某老建筑结构改造加固的回顾

王若茂 （中冶华天马鞍山迈世纪工程咨询有限公司，江苏 南京 210000）

1 老建筑改造加固前现状

该老建筑为5层钢筋混凝土现浇框架结构，地处国内某市，始建于20世纪10年代，长度76m、宽度24m、檐口高29m，建筑面积约11000m，层高4.7m、5.0m不等；使用用途多次变化，期间已经多次加固（注：加固年代不详、主要增大截面法）；因功能改变，建设方需要对老建筑结构改造加固后重新继续使用，特委托一专业检测评估单位，深入现场重点对该老建筑主体结构安全性、抗震性能及耐久性进行检测鉴定，主要鉴定情况如下。

①地基基础：未发现上部结构存在明显的不均匀沉降引起的裂缝、变形和位移现象，地坪无沉降裂缝发生，地基稳定，但其基础混凝土强度较低、推定值17.6MPa、18.4MPa。

②上部结构：经现场检查，梁板柱构件存在不同程度的露筋、锈胀现象，其中楼面以及屋面板露筋现象普遍且严重、构件碳化及钢筋锈蚀严重；经钻芯检测，所测部分构件混凝土强度低于20 MPa，不满足《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第4.1.2条对混凝土强度最低要求，其中1层柱至3层柱、5层柱部分框架柱构件承载力不满足规范要求。

③安全性：根据规定，对“地基基础、上部承重结构和围护系统”的承重单元部分的安全性等级进行评定，其地基基础B、上部结构C、围护系统C，为此整体结构安全性鉴定结果C（注：C/C级：表示安全性不符合《民用建筑可靠性鉴定标准》对Au/Asu级的要求，显著影响整体承载，应采取措施，可能有个别构件必须立即采取措施）。

④抗震性：经鉴定评定，该老建筑抗震承载力不满足《建筑抗震设计规范》的要求，其综合抗震能力评定为不满足《建筑抗震鉴定标准》对C类钢筋混凝土房屋抗震鉴定的要求。

⑤耐久性：经鉴定评定，该老建筑框架柱构件耐久性不能满足后续50年使用要求，框架梁构件已达到耐久性极限状态。

⑥鉴定评估结论：

a.该建筑安全性等级为Csu级，表示安全性不符合《民用建筑可靠性鉴定标准》对Au/Asu级的要求，显著影响整体承载，应采取措施，可能有个别构件必须立即采取措施；

b.该建筑综合抗震能力不满足《建筑抗震鉴定标准》对C类钢筋混凝土房屋抗震鉴定的要求；

c.该建筑柱构件耐久性不能满足后续50年使用要求，梁构件已达到耐久性极限状态。

图1 改造加固前

图2 改造加固前

2 老建筑改造加固设计方案

专业设计单位，根据业主转交的老建筑结构鉴定报告、结合业主方拟使用功能，本着“安全、实用、经济、兼顾方便施工”的原则，经过设计、甲方、监理、施工及相关专家多轮多次比较，反复优化、深化设计方案，最终对该老建筑提出“分构件、分部位”，主要采取了“湿法外包钢加固”“置换混凝土加固”两项改造加固新技术，对延性混凝土、延性砂浆、型钢、钢板、化学锚栓、灌浆料、结构胶、焊条等改造加固材料从材质、型号、规格及性能等提出明确具体要求，现主要将老建筑结构“梁板柱”构件改造加固设计方案简述如下。

2.1 原梁板混凝土面结构修复

①对原结构缺陷修复：对于构件面存在混凝土蜂窝、麻面、露筋等情况，要剔除混凝土疏松表面后，采用风枪吹扫干净、润湿，再以C40灌浆料修复。

②对原结构梁板耐久性修复：主要是剔除梁板底混凝土保护层至露出原钢筋，对钢筋锈蚀情况进行检查，用防锈剂处理后，对主梁用高延性混凝土抹灰修复，对次梁及板底采用聚合物砂浆抹灰修复。

③以上情况施工中如发现钢筋截面锈蚀损失较大，应及时反馈设计单位，进行特别处理。

2.2 “柱梁”湿法外包钢加固

①“包钢湿法外包钢加固”法，是将角钢、钢板箍通过胶栓在混凝土柱或梁外表面固定后，用专用胶封闭形成“空腔”，而后灌注高强度建筑结构专用胶，使钢板或型钢和原混凝土面可靠连接成一个整体；经优选，对所有框架柱四周采用角钢（100×100×6、75×75×6）进行包钢之间用钢板箍（-100×4@200/400）相连，钢板箍用化学锚栓（M20/16）固定老结构上，角钢间隙、钢板箍间隙，均采用压力灌注环氧树脂结构胶（A级）充填，使型钢和老结构形成一体。

②对主框架梁底部两阳角用角钢（75×75×6）进行包钢，底部及两侧用钢板箍（-100×4@200/400）同阳角角钢焊接相连；次梁底部及侧面用“U”钢板箍直接包裹（-100×4@200/400）；在主次梁顶设有等宽度、等间距的“U”钢板箍，在主次梁侧面用等强螺杆（直径14镀锌圆钢）逐一焊接相连，所有间隙均用灌注环氧树脂结构胶充填，同样形成整体。

2.3 “老框架柱”置换混凝土加固

“置换混凝土加固”法，是剔除原混凝土构件低强度或有缺陷区段的混凝土至一定深度，重新浇筑同品种但强度等级较高的混凝土进行局部增强，以使原构件的承载力得到恢复的一种直接加固法；根据鉴定评估，经优选对顶层6根混凝土严重风化老结构柱，需要采用置换混凝土加固法彻底处理，主要内容是剔除二次修复混凝土层（约厚50mm～80mm），对原芯柱混凝土面凿除后涂刷界面剂，对二次修复的钢筋进行调直、必要增设纵筋和箍筋，重新立模后，再用C40混凝土灌浆料浇筑形成整体。

3 老建筑结构改造加固的实施

通过实查现场，施工项目部及时熟悉图纸，多次深化研讨设计及时编制出改造加固专项方案提交专家论证并多次修改，最后形成切实可行、具有实战型和指导性的改造加固专项施工方案；开工前，项目部组织两轮技术交底，过程中又根据施工需要，针对具体施工点进行专项交底并样板示范，使参建人员对改造加固施工次序、质量要求、质量标准等心里有数，同时在设计、业主、监理方共同配合协助下，工程进展比较顺利。其施工几个重点主要分述如下。

图3 改造加固中

图4 改造加固中

3.1 主要改造加固流程

①整体加固改造施工顺序：一部分为顶层置换柱区域施工，另一部分为包钢加固区域。

②包钢湿法外包钢加固流程：现场实查→划线定位→螺栓固定→钢构件制作→钢构件固定→封缝→埋注胶嘴→配胶、灌胶→检测检查→固化→外表面处理。

③置换混凝土加固流程：现场实查→搭设支撑及操作平台→老混凝土剔除→钢筋规整调直→结合面处理→支模→灌浆料浇筑→养护→拆模验收。

3.2 改造加固主要用材

项目部按照设计图纸，详列出各种用材规格、数量及性能等要求，采购进场前要求提交资信等合格证明，进场后按规见证取样复检，合格后方可正式使用；像对钢筋、型材及锚固钢板按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）要求进行安全性复试，对植筋、化学锚栓钢板受拉性能按照《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）要求进行复试，现场按检验批次进行拉拔强度试验，对环氧树脂胶进行粘结强度、相容性试验等，总之所有加固材料性能要求均符合设计、规范及当地建设主管部门验收要求。

3.3 改造加固方法实施要点

3.3.1 湿法外包钢加固

①结合面处理最为关键，包括原结构结合面的处理、型钢/钢板结合面处理：

其一，原结构表面处理，用手持铣刨机、钢丝刷将表面松散浮渣刷去、并用气枪吹去表面灰尘，如原结构凹凸不平应再用环氧树脂砂浆进行修补；其二，型钢结合面处理，用角磨机打磨、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，固定前用棉纱沾丙酮擦拭干净。

②划线定位：根据加固方案及施工图，准确地在混凝土表面划出处理部位轮廊线及定出定位螺栓位置。

③螺栓固定：用电锤钻孔，孔洞、螺栓界面处理，放胶管、安装螺杆。

④钢构件制作：准确钢构下料，长宽度确保，并对铁锈及污物清理干净。

⑤钢构件固定：将已经处理好的钢板固定在指定的位置，留出注胶缝隙，用螺杆固定（钢板箍同角钢采用焊接）。

⑥封缝：将注胶四周进行封闭处理，留出泄气孔，还有对螺杆四周的缝隙封闭处理。

⑦埋注胶嘴：将注胶嘴按施工要求间距，数量埋设妥当。

⑧配胶、灌胶：按产品说明书要求，将建筑结构灌注专用胶A、B两组份倒入干净容器内，以人工或电动工具将其完全调匀，注意翻看容器底部的颜色，确保配好的胶体色泽一致，从底嘴开始注胶，使胶从下向上浸透，胶从排气孔溢出并封堵。

⑨检测：采用非破损检验，即用小锤敲击钢板检验钢板的有效密实面积，如无空洞声表示已灌注密实，否则要补胶。

⑩固化：固化时间达到72h后可以进行后续使用。

⑪外表面处理：用角磨机配钢丝轮对钢板外表面进行打磨，除去钢板表面的锈蚀、污物等，再挂网抹砂浆，方便后期装修。

3.3.2 置换混凝土加固法

①加固前的卸荷处理：事前要进行受力计算并认真复核，对置换区域柱荷载从周周进行可靠支撑，进行卸载后再施工。

②结合表面处理：在卸荷状态下，将老柱疏松风化的混凝土凿除，对保留的芯柱混凝土面用风枪吹扫干净，及时对钢筋调直、除锈、必要增补竖筋和箍筋。

③新增层的施工：为增强结合能力，在结合面涂刷环氧树脂或混凝土界面剂一道封闭处理，随后严密牢固制安模板，并在界面剂初凝前，即用具有高流动性、微膨胀性的H40灌浆料浇筑并养护。

4 老建筑改造加固的成效

尽管该单体老建筑年代久远、改造加固体量大，但是：①由于改造加固方案事前充分论证、又多次深化优化、可靠可行；②施工专项方案编制严谨、又经专家论证后多次修改完善、具有指导性和实操性；③参建方同心努力、积极配合，尤其经施工方科学管理、精心施工，改造加固工作进展十分顺利。期间未发生任何质量及安全事故，现场安全文明、物料有序、且施工形象长期保持良好，并最终较原计划8个月工期提前近20天顺利完成，过程中各种技术资料同步报审、动态收集、基本齐全；实体内实外美、外立面依然保持有老建筑原有风格，用仿古砂浆饰面，其墙面质感性强、不褪色、耐污染、更突出了历史厚重感；很快就顺利通过当地文化局、质安站及行业专家一次性竣工验收，并及时交付甲方招租，拟作为“办公、培训、餐饮”等功能使用；往昔残破老建筑现已焕然一新，成为该地段的典型建筑，在新的时期将继续发挥新的使命。

图5 加固改造后

图6 加固改造后