馬國慶 李烏江

1.河北建筑工程學(xué)院;2.東營市眾成地產(chǎn)有限公司

在我國北方地區(qū)的冬季施工過程中,往往會出現(xiàn)樓蓋混凝土因養(yǎng)護不力引起的凍害現(xiàn)象,導(dǎo)致受彎構(gòu)件剛度和承載能力下降,成為影響結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一.而此類樓蓋大多采用拆除重做的方式處理,在經(jīng)濟和社會方面多有不利影響.本文結(jié)合某受凍混凝土樓蓋實際工程,提出置換受壓區(qū)混凝土并增設(shè)“暗梁”的方法,解決了新舊混凝土疊合板協(xié)同工作的問題,取得了良好的加固效果.

1 工程概況

某住宅樓主體結(jié)構(gòu)形式為磚混結(jié)構(gòu),一、二層樓蓋建筑面積800m2左右.混凝土樓蓋的施工日期在2007年12月上旬.混凝土澆筑施工完畢后,由于養(yǎng)護不當(dāng)導(dǎo)致混凝土受凍.現(xiàn)澆混凝土樓蓋的設(shè)計強度等級為C20,混凝土板厚為100mm,板底受力鋼筋為雙向φ 8@150.該建筑樓蓋結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖1所示.其中,雙線表示240墻體,所示為混凝土構(gòu)造柱,承重墻上設(shè)置圈梁.

圖1 受凍混凝土樓蓋平面示意圖

2 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場勘測

2.1 混凝土受凍狀態(tài)

現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),樓蓋混凝土構(gòu)件表面有冰紋,且混凝土表面有顏色發(fā)白、不均勻等現(xiàn)象,表明混凝土表面在凝固前已受凍.采用回彈法對樓蓋混凝土上層表面強度進行檢測[1],混凝土表面強度推定值在10～12MPa之間,個別較差部位在10MPa以下,即未達到設(shè)計強度的50%.樓板及圈梁混凝土表面凍痕如圖2中(a)、(b)所示.

圖2 混凝土樓蓋凍害現(xiàn)象

2.2 凍傷深度檢測

現(xiàn)場鉆取混凝土芯樣對樓蓋混凝土凍傷深度進行檢測[2],混凝土凍傷深度在30mm～40mm之間.取芯現(xiàn)場多次發(fā)生芯樣在芯筒內(nèi)斷裂甚至粉碎的現(xiàn)象.觀察混凝土芯樣發(fā)現(xiàn),混凝土內(nèi)部骨料礫石表面有明顯的結(jié)冰痕跡,芯樣上層敲擊易碎,斷面疏松,粗骨料或砂漿脫落,顏色略發(fā)白.以上現(xiàn)象表明,內(nèi)部混凝土在凝結(jié)后但未取得足夠強度時受凍,冰晶使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴重受損,造成了不可恢復(fù)的強度損失.混凝土芯樣上層多孔隙,且較大,混凝土板的抗?jié)B性和耐久性都得不到保證.另外,現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),混凝土圈梁的凍傷深度明顯低于樓板凍傷深度,均在30mm以下.

3 混凝土板承載力計算[3][4]

取7～9/B～C軸線間板B作為計算單元,如圖1中所示.按照雙向板彈性理論進行抗彎承載力、剛度及撓度的驗算,計算結(jié)果如表1、2所示.

表1 板B的抗彎承載力驗算

表2 板B的剛度及撓度計算

通過前面的計算可知上述混凝土樓板剛度滿足要求,根據(jù)現(xiàn)場勘測,混凝土板底實配鋼筋為雙向φ 8@150(即As=335mm2),受力鋼筋的配置滿足抗彎承載力的要求.計算所得板撓度值f=5.66mm＜14.4mm,亦滿足撓度限值要求.但是,從耐久性的角度考慮,規(guī)范[5]規(guī)定受力構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20,而實測混凝土強度僅達到設(shè)計強度的50～60%,不滿足要求,必須對混凝土樓板進行加固和耐久性處理.

4 加固處理方案

鑒于該工程混凝土的凍害損傷程度,為使加固板能夠整體受力,決定采用整體式補強.即在原有鋼筋混凝土板上面,經(jīng)過處理再澆注一層鋼筋混凝土板,使兩層板合二為一成為一個整體,從而提高其承載力.具體施工方法如下:

1)鑿除樓板頂部混凝土30mm厚,且保證鑿面不平度大于5mm;

2)在板短邊方向鑿出間距500mm、寬度為80mm,深度30mm溝槽,形成斷面尺寸為80mm×80mm的“暗梁”,內(nèi)配2φ 14,箍筋為φ 6@200,作為剪力鍵,從而更好地傳遞剪力和拉力,增強新舊混凝土的整體性,保證其協(xié)同工作;

3)將鑿面沖洗干凈后,板上表面配φ 6@100雙向鋼筋網(wǎng),重新澆筑強度等級為C30的細石混凝土50mm厚;澆注混凝土前,在舊混凝土結(jié)合面上涂刷水泥凈漿,摻有107膠水或鋁粉(為水泥重的0.2‰～0.5‰),作為混凝土界面劑;

4)在鑿除混凝土?xí)r應(yīng)進行有效的模板支撐,以承擔(dān)施工期荷載,防止混凝土板開裂崩塌以及避免板底受拉鋼筋處于高應(yīng)力狀態(tài);

5)對于混凝土圈梁可采取相同的混凝土置換辦法處理,鑿除混凝土厚度為40mm,“暗梁”不再另設(shè);

6)考慮耐久性的要求,在板底抹10mm厚耐久性砂漿抹面,耐久性砂漿的重量配比為:水泥∶砂子∶水∶聚醋酸乙烯=1∶2.5∶0.5∶0.05.

混凝土板處理方法及“暗梁”設(shè)置剖面如圖3所示.

圖3 混凝土板處理方法及“暗梁”設(shè)置示意圖

5 加固效果分析

混凝土板受壓區(qū)更換為C30細石混凝土,板厚增加20mm,暫不考慮暗梁中鋼筋的作用,仍取1000mm寬板帶,對加固后受拉鋼筋進行應(yīng)力計算,計算結(jié)果如表3所示.

表3 加固后板受拉鋼筋應(yīng)力驗算

板y方向鋼筋應(yīng)力亦用上述方法計算,鋼筋應(yīng)力比為0.466.用表2方法對板剛度和撓度進行驗算,均滿足規(guī)范[5]要求,在此不再贅述.

值得指出的一點是,雖然在加固施工過程中對板進行了模板支護,在后澆層混凝土開始承力之前,原板底鋼筋應(yīng)力超前的現(xiàn)象是不可避免的[6];另外,在對板進行模板支撐后,板底鋼筋受粘結(jié)因素的影響并不能完全恢復(fù)變形.因此,本文建議在加設(shè)“暗梁”的基礎(chǔ)上,原板底鋼筋應(yīng)力不宜超過0.8fy,以保證加固完成的正常使用過程中,原板底鋼筋應(yīng)力不至于過高.對于支座處的原有鋼筋處于受拉區(qū),不存在鋼筋應(yīng)力超前現(xiàn)象,故不再進行應(yīng)力驗算.

6 結(jié)束語

本文采用開槽設(shè)“暗梁”形成“剪力鍵”而非使用在原有混凝土上植筋的方法在整體現(xiàn)澆板上作整體式補強,即解決新舊混凝土疊合板協(xié)同工作的問題,也減少了對原有混凝土的損傷.該工程加固施工后的使用過程中,未出現(xiàn)任何問題.因此,此類在整體現(xiàn)澆板上作整體式補強的加固方法可為同類工程設(shè)計和施工提供一定的參考.

[1]回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程.(JGJ/T23-2002).中國建筑工業(yè)出版社,2002

[2]鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程.(CECS03:08).中國計劃出版社,1988

[3]東南大學(xué),同濟大學(xué),天津大學(xué)合編.混凝土結(jié)構(gòu)(中冊).中國建筑工業(yè)出版社,2003

[4]過鎮(zhèn)海,時旭東編著.鋼筋混凝土原理和分析.清華大學(xué)出版社.2003

[5]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.GB50010-2002

[6]呂西林主編.建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計.科學(xué)出版社,2003,5