某高校教学楼加固设计与施工

某高校教学楼加固设计与施工

陈亦文,栾冠华

(武汉大学,湖北武汉430072)

　　【摘　要】　某高校教学楼建于1955年,存在较多安全隐患;据检测鉴定结果,已危及正常使用,通过进行加固设计与施工,取得了良好效果。文中详细讨论了加固的设计和施工中的关键问题。　　【关键词】　砖混结构;　加固;　裂缝;　碳纤维布　　【中图分类号】　TU74613　　　　　　　　　　　【文献标识码】　B

　　武汉某高校一教学楼建于1955年,砖混结构。地面以上3层,主要用于教室;地面以下部分区域有1层地下室,设

计作为地下人防工程使用。目前地下室的一部分房屋主要用于存放杂物,一部分房屋没有使用。房屋四周布置有集中排水的砖砌明沟。

建筑物檐口标高为1014m,地下室室内标高为-2180m,总建筑面积205513m。基础采用条形基础,由体积比为1:2:4的石灰三合土夯实而成。上部结构为砖混结构,主要承重墙体为砖砌体;屋盖采用木屋架结构,上铺青平瓦,形成坡屋顶;楼盖部分除楼梯前面的休息平台板采用现浇混凝土浇制而成,密肋小梁采用预制混凝土构件。现浇梁板混凝土设计标号为110号(相当于现行规范的C10级混凝土),预制小梁混凝土设计标号为140号(相当于现行规范的C13级混凝土),楼盖板、板受力钢筋和构造钢筋均采用屈服强度为

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2500kg/mm(255N/mm)的钢筋。

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该房屋采用混合结构体系,按不适应继续承载的受力裂缝和非受力裂缝进行安全性评定时,实测的40面外墙构件单元中,有2面墙体单元被评定为cu级,1面墙体构件单元被评定为du级,且每一层中最早出现du级的比例为412%(<5%),故根据GB50292-1999《民用建筑可靠性鉴定标准》的有关规定,外墙的安全等级性评定为cu级;实测的36面楼内墙构件单元,有12面被评定为cu级,且每一层最多出现cu级的比例为113%(<5%),故其安全性等级评定为cu级。114　排水系统

(1)地下室排水不畅,有积水现象;

(2)卫生间排水系统不畅。根据现场卫生间外墙上遗留

的残余痕迹,鉴定该建筑物的卫生间排水系统曾出现过堵塞的现象,故后来对卫生间为排水系统重新进行了调整;

(3)挡土墙顶部的台阶上有比较宽的裂缝,而在阶梯顶端处无截流,屋顶排水设施大部分已损坏。下雨天,雨水大部分沿该台阶下泄,部分雨水渗入,对挡土墙和建筑地基基础造成极为不利的影响,易引起地基发生不均匀沉降,造成墙体开裂。

(4)教室和卫生间楼板厚度较小,楼板多处渗漏,导致板

地下室外围墙体采用浆砌片石砌筑,厚度为600mm。室内墙脚下面布置有集中排水的明沟,但因年久失修,目前地下室部分区域有积水,再加上室内通风条件差,部分楼板板底潮湿,且由于混凝土碳化已导致钢筋锈蚀,楼板板底混凝土局部区域有锈胀裂缝产生。

内钢筋锈蚀和混凝土碳化、剥落。

1　现场主要检测结果

111　屋架结构

2　加固方案

　　考虑到在施工工期紧、加固费用低的前提下要保证结构的安全性,根据现场检测和鉴定的结果,对加固方案进行优化,针对不同构件补强的要求,采用多种加固方法进行加固以满足各项承载力要求。

(1)钢筋混凝土楼板、肋梁构件及大梁混凝土碳化严重,导致钢筋严重锈蚀,楼盖混凝土安全性评定为du级,均应进行更换处理;

(2)因部分屋架均已不适合继续承载且达到危险点,部

木屋架均有不同程度的腐蚀和开裂,部分屋架产生不同程度的挠曲变形,其中,部分屋架因挠度超限,均己不适合继续承载且达到危险点,其余屋架由于原木开裂严重,从结构安全性的角度考虑,因此,建议部分屋架全部更换。112　钢筋混凝土楼盖

结构构件的安全度除与设计的荷载、材料性能取值以及结构抗力计算的精确度有关外,还与工程质量有着密切的关系。该建筑物是在20世纪50年代修建,当时的技术水平比较低,施工质量较差,混凝土浇筑不够密实。楼面梁、板混凝土的碳化深度都很大,老混凝土的平均碳化深度在20～

30mm以上,已超过钢筋的保护层厚度,引起钢筋锈蚀,体积

分屋架应尽快予以更换。其余屋架由于原木开裂严重,从结构安全性的角度考虑,应作相应的加固补强处理;

(3)改善建筑物室内及周边的排水系统,对挡土墙顶部台阶上裂缝进行灌浆处理,保证雨水不再渗入挡土墙后面;

[收稿日期]2007-08-08

[作者简介]陈亦文(1967～),女,湖南人,工程师。

膨胀,导致构件表面产生许多沿钢筋方向的顺筋裂缝,部分位置保护层剥落,严重危及到结构的安全性及耐久性。113　砌体结构构件

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四川建筑　第28卷5期　2008110

(4)对有裂缝的墙体应先凿去其粉刷层,对砌体内裂缝

施工技术与测量技术　

(5)植筋:将调好的结构胶装入注胶器内,然后用注胶器

做灌浆处理,然后涂刷粉刷层。将结构胶注入植筋孔洞,孔洞内注胶容量必须大于50%。转动钢筋缓缓植入孔洞内,使其达至设计深度要求。对于水平方向植入钢筋后需将孔洞阻塞。

(6)固化:对温度在10℃以上时,固化时间达48h后可受

3　加固改造设计及施工技术要点

311　外粘钢板的加固施工

外粘钢板的加固施工工艺流程为:力使用;温度达到24℃以上时,固化时间达36h后可受力使用;温度低于0℃时,应采取远红外线加热。固化期间不得对钢筋有任何扰动,固化后用结构胶对植筋孔洞进行封口修补。

(1)划线定位:据加固施工图,准确地在梁的表面共划出

(7)检测:为了检测植筋是否满足设计要求,应对所有钢

粘贴部位轮廓线及定出植筋的位置;

(2)表面处理:包括原结构贴面处理及钢板贴合面处理,

筋进行抽样检测,检测结果必须达到设计要求。

313　粘碳纤维布加固

贴合面处理是关键的工序;

①原结构贴合处理:在粘钢轮廓部位先打掉粉刷层,并用

电动角磨机打磨至原混凝土结构面,用吹风机吹去表面灰尘。如表面湿度较大,除上述要求外,尚须进行人工干燥处理;

②钢板粘合面处理:用电动角磨机打磨、直到露出金属光泽。打磨粗糙度越大越好,打磨纹路与受力方向垂直,粘贴前用棉纱贴丙酮或酒精擦拭干净;

(3)植筋;

(4)钢板制作安装;

(5)钢板粘贴:在粘贴钢板的贴合面涂沫结构胶,要求薄

粘碳纤维布加固施工工艺流程为:

31311　结构表面处理

(1)用钢丝轮角磨机清除混凝土表层的劣化层(出现剥

落、蜂窝、浮浆、腐蚀等劣化现象),并用吹风机吹净,露出干净、结构坚实的表面;

(2)对于混凝土胀裂、松散、钢筋锈蚀的现象,先凿除松

而匀,厚度3mm左右;

(6)固定与加压:钢板粘贴好后立即用夹具或支撑、木方

散部分,对锈蚀钢筋进行手工除锈,然后采用环氧树脂作防腐处理,并用环氧胶泥作为整平材料填平整。在填补环氧胶泥前,先在破伤口处涂刷一遍环氧胶液作为粘结剂,以保证环氧胶泥与老混凝土粘合良好,并且不会产生裂缝。对蜂窝、麻面的大直径空洞,采用环氧砂浆填充整平。对裂缝用专用环氧树脂密封胶沿裂缝将其密封;

(3)对表面经过剔凿、处理锈蚀露筋可能有出现的急剧凹陷或构件缺损部位,用环氧树脂砂浆修补平整,以保证结构件表面平整美观;

(4)对基面尖锐凸起的部位,用混凝土磨片角磨机磨平,对于转角粘贴部位,用角磨机进行倒角处理并打磨成园弧状,园弧半径为20mm;

(5)用无油压缩空气吹除粉尘,使得表面干净并保持干燥。31312　涂刷底层胶

(1)根据标准用量,算出所涂布面积的底层胶用量,视现场实际情况,确保在适用期内一次用完,按底层胶规定的配

及预埋植筋螺栓等固定,并适当加压,以使胶体钢从边缘挤出为度。固定加压后,用小锤敲击粘贴两面边缘钢板,如无

空洞声,表示己粘贴密实,否则应补胶或重新粘贴;

(7)固化与拆模:对温度在10℃以上,固化时间达到36h后可以拆除钢板外表的加压装置;

(8)检测:一般采用非破损检测。即外观检测钢板边缘

溢胶色泽、硬化程度,以及小锤敲击检测钢板的有效粘结面积。锚固区有效粘结面积不小于90%,非锚固区的有效粘贴面积不小于80%;

(9)钢构件表面防腐:对钢构件表面进行清理,表面应无可见的油脂、污垢及铁锈等附着物,并用压缩空气吹尽,然后涂刷防腐胶。312　植筋加固

植筋加固施工工艺流程为:

(1)施工放线:依据结构施工图,结合现场的实际情况,

方比例将底层胶主剂和固化剂置于干净容器中,搅拌均匀;

(2)用滚筒刷或毛刷将配制好的底层胶均匀涂沫于混凝土表面,胶层厚度应满足设计要求,待胶体表面指触干燥后,尽快进行下一步施工。

31313　找　平

准确无误地放出植筋孔洞位置。

(2)钻孔:①根据标出孔洞位置,用电锤进行钻孔,直至设

计深度;②钻孔后必须保证孔洞内干燥;③孔壁清洗:先用吹风机将孔洞内灰尘吹除,然后用棉纱蘸丙酮清孔壁,直至干燥。

(3)钢筋处理:①下料:按设计要求,对钢筋进行下料;②

待底层胶指触干燥后,混凝土表面若凹凸不平,用找平胶填平。模板接头处出现高差的部位也应用胶找平填补平整。转角处采用找平胶修理成光滑的园弧。园弧半径为20mm,找平胶按规定的配方比例配制。待找平胶表面指触干燥后,尽快进行下一步施工。31314　碳纤维布粘贴

(1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布,应尽量避免搭接。如若搭接,则碳纤维布纤维方向的搭接长度(下转第207页)

表面处理:将植入混凝土内的钢筋部分打磨除锈,并用棉纱蘸丙酮清洗干净。

(4)配胶:按WSJ-IV型胶产品使用说明书要求,将胶

液倒入干净容器内,以人工或电动工具将其调匀,注意观察容器底部与边角处的颜色,确保配好的胶体色泽一致;

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量发现n-1块的位置发生偏移,偏移角为θ,如图2所示。但在拼装时,是先拼装n-1#块,再拼装n#块,因此n-1#块

##

可看作没有转动,而是n块转动了一个角度θ。那么n块i端将移动至i′位置,即n+1#块j端将移动至j′位置,如图3所示。为了使以后的线形与理论线形接近,n+1块i端应保持原来的位置不变,这时n+1#块所处的位置即为修正后的理论位置。也就是说修正n+1块线形时,只需要修正其j端的整体坐标值即可。以此修正后的值进行n+1#块预制时,不会对后面梁段的线形产生影响。

#

#

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施工技术与测量技术　

所示代表理论位置,虚线所示代表实际位置,中心线所示代表n+1#块修正后的理论位置。

3　程序设计和应用算例

　　利用目前最流行的面向对象程序设计语言VisualC#编写了梁段预制时匹配位置的计算程序,其设计思路与前文叙述的理论一致。

厦门集美大桥C4合同段中有三段海中道路引桥,上部结构为50m跨径预应力混凝土连续箱梁,梁段顶宽

12175m,底宽51084m,高3m,总长2250m,采用的是节段

预制拼装。

以厦门集美大桥右幅41墩为例,将编程计算出的各梁段端点修正后的整体坐标值与理论值进行对比,计算出的值与理论值之差见图4。

图2　梁段误差示意

图3　线形修正示意

#

由表1可以看出,不论平面还是标高误差都没有超过

0101m,说明文中所提出的线形控制方法基本可行。

图2和图3中表示的都是梁中线两端点连线,其中实线

图4　右幅41#墩各梁段误差

4　结　论

　　随着国内建筑业的发展,桥梁建设的施工技术不断更新,现代桥梁施工对环保、工期及施工场地将提出更高的要求,使短线台座法预制混凝土节段梁的施工方法有着极大的推广前景。本文提出的节段梁预制时的线形控制理论,通过具体实例的计算,证明了该理论基本可行,具有一定的实用性。希望能为施工生产提供有益的参考。

参考文献

[1]　刘先鹏,刘亚东,戴书学,等.箱梁节段短线匹配法预制施工技

术[J].重庆大学学报,2006,28(5):59-62.

[2]　李立军.短线台座法在城轨交通节段梁预制施工中的应用

[J].现代城市轨道交通,2006(6):45-461

[3]　葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京:人民交通出版

社,2003.

(上接第205页)　按设计要求进行或不得少于150mm。

(2)调制浸渍胶,然后均匀涂沫于所要粘贴的部位,胶层固方案。

(2)应充分利用原有结构,尽量减少对原结构的损伤,加强开洞截断后钢筋的锚固。

(3)通过对梁板弹性计算结果进行调幅处理,可以达到既确保结构安全又减小加固量的目的。

(4)重视新老混凝土接触面的处理,增强新老混凝土接触面的粘接是确保新老结构共同工作的关键。

参考文献

[1]　JGJ12322000既有建筑地基基础加固技术规范[S].[2]　GB5001022002混凝土结构设计规范[S].[3]　GB5001122001建筑抗震设计规范[S].

[4]　CECS146:2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].[5]　张熙光,王骏孙,刘惠珊.建筑抗震鉴定加固手册[M].北京:中

厚度应满足设计要求,在搭接、拐角等部位要多涂抹一遍;

(3)将碳纤维布用手轻压贴于粘贴处,用特制的滚筒或

塑料批刀沿纤维方向多次滚压,挤出气泡,并使浸渍胶充分浸透碳纤维布(注意不要损伤碳纤维布)。多层粘贴应重复

上述步骤,待纤维表面指触干燥后方可进行下层的粘贴,并在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹表层胶。

4　结束语

　　该工程结构改造施工已经完成,达到了确保结构安全、缩短工期、节省改造费用的预期目标。通过对该改造项目的实践,对结构改造有下列体会和建议,可供同行进行类似改造设计时参考。

(1)改造加固设计应结合工程现状,综合考虑施工等因

素,优先考虑技术成熟可靠、施工周期短、加固费用低的加

国建筑工业出版社,2001.

[6]　曹双寅,邱洪兴.结构可靠性鉴定与加固技术[M].北京:中国

水利水电出版社,2001.

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