马健华，苑东亮

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454003)



置换混凝土加固法在剪力墙加固中的应用

马健华，苑东亮

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454003)

摘要：某高层住宅的部分剪力墙在施工中出现混凝土强度严重不足的问题。经过加固方案的比选，确定采用置换混凝土加固法。在加固施工过程中，不断完善加固方案并对实施过程加强控制，取得了良好的加固效果，积累了加固施工经验。

关键词：置换混凝土；加固法;高层住宅；剪力墙

在当前技术条件下，剪力墙结构是高层住宅建筑常用的结构形式。该结构是用钢筋混凝土剪力墙同时承受竖向荷载和水平荷载的结构，混凝土的强度会直接对整个建筑的安全产生影响。在实际工程中，由于错误的设计、施工质量事故、不适当的使用等原因导致混凝土强度偏低，使建筑物无法满足正常的使用要求，必须对其进行检测、鉴定和加固。混凝土置换加固法适用于承重构件受压区的混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固，本文对置换混凝土加固法在剪力墙加固中的应用进行分析研究。

1工程概况

某小区7#住宅楼主体结构类型为剪力墙结构，基础采用筏形基础，该工程总建筑面积约为15 634.58 m2，地下1层，地上18层，混凝土设计强度等级：第1层到第8层所有混凝土强度为C30,第9层到第18层所有混凝土强度为C25。由于施工及现场管理出现失误，使原本使用在该小区另一栋楼的基础垫层的C25混凝土用到了该楼的6层主体结构上并且该部分砼在罐车中停留的时间超过了砼的有效期，根据委托方要求,河南省建筑工程质量检验测试中心站有限公司对6层轴线为1-15～1/0A-1/L范围内的混凝土构件强度进行检测,发现该层墙、梁、板混凝土强度均低于30 MPa，完全不能满足建筑设计的使用功能及安全性要求，根据以上实际情况，对该工程事故进行加固处理。

2加固方案的提出

对原剪力墙混凝土进行强度试验。对试验数据进行综合分析验算后，提出了几种剪力墙的加固方法：采用置换混凝土加固法(大致检测的砼强度等级均低于15 MPa)、增大截面加固法(大致检测的砼强度等级均在15～25 MPa)、粘贴钢板加固法(大致检测的砼强度等级均在25～30 MPa)和碳纤维加固法。

对于混凝土强度均低于15 MPa的混凝土剪力墙，在选择加固方法时对几种加固方案进行了比较[1]：由于混凝土强度偏低，粘贴钢板加固法无法采用；碳纤维加固法不能从根本上彻底解决剪力墙轴压比的问题，不能达到混凝土原设计强度；若采用增大截面加固法会增加结构的自重、改变结构构件的尺寸、减小建筑结构的使用空间、影响建筑立面效果。置换混凝土加固法同其他加固法相比，加固费用基本相当[2]，加固过程中只对原混凝土进行置换，不增加构件的截面尺寸、不改变建筑结构的布局、不改变结构所受的荷载和传力路径、不改变建筑外观和使用空间及功能，加固后能恢复结构原貌，适合对混凝土结构强度偏低的构件进行加固。置换混凝土加固法是在施工过程中用挖补的办法，用优质的混凝土置换劣质混凝土。置换混凝土的范围为检测的砼强度等级均低于15 MPa的剪力墙。混凝土置换是将原混凝土构件的混凝土完全凿除，再将新旧混凝土结合面清理干净，保留原钢筋，用强度等级为C35的高强无收缩粗骨料型灌浆料重新浇筑，在水泥的水化过程中，新旧混凝土黏结成一个整体，可以从根本上解决混凝土强度不足的问题。

3剪力墙加固方案

置换混凝土加固法一般常用于承重构件受压区混凝土强度等级偏低或受压区混凝土有严重缺陷的局部加固处理，重新浇筑的混凝土应满足设计要求，置换用的混凝土强度等级应比原构件混凝土强度提高一级，且不应低于C25。

3.1置换混凝土加固方案施工工序

置换剪力墙混凝土的施工工序：对构件及周围构件进行有效卸载和支撑→凿除原剪力墙混凝土(凿除宽度范围为400～700 mm)→千斤顶有效支撑→截面处理及钢筋修复→模板安装→浇筑灌浆料→灌浆料达到强度后取出千斤顶→混凝土的养护→施工质量检验和验收。

3.2混凝土支撑卸荷体系

该工程已经封顶，剪力墙在梁、板等结构自重的作用下，已经产生内力，在剔除混凝土之前一定要采取合理有效的支撑和卸载，施工时所有相交的梁端必须设支撑，并进行详细的支撑与卸荷计算，确保施工的安全。剪力墙两边应分别拆除置换，每个墙肢应分段置换，编制合理可行的专项施工方案和支撑拆除方案，并严格按照方案搭设支撑与卸荷体系。支撑体系有永久支撑和临时支撑两种。

3.2．1置换混凝土的永久支撑

按施工方案要求，剪力墙分段置换长度为400～700 mm，支撑设置也采用400～700 mm间距。经过计算，支撑材料使用Φ60实心圆钢能满足承载力要求，上下端使用180×180×10 mm钢垫板，施工时先将钢垫板位置清理干净，打磨平整，底座铺乳胶水泥，以保证钢垫板与砼结合良好，钢垫板安装完成后，用Φ60实心圆钢下部与钢垫板焊接，上部与50 t千斤顶连接，千斤顶顶着上部钢垫板加力，该支撑为永久性支撑，浇筑到砼内(见图1)。在支设模板时，在千斤顶的部位预留空间，混凝土龄期满足后将千斤顶卸除，用同强度混凝土补洞。

剪力墙在置换过程中所受到的承载力计算略。

3.2．2临时支撑

施工时在所有房间距离剪力墙100 mm的位置设双排支撑架，支撑架采用扣件式钢管搭设，搭设范围为地下室底板面至第18层楼板面。立杆的纵横间距为600 mm×600 mm，沿立杆设上、中、下3道横杆，步距为1 200 mm，立杆下部垫通长型钢，立杆上部设顶丝垫型钢(见图2)。剪力墙置换施工时所有相交的梁端必须设支撑，剪力墙置换完成后，即可拆除支撑。

在进行立杆稳定性验算[4]时，只需对6层立杆进行稳定性验算，在立杆纵横间距一样的情况下，剪力墙和立杆共同承担上部楼层的荷载。

(1)楼面荷载值。

在计量钢管支撑架的自重标准值时，为方便计算，参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130—2011)表A.0.3中满堂支撑架立杆承受的每米结构自重标准值,可得到每层钢管荷载自重标准值为0.262 6×2.78×12=8.7(kN)。1根钢管所承受的承载力N=141.99/4=35.50(kN)。

(2)立杆稳定性验算。

查《钢管扣件式模板垂直支撑系统安全技术规程》[5](DGTJ08—16—2011)中表3.4.3-1、表3.4.3-2可得

l0=K1K2(h+2a)=1.185×1×(1.2+0.3)=1.778 (m)

立杆的长细比

查《钢管扣件式模板垂直支撑系统安全技术规程》DGTJ08-16-2011表3.41可得

Φ=0.496

满足立杆稳定性要求。

图1　永久支撑

图2　临时支撑

3.3施工过程中沉降监测

在加固施工过程中必须对整个结构的安全进行不间断监测，施工监测使用固定水准仪以及百分表,仪器和观测人员应尽可能地固定。在置换混凝土开始前，支撑搭设好以后便开始进行测量，在剔除混凝土后不同时期依次进行观测，直到混凝土置换完成，当置换的混凝土强度到达设计要求后对支撑体系进行拆除，并再次进行沉降测量，支撑拆除4 d后，进行最终测量。应用水准仪对卸载点的位移观测，变形观测可在相邻不拆除的墙体上设水平点作为参考，在拆除过程中观测拆除墙体的水平点与相邻墙体水平点变化情况，如在拆除过程中发现水平点位移有较大变化时，应立即停止拆除施工，采取措施后方可继续进行。

3.4混凝土界面的处理

将缺陷混凝土剔除到密实部位后，对新旧混凝土结合面处，凿毛原混凝土的表面，要求全表面露出新鲜的混凝土，凿毛深度为10～20 mm,然后用高压水枪和钢丝刷把混凝土凿毛面粉尘清洗干净，凿毛后混凝土表面要用水充分湿润，以保证新混凝土浇筑时界面处于湿润的状态，在浇筑新混凝土前在原构件混凝土结合面涂刷界面胶[6]。原混凝土界面处理完成后，不得有松动的石子、浮砂，应全面检查混凝土界面打毛是否符合规范及设计的要求，并检查界面胶涂刷是否均匀、无遗漏，做好相关记录。

3.5钢筋的处理

在剔除混凝土的施工过程中要尽量减少对钢筋的扰动，保留原钢筋。界面处理完成后应进行钢筋修复配置，对凿除区域的钢筋进行表面处理，尤其是要将残留在钢筋表面的混凝土清除干净，以便能使新浇筑的混凝土与原钢筋良好结合。施工中如发现需要替换的钢筋，应使用设计要求的钢筋进行替换，将已拆除混凝土的工作面内的受损钢筋，按相应规范进行调直、修复、补强。

3.6模板的搭设

在置换混凝土的部位支模，在区域的外周边安装V形槽，做成进料口。口上边至少高出缺陷上平面100 mm,按照设计尺寸安装模板，支设模板时应在千斤顶的部位多预留空间，以便混凝土龄期满足后将千斤顶卸除。模板在现场拼装时要控制好相邻板面之间的拼缝，两板接头处要加设卡子，以防漏浆，拼装完成后用钢丝把模板绑扎牢固，必须确保模板的刚度、强度、稳定性，特别是刚度的要求，不得出现模板变形。

3.7混凝土的浇筑

浇筑混凝土时采用C35高强无收缩粗骨料型混凝土，混凝土的坍落度在180～200 mm的细石混凝土。在浇筑灌浆料前，应清理界面污物和松散颗粒，用高压水冲洗干净，在新旧混凝体交接处，涂刷一层与混凝土同性能的界面结合剂，并充分湿润。浇筑过程必须连续进行不间断浇筑，尽量缩短混凝土浇筑时间，新旧混凝土界面黏结质量应符合有关标准规定。

置换混凝土加固法在凿除混凝土时必须凿除到上一层强度符合要求的混凝土下方，浇筑时应从上层楼板与待置换剪力墙结合处开洞进行灌浆料的浇筑，洞口直径为100 mm，如图3所示。根据现场条件，在浇筑完混凝土后，采取有效措施对新浇筑构件进行养护。

图3　剪力墙混凝土浇筑示意图

3.8拆模后的养护

拆除混凝土模板后，须对新浇筑的混凝土进行养护处理，养护时间一般在7 d以上，洒水并保证100%的养护湿度，养护期间由专人负责对新浇筑混凝土进行强度检测，在满足设计强度的80%以上的条件下，逐步对剪力墙钢管支撑体系进行拆除。

4施工注意事项

(1)编制合理可行的专项施工方案和支撑拆除方案，并严格按照方案搭设支撑与卸荷体系。加固施工应由具有专业加固资质的施工队伍施工，施工中应严格按有关规范执行。

(2)加固工程施工所需要的支撑钢管和扣件必须满足规范要求，现场严格管理。

(3)根据结构受力计算出该处剪力墙所受的最大压力，然后确定千斤顶的工作压力。螺旋千斤顶的操作使用要有专人负责。

(4)各种原材料必须有出厂合格证和检验报告，不合格的材料严禁使用。

5结束语

(1)本文所采用的剪力墙置换混凝土方法已在实际工程中成功应用，加固效果良好。

(2)结构加固方案应结合工程实际情况，在分析已有资料的基础上对加固方案进行灵活的选取。

(3)采用混凝土置换加固法能从根本上解决混凝土强度不足的问题，施工过程中应重点做好卸载和支撑措施。在施工过程中进行创新和优化设计，不断完善加固方案，在施工过程中进行信息化质量控制。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构加固设计规范:GB 50367—2006[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]郑育新.高层建筑混凝土柱整体置换混凝土加固施工方法[J].施工技术,2011(21):91-93,100.

[3]陈尚建,刘海波,欧阳普英,等.置换混凝土法在结构加固设计中的应用[J].武汉大学学报(工学版),2008(S1):77-79.

[4]江方文,许庆峰,王胜天,等.抽条式置换混凝土-剪力墙加固技术[J].建筑技术开发,2013(12):20-23.

[5]上海市建工设计研究院有限公司.钢管扣件式模板垂直支撑系统安全技术规程:DG/TJ 08-16—2011[S].

[6]刘雄.混凝土局部分期置换法在结构加固中的应用研究[D].长沙：湖南大学,2011.

Replacement of concrete reinforcement method in application of shear wall reinforcement

MA Jian-hua, YUAN Dong-liang

(CollegeofCivilEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454003，China)

Abstract：Combining with the actual project,the concrete strength of severe low some high-rise residential shear wall reinforce,reinforcement scheme compared,the displacement of concrete reinforcement method is used.In the process of construction,the reinforcement scheme is being improved and the implementation process is controlled as well,which has obtained good effect.

Key words：displacement of reinforced concrete;reinforcement method;high-rise flats;shear wall

中图分类号：TU37

文献标识码：A

DOI:10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.01.012

文章编号:1674-7046(2016)01-0066-05

作者简介：马健华(1989—),男， 河南鹤壁人，硕士研究生。

收稿日期：2015-09-10