北京市某建筑工程框架結(jié)構混凝土加層加固改造技術

結(jié)合北京某鍋爐房結(jié)構改造工程，介紹了混凝土結(jié)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。
　　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(jié)構，基礎為擴底灌筑樁，梁、柱、基礎均為現(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(jié)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(jié)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(jié)構計算及加固方案的設計
　　根據(jù)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(cè)摩擦力，樁身長度9.5米。地質(zhì)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(jié)構空心磚墻填充，層高分別為4.5m，3.5m，3.5m，原有結(jié)構混凝土強度等級C25，抗震設防烈度為8度。
　　根據(jù)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(jié)構計算軟件對加層加荷后結(jié)構整體計算。（計算時根據(jù)規(guī)范我們將混凝土和鋼筋的強度乘以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(nèi)側(cè)無梁拉接），以此增加結(jié)構整體性。并將整體加固模型用三維空間結(jié)構軟件分析計算，計算結(jié)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(nèi)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(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，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(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，預埋埋件。
　　2、從基礎頂?shù)灼饘⒌讓又孛婕哟螅溆嘀孛嫱獍摷庸獭Ｕ麄€工程采取減輕結(jié)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(jù)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(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(nèi)地基。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，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漿液注入土壤中，化學反應形成硅酸凝膠，短期內(nèi)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(cè)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(jù)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(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備的大梁，我們沒有采取一般混凝土結(jié)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(chǎn)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(jié)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(jié)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。總結(jié)混凝土結(jié)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(jié)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(jié)構自重，采用輕質(zhì)高強材料可以為加層創(chuàng)造實施的可能性。
　　3、在混凝土結(jié)構加固工程中，盡可能使新增結(jié)構和原混凝土結(jié)構融為一體，共同發(fā)揮作用。
　　4、結(jié)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(xiàn)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(jié)構。