李其廉　宋　帅　郭颜茹　敬旭初

(1.河北科技大学，河北 石家庄　050018；　2.河北省建筑科学研究院，河北 石家庄　050021)



某在建工程框架柱分批置换混凝土加固技术

李其廉1宋帅1郭颜茹2敬旭初1

(1.河北科技大学，河北 石家庄050018；2.河北省建筑科学研究院，河北 石家庄050021)

针对某在建工程框架柱混凝土强度等级偏低的情况，确定了分批置换混凝土加固方案，对置换期间被置换柱及其周围构件进行沉降变形监测，并对结构卸荷系统进行了承载能力与稳定性监测，实践证明，该方案取得了良好的加固效果。

结构加固,结构卸荷,置换混凝土,灌浆料

1　工程概况

2　加固方案的选择

对于混凝土强度偏低的情况，可采取以下3种加固方案：

1)拆除后重新施工。对标高+4.750 m以上的结构拆除后重新施工，这种方法的工程隐患和风险最小，但经济成本较高、影响施工进度。2)增大截面加固法。这是比较常用的加固方法，技术措施可靠。但原混凝土强度严重偏低，采用增大截面加固法，加固后的框架柱与原柱相比，截面尺寸相差太多，影响建筑外观和使用功能，同时会导致框架柱周围梁系端部承载力不满足要求，甚至会影响到以后的销售问题。3)分批置换混凝土加固法。这种加固方法就是分批将不满足设计要求的混凝土完全剔凿，保留原结构钢筋，用高于设计强度一个等级的混凝土重新进行浇筑，从而达到原设计要求。由于只对原混凝土进行置换，截面尺寸不发生变化，而且周围梁系承担的荷载和内力也不会发生变化，不需对周围梁系加固处理即可满足原设计要求。通过从经济指标、施工进度、使用功能、结构承载能力等方面对比论证，得出方案3)经济成本适中、施工工期较短、不改变原建筑布局，而且可以从根本上解决混凝土强度偏低的问题，因此，最终采用方案3)对该工程进行加固。

3　分批置换混凝土加固方案

分批置换混凝土加固施工应按下列工序进行：

结构卸荷→被置换柱混凝土分批剔凿→结构变形监测→界面处理→钢筋修复→支模→浇筑高性能水泥基灌浆料→混凝土的养护→拆模→检查验收→下一批混凝土剔凿到拆模→拆除卸荷系统。以上各个工序环环相扣，缺一不可。下面从总体角度介绍该方案应该注意的几个关键点。

3.1置换混凝土材料

置换混凝土选用高性能水泥基灌浆料，该材料具有早强、高强、环保、流动性强等特点。通过抽取试样进行检验，其各项性能符合GB 50550—2010建筑结构加固工程施工质量验收规范要求。

拌合混凝土应采用符合国家标准的饮用水，当采用其他水源时，应进行抽验，水质应符合JGJ 63—2006混凝土拌合用水标准的规定。

3.2支撑卸荷

由原设计图纸计算得出各标高支顶梁位置(如图2所示)以及承担的荷载(见表1)，根据各梁承担的荷载确定钢管的位置、个数、规格。

表1　各层梁承担的荷载

标高梁ZDL1/kNZDL2/kNZDL3/kNZDL4/kN-7.900188———-4.000135———-0.050166——1334.750,9.55021218511810214.35019320012411119.45020822122112423.050210211211114注:该表中荷载为板、梁自重标准值

1)梁下钢管承载力计算。 由表1可知：ZDL1在标高-7.900 m以下支顶管承担的荷载最大，选用钢管规格φ48×2.5，Q235支顶卸荷。

N=2 122 kN，An=357 mm2，i=16.1 mm，ZDL1净跨7 300 mm。

GB 50017—2003钢结构设计规范第5.1.1条有：

由上式可知：

由ZDL1净跨7 300 mm,n=31,则钢管间距需不大于500 mm,梁下布置两排，板下一排，需要45个，所以按构造即能满足承载力要求。

2)梁下钢管稳定计算。由以上可知：

由GB 50017—2003钢结构设计规范附录C可知：长细比需控制在88以内,即：

l0≤88×i=88×16.1=1 417 mm。

即立管纵(横)向水平杆间计算长度不得大于1 417 mm。

参考JGJ 130—2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范附录C,取立杆计算长度系数为2.0，则纵(横)向水平管间距(步距)不得大于708.5 mm。

通过计算分析：钢管架设计满足承载能力、稳定性要求。因此，各梁系按照上述要求布置，如图3所示。

3.3分批剔凿框架柱混凝土

根据某工程建设质量检测中心出具的混凝土强度检测报告，确定置换柱ZHZ1(标高+4.750 m～+9.550 m),ZHZ2(标高+9.550 m～+14.350 m)的剔凿范围。剔凿时应分批进行，由于卸荷后置换柱还承受自重，且柱截面尺寸(1 100 mm×1 100 mm)较大,若整体剔凿可能会导致柱钢筋变形过大，不利于原结构的安全。若分批剔凿，其余混凝土仍然可以起到承载和传力的作用，减小柱钢筋的变形。在分批剔凿过程中，置换柱ZHZ1在标高+4.750 m～+9.550 m出现最大轴压比，承受的荷载为标高+4.750 m～+9.550 m段1/2截面柱自重加上标高+9.550 m以上全截面柱自重。

需置换混凝土强度等级按C20。置换柱ZHZ1承担的荷载设计值如下：

NZHZ1=1.35×(1.1×1.1×13.5+1.1×0.55×4.8)×25=649.3 kN。

由GB 50011—2010建筑抗震设计规范第6.3.6条可知：

同理可得：

μZHZ2=0.078 1。

3.4结构变形监测

在置换施工期间设置多个沉降变形监测点，在框架柱上设置监测点，采用精密水准仪进行监测。在框架柱周围梁系端部设置监测点，采用千分表进行监测。监测时间节点从框架柱拆除至置换混凝土达到设计强度为止。从整个沉降变化情况来看，梁、柱变形极其微小，测得监测点变形最大值分别为0.137 mm，0.210 mm,几乎可忽略不计。在卸荷系统单支钢管底部设置压力传感器，用来测量卸荷过程中其承载能力。整个置换过程中测得的单肢钢管的承载力小于其极限承载力。结果表明，置换部分与原结构协调受力良好，未发现柱及周围梁系的变形和裂纹过大现象。

3.5浇筑混凝土及养护

待第一批混凝土剔凿完成以后，清除混凝土表面的粉尘，在新老混凝土交接处涂抹与混凝土同性能的界面剂，保证新旧混凝土能够较好的结合。若有破坏的钢筋，按照原设计要求进行钢筋修复。施工现场应留同条件试块2组，根据试验室测得同条件试块抗压强度，确定下一批的施工时间。浇筑完毕后，按照要求及时养护，养护时间不宜少于7 d。

4　结语

对于框剪结构—框架柱混凝土强度等级偏低的情况，须进行加固处理，采用分批置换混凝土法进行加固。实践证明，该项技术可靠性高，从根本解决混凝土强度偏低的问题，但在加固设计和施工过程中有一定的难度，因此，通过该工程实例提出了几点建议，以供类似混凝土结构加固工程参考：

1)置换混凝土材料宜选用高性能水泥基灌浆料，该材料具有早强、高强、对周围环境无污染等特点。在施工方面具有质量可靠、缩短工期和使用方便等优点。

2)设置可靠的卸荷系统是整个置换加固过程中一个重要环节，关系到整个结构的安全和稳定，须严格设计和施工。

3)在置换施工过程中，应对被置换构件及相关结构构件进行变形监测，以确保置换施工的顺利进行。

[1]GB 50367—2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[2]GB 50550—2010，建筑结构加固工程施工质量验收规范[S].

[3]GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

[4]JGJ 130—2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[5]郑育新.高层建筑钢筋混凝土柱整体置换混凝土加固方法[J].施工技术，2011(21)：91-93.

[6]费广清.置换混凝土加固剪力墙在某工程中的应用分析[J].安徽建筑，2015(4)：71-73.

[7]周晓悦，章雪峰.分批置换混凝土在高层框剪结构加固中的应用实例[J].建筑技术,2012(4)：365-367.

The reinforcement technology of a construction in progress frame column partial replacement concrete

Li Qilian1Song Shuai1Guo Yanru2Jing Xuchu1

(1.HebeiUniversityofScienceandTechnology,Shijiazhuang050018,China;2.HebeiResearchInstituteofArchitectureScience,Shijiazhuang050021,China)

According to the situation of low strength of a construction in progress frame column, determined the partial replacement concrete reinforcement scheme, made sedimentation deformation monitoring to replacement column and its surrounding members during displacement period, made bearing capacity and stability monitoring to structure unloading system, the practice proved that this scheme achieved good reinforcement effect.

structural reinforcement, structural unloading, replacement concrete, grouting material

1009-6825(2016)19-0025-03

2016-04-27

李其廉(1965- )，男，副教授；宋帅(1988- )，男，在读硕士

TU755

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