁基礎之間挖一條深3米寬一米的除灰混凝土水溝。樁中心間距6.6米，根據規(guī)范要求水溝底部水平連線與樁頂側壁連線必須小于土壤內摩擦角。而且本工程的樁是考慮樁側壁摩擦阻力的，水溝的開挖必然影響到粉土對樁的摩擦力。我們考慮受水溝影響的此排樁所承擔的軸力較小，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，對樁周圍土壤進行固化加固處理，可以開挖。 針對水溝開挖我們設計了施工方案如下：首先我們對受影響的樁基周圍土壤進行加固處理。我們采用化學漿液注入法處理樁周圍3米深度4.5米范圍內地基。根據地質勘察報告，此區(qū)間內土壤為粉砂，所以采用水玻璃系或硅酸鈉化學漿液注入土壤中，化學反應形成硅酸凝膠，短期內土壤強度可以達到1-1.4兆帕，且具有不透水性。水溝的施工采取垂直開挖，側壁加固支護，分段開挖澆筑，每段長度不大于2米。

　　三、柱加固加層施工方法

　　根據計算我們將底層邊柱，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備的大梁，我們沒有采取一般混凝土結構的加層法，將屋蓋揭除植筋柱加高，而是從頂層柱中部計算彎距最小處截斷。為了使減小施工對原有柱強度產生的不利影響，我們將所以加高柱分三批從不同地方截斷加高，柱截斷時采用無損靜力機械截斷。新老柱混凝土澆注前，界面用鋼絲刷刷毛，用壓縮空氣吹凈，然后涂刷界面結合劑。鋼筋連接采用與原有鋼筋直徑相同的鋼筋機械擠壓套筒連接，滿足接頭錯開的要求。混凝土澆注完畢后，柱相應外包750mm長,10mm厚鋼板加固處理。這種方法可以有效的提高截斷處混凝土柱抗剪切力。

　　在整個加固，加層工程施工前，必須拆除所以墻體，設備，和屋蓋。這樣可以減輕結構自身重力。我們的設計思想是揭除屋蓋梁板－卸載－柱加固－加層－輕屋蓋代換。

　　通過此項工程，我們設計小組在加層加固方面做了一些有益的探索?？偨Y混凝土結構加層加固我們認為：

　　1、加層工程必須仔細核算原有建筑物的地基，主體結構才能實施。

　　2、舊有建筑物，通過先進的設計計算理論，有效改變力的傳遞體系，減輕結構自重，采用輕質高強材料可以為加層創(chuàng)造實施的可能性。

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

　　4、結構的保護性拆除是改造工程的難點，風險極大，需反復斟酌設計和施工方案，綜合運用現場一切手段，如動態(tài)監(jiān)測、臨時支撐等技術措施，避免突然加載和卸荷沖擊結構。