湖北省棉花检验中心实验楼加固改造技术

【摘要】 本工程在部分楼层正常使用的情况下，通过对基础进行锚杆静压桩加固；柱、梁采用粘钢和粘碳纤维的加固方法以及植筋技术达到房屋加层。

【关键词】 锚杆静压桩；粘钢；粘碳纤维；植筋

湖北省棉花检验中心实验楼工程位于武汉市武昌区凤凰山湖北省纤维检验局内，始建于1991年，使用至今，其结构未反映有异常。该建筑是八层现浇钢筋混凝土框架结构，楼面为预制空心混凝土板，基础为静压预制方桩承台基础。该建筑原有设计、施工资料均已遗失，唯一的技术资料为湖北省建筑工程质量检验测试中心二零零五年十一月二十三日提供的《湖北省纤维检验局办公楼加层检测鉴定报告》。应甲方要求，该建筑改造加至十层，同时有一半楼层的设备仪器在加层改造过程中还得正常工作。

2.1基础加固设计方案

2.1.1基础方案选择

结合建设单位的要求及结构受力特点，基础加固施工存在以下难点：1）基础加固施工环境影响要小。检验局大楼在加固改造分段施工的同时，其他办公区正常工作。也就是一至四层施工同时，五层以上正常工作。2）基础加固场地狭小，一般桩机无法展开施工。3）基础施工与结构加固同时施工，要求基础加固施工尽可能减小改造加固引起的结构构件的二次应力和二次变形。

综合考虑结构特点、原有基础形式、工程地质条件和施工环境等因素，拟采用钢管锚杆静压桩加固基础。

3.1.2布桩设计：由于原桩位无法确定，先用不大于φ60做探孔，无原桩后再钻压桩孔。

a）单桩承载力特征值为180kN，压桩力360kN。

b）桩数：在每根柱基承台下压桩数量为对称的2根，在电梯井的柱基承台下压桩数量为对称的4根。同时在各承台植入HRB335Φ25的螺纹钢筋作为锚杆。

c）桩身设计：选用Φ180×5热轧钢管为钢管桩，带封闭桩尖，每节桩长2m，采用焊接接桩。钢管外侧涂刷防腐沥青油膏3遍，压桩完成后，钢管内浇C30细石砼。

2.2梁、柱加固设计方案

2.2.1梁、柱加固方案选择

梁、柱的加固方法有：加大截面法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法、外部粘钢加固法、外包钢加固法和外部粘碳纤维布加固法。前三种加固方法相对复杂，施工程序繁琐，施工质量难以控制，施工工期较长。而后三种加固方法工艺简单、施工方便，施工工期较短，且所占空间小，几乎不增加被加固构件的断面尺寸和重量，不影响房屋的使用净空，不改变构件的外形，性价比较高。本工程主要选用碳纤维布加固方法，同时个别受力点采用外包钢加固法。

通过《湖北省纤维检验局办公楼加层检测鉴定报告》中反映的结构特征，经计算，一层个别混凝土柱在改造加层中，存在承载力不足的缺陷，仅仅使用碳纤维布加固不能有效解决这个问题。因此对这几根柱子采用外包钢加固法。其余各柱通过计算分析，普遍不满足斜截面承载力及抗震构造要求，柱的延性较差，部分柱轴压比不符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）要求，采用柱粘贴碳纤维加固方法进行抗震加固。加固方法如下图示：

根据各梁跨度及上部荷载的作用，对梁的加固方法的选择有所不同。主要进行梁的正截面抗弯和斜截面抗剪加固，通过计算，在梁底粘贴单层250宽0.167厚CFRP抵抗正截面弯矩，在梁侧沿梁跨度1/3的两端范围内粘贴U型CFRP箍和钢板箍。加固方法如图示：

3.1加固施工技术总则

加固施工前应对原结构尽量卸载，拆除砌体围墙，尽量减轻办公活荷载。施工采用“先加固基础，接着加固1-4层结构，后加固5-8层结构，最后进行8-10层的结构加层”。同一层结构先加固柱，再加固梁”的顺序组织施工。在施工过程中对原有结构的保护、新老结构的界面处理和植筋锚固质量，是本工程施工控制的重点也是难点。

3.2基础加固施工技术

3.2.1锚杆静压桩施工流程

压桩采用的压桩设备为现场组装的格构式的钢支柱加工字钢横梁。

施工的基本流程是：运输→桩机就位→吊桩→压桩→焊接接桩→继续压桩→压桩完成后拆卸压桩机具，记录入土深度和压桩力→封桩。

3.2.2施工要点：

压桩时要注意：

1) 压桩架应保持竖直，锚固螺栓的螺帽或锚具应均衡紧固，压桩过程中应随时拧紧松动的螺帽;

2) 就位的桩节应保持竖直，使千斤顶、桩节及压桩孔轴线重合，不得偏心加压；

3）整根桩应一次连续压到设计标高；

4）压桩施工应对称，但不应数台压桩机在一个独立基础上同时加压。

在桩端达到设计持力层深度后，千斤顶卸载，拆除压桩架，焊接锚杆交叉钢筋，将C30微膨胀混凝土浇灌入孔口，振捣密实封桩。

3.3柱、梁加固施工技术

3.3.1柱包钢加固施工技术：

     1）凿除柱表面粉刷层，将混凝土表面打磨平整，四角磨出小圆角，并用钢丝刷刷毛，用压缩空气吹净。

     2）在角钢和扁钢箍内表面打磨除锈，用压缩空气吹净。

     3）将角钢用夹具固定在柱的四角，要求柱面与角钢的间隙在1-5mm间，以便于灌注建筑结构胶。

     4）选择合适的焊接工艺，将扁钢箍及角钢焊接成一个钢骨架。用IFS无机快速封堵材料将角钢及扁钢箍周围封闭（留出排气孔）。待密封胶固化后，按比例调配建筑结构胶，灌入角钢和扁钢箍内，要求灌注密实。

     5）对加固后柱的外表面除锈并打磨，刷2道防腐胶，待防腐胶固化后进行检查验收。

加固前须对原有构件表面与钢材粘合面仔细处理打磨至坚硬处，除去油污和粉尘。

钢材表面进行除锈后沿受力方向打磨出纹路，锚栓钻孔须避开原有结构主筋，被加固构件上所有钢材安装到位后施焊焊为一体，未注明焊缝高度不小于5mm，满焊，所有加固粘合面内灌入结构胶，灌胶后结合面处粘接面积锚固区和非锚固分别不得小于90％和70％，灌胶后严禁在粘合面处及附近钢材上施焊。

3.3.2粘贴碳纤维布的施工技术：

1）柱、梁表面处理：凿除柱、梁表面粉刷层，将混凝土表面打磨平整，柱、梁转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm，并用钢丝刷刷毛，用压缩空气吹净，并用修复材料将混凝土表面修复平整，保持混凝土表面干净和干燥。

2）涂刷底层树脂

采用滚筒刷将配制好的底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。宜在底层树脂表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。

3）找平处理

对混凝土表面凹陷部位用已配制好的找平材料填补平整，不应有棱角。转角处采用找平材料修理成为光滑的圆弧，半径不小于20 mm。

4）粘贴碳纤维片材

按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于粘贴部位，将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，使浸滞树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布，多层粘贴时应重复上述步骤，并应在纤维表面的浸滞树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴，在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸滞树脂。

3.4加层植筋施工技术

1）植筋施工工艺如下：定位→钻孔→清孔→钢材除锈→锚固胶配制→植筋→固化、保护→检验及验收

2）按设计要求表示植筋钻孔位置、型号，如果基材上存在受力钢筋，钻孔位置可适当调整，但均宜植在箍筋内侧。

3）钻孔宜用电锤或风钻成孔，如遇钢筋宜调整孔位避开。

4）钻孔直径d+10㎜。

5）当基材混凝土强度等级大于C20，对HRB335、HRB400螺纹钢筋，钻孔孔深15d，锚固力即可大于钢筋屈服值。具体钻孔深度可参考此标准，根据实际所需锚固力大小，现场拉拔试验确定。

本工程在部分楼层正常使用的情况下，为尽量减少给正常工作带来的影响，采用锚杆静压桩进行基础加固；对柱、梁进行粘钢和粘碳纤维加固时，将整栋楼按楼层分两段进行；最后进行上部的加层施工。实际观测表明：建筑物的沉降是稳定的，该项加固技术是成功的。

 

 

参考文献：

1   CECS 146 ：2003   碳纤维片材加固混凝土结构技术规程

2   GB50367-2006   混凝土结构加固设计规范

 

张海波 （1970--），男，湖北鄂洲人，武汉建工第二建筑有限公司技术开发部主任，高级工程师，一级建造师，注册监理工程师，武汉市武昌区民主路596# 430071，电话：13871363936

杨斌；武汉建工第二建筑有限公司主任工程师

徐志翔：武汉建工第二建筑有限公司经营公司副经理

张泉：武汉建工第二建筑有限公司工程师