置换混凝土加固剪力墙在某工程中的应用分析

费广清 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）

0 引 言

随着我国国民经济的发展，建筑业得到空前的发展。在高速发展的过程中，难免有些建筑在施工过程中出现问题，导致结构的安全性受到威胁。譬如，在钢筋混凝土剪力墙结构中，因多种原因导致实际检测出的剪力墙混凝土强度等级明显低于设计要求，导致剪力墙承载力严重不足，结构本身不能通过正常的工程验收，必须采取相应措施进行加固处理。工程实践表明，用高一等级混凝土置换出原墙体混凝土的加固方法，可以在不改变原设计截面大小的情况下，达到结构受力明确、安全可靠的特点。本文根据工程实例，着重介绍置换混凝土加固方法的原理和施工技术要求，为类似工程施工提供参考。

1 工程概况

某房地产开发公司开发的住宅楼工程，为18层钢筋混凝土剪力墙结构，带有1层地下车库。在进行一层结构的浇筑时，由于混凝土搅拌站的疏忽，所浇筑的混凝土等级明显低于设计C35的要求。经过权威检测机构的回弹检测以及取芯试验，有8片剪力墙混凝土等级在C25以下，其中有1片剪力墙混凝土强度仅达到C20。经设计单位计算复核，剪力墙承载力严重不足。由于项目本身属住宅楼，考虑到加大截面方式进行加固会损失建筑空间，最终确定对此8片剪力墙用置换混凝土的方法进行加固。

2 置换混凝土加固法的基本原理

置换法适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固。加固柱、墙等构件时，应对原结构构件在施工全过程中的承载状态进行验算、观测和控制，置换界面处的混凝土不应出现拉应力，当控制有困难，应采取支顶等措施进行卸荷。采用置换法加固混凝土结构构件时，其非置换部分的原构件混凝土强度等级应满足设计要求。当混凝土结构构件置换部分的界面处理及其施工质量符合本规范的要求时，其结合面可按整体受力计算。

其正截面承载力应符合N≤0.9 f(fc0Ac0+acfcAc+fy0'As0')。式中：N为构件加固后的轴向压力设计值(kN)；f为受压构件稳定系数，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010）的规定值采用；ac为置换部分新增混凝土的强度利用系数，当置换过程无支顶时，取ac=0.8；当置换过程采取有效的支顶措施时，取ac=1.0；fc0、fc分别为原构件混凝土和置换部分新混凝土的抗压强度设计值 (N/mm2)；Ac0、Ac分别为原构件截面扣去置换部分后的剩余截面面积和置换部分的截面面积(mm2)。

3 施工区域部署以及工艺流程

施工过程中会对墙体进行暂时破坏，结构竖向传力会受到影响。故应对施工区域和阶段进行划分，将8片剪力墙分批分肢进行置换施工，施工区域内配合钢支撑进行，置换采用强度等级为C40混凝土进行浇注，达到设计强度等级的100%后再进行另一批肢的置换施工。

具体施工工艺流程：现场勘察→搭设安全支撑及工作平台→卸荷→剔除局部混凝土→原钢筋除锈或增补新筋 (必要时)→界面处理→支模→浇筑混凝土→养护→非承重模板拆除→承重模板拆除→施工缺陷修复(必要时)→施工质量检验。

4 剪力墙结构卸荷技术要点

原有结构剪力墙在梁板的共同作用下，已经产生结构内力，若直接进行原墙体的拆除势必会导致整体结构的坍塌。因此，必须对原结构进行卸荷处理，即采用临时钢支撑代替墙体受力。

钢支撑荷载计算：本次设计的钢支撑仅卸除二层楼层荷载(加固时该工程施工至三层绑扎钢筋)。取需卸荷最大的一道剪力墙为例，经计算上部传至支撑层面的荷载值为740kN，加上支撑本层的荷载值340kN，钢支撑需承担的总荷载为1080kN。因采用分次卸荷的方法，可得出首次卸荷的荷载值为620kN。

该剪力墙首次卸荷采用在两侧梁端设置钢管支撑的方法，钢管规格为140×10的，截面积为4084.1mm2，根据上述计算，可得出单根钢管承受的荷载值为320kN，根据《钢结构设计规范》表3.4.1-1Q235钢f=215N/mm2，根据《钢结构设计规范》公式5.1.1-1按轴心受压计算该支撑的受压承载力为Anf=4084.1×215÷1000=878kN，远远大于 320kN。

根据《钢结构设计规范》公式5.1.2-1按稳定性计算该支撑的受压承载力为fAf=0.824×4084.1×215÷1000=723kN，大于320kN。

图1 钢支撑立面

图2

图3

根据以上计算知，钢支撑的自身强度满足要求，钢支撑底部做为外荷载附加在地下室底板上满足局部承压要求。

本工程卸载方式采用临时钢支撑和千斤顶支顶配合的方式进行，节点大样图如图1～图3。

钢支撑拆除时，混凝土强度应达到设计要求，拆除顺序、拆卸的位移控制或应力控制应符合设计规定及施工技术方案的要求。

5 置换混凝土施工技术要点

剪力墙混凝土强度不足，直接导致构件承载力不足，剪力墙凿除前及后浇筑要求，其主要技术要点如下。

①剪力墙凿除前应做好相邻梁、板的支撑，相应的支撑方案需经专项设计。

②剪力墙拆除采取分批措施。

③拆除墙体时应轻凿慢砸，防止对原混凝土结构产生过大的扰动，严禁破坏相邻结构构件及墙体钢筋，剔除过程中也不得损伤置换墙体本身钢筋。

④清除剪力墙钢筋表面浮渣，检查原钢筋损伤情况，并通知设计人员到现场验收。

⑤重新支模板并应留豁口及喇叭口分二次浇注混凝土，详见图4。浇注后应加强养护，保湿养护时间为不少于14d。

⑥混凝土达到设计强度后方可拆除模板，并将喇叭口高出部分的混凝土凿除。

图4 剪力墙段混凝土浇注示意图

6 置换混凝土施工质量控制

在混凝土结构工程加固施工中，影响质量控制的因素主要有“人、材料、机械、方法和环境”等五大方面。因此，对这五方面因素严格控制，是保证工程质量的关键。

①人的因素。结构加固施工，应以人为重点进行控制，操作人员应有精湛的技术技能、一丝不苟的工作作风、严格执行质量标准和操作规程的法制观念。对于特殊岗位、工种，操作人员应严格持证上岗。

②材料因素。对于主要材料，如灌浆料、砂、石和界面处理剂等，采购前应提交样品试验，经检验合格后方可采购；材料进场后，应严格抽样送检，合格后方可使用。

③机械设备因素。做好进场作业机械设备的使用、保养记录，检查其工作状况，保证投入的机械设备状态良好，避免因机械设备故障造成停工给加固工程质量和工期带来的影响。

④方法因素。认真审查施工方案，保证施工方案正确、合理、安全；同时，在施工过程中，严格依据施工方案要求，加强现场监督管理。

⑤环境因素。施工前，应检查施工作业环境条件方面的有关准备，做好安排和准备妥当，落实施工质量管理环境。对于未来的施工期间，应充分考虑自然环境条件对施工作业质量和工期的不利影响，做好充足准备和采取有效的措施与对策以保证工程质量和工期。

7 结 语

本工程剪力墙混凝土置换加固过程中，结合结构自身特点，合理确定加固方案，采取分批分肢进行加固处理。施工过程中，认真制定施工方案，做好置换前的结构卸荷要求，在支撑体系完备后进行置换施工，保证原墙体钢筋不受损伤情况下用混凝土置换浇注。另外，在整个过程中对质量有效的进行控制和监督，保证了剪力墙混凝土置换施工中、施工后主体结构安全。

[1]GB50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]GB50550-2010，建筑结构加固工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.