中建七局（上海）有限公司 上海 201812

1 工程概況

某工程為地下3 層、地上47 層的框筒結(jié)構(gòu)高檔住宅，屋頂結(jié)構(gòu)標(biāo)高160 m，底層高4.60 m，標(biāo)準(zhǔn)層高3.30 m，1～2層間有一夾層，夾層高3.20 m，平面長37.65 m，寬20.20 m。18 層以下柱混凝土強(qiáng)度C60，梁板混凝土強(qiáng)度C30，地下3層至地上4層柱為勁性混凝土柱。

在主體結(jié)構(gòu)施工至第10層時，對混凝土柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)1～5層部分墻柱混凝土強(qiáng)度不足，如果不采取處理措施可能會造成房屋安全隱患。

由于墻柱混凝土強(qiáng)度不足，主要補(bǔ)救措施可采用拆除、加固和托換等3 種方法進(jìn)行施工。由于客觀條件限制，不允許采取加固處理，因此只能在不影響主體結(jié)構(gòu)的情況下，用局部替換的方法進(jìn)行施工。但是對于墻柱托換施工而言，技術(shù)難度較大，且托換加固后能否保證結(jié)構(gòu)的安全度達(dá)到理想效果均存在風(fēng)險。

2 托換方案設(shè)計

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析，托換混凝土墻柱的數(shù)量為19 根，數(shù)量多（圖1）。托換方案存在很大的風(fēng)險，采用的支撐體系設(shè)置畢竟和原來的結(jié)構(gòu)不是一個整體，如果設(shè)計不當(dāng)，將會給永久結(jié)構(gòu)帶來裂縫、變形或更大的事故。由于混凝土柱為勁性混凝土，拆除柱時要整體替換，即核心區(qū)混凝土也要替換，使本來固結(jié)的節(jié)點(diǎn)變成鉸接，很容易形成機(jī)動體系，引起失穩(wěn)。

圖1 1～5層托換混凝土柱平面布置

2.1 臨時支撐體系

假定支撐體系桿件與原結(jié)構(gòu)連接均為鉸接，在混凝土鑿除以后，由于鋼筋相連，設(shè)為鉸接。且不考慮環(huán)梁等的加固作用。臨時支撐采用壁厚1 cm的Φ400 mm鋼管，拆除支撐體系設(shè)計如圖2所示。

2.2 計算分析

圖2 拆除支撐體系設(shè)計示意

采用SAP2000建立空間模型進(jìn)行有限元計算分析，梁、柱、混凝土墻等均按照原設(shè)計尺寸，地上部分的樓板厚度統(tǒng)一按照120 mm進(jìn)行取值，恒載除結(jié)構(gòu)自重外另取1 kN/m2，施工活荷載按保守的1 kN/m2取。托換使用的型鋼按照原始尺寸及加固節(jié)點(diǎn)詳圖加到托換部位，并與原結(jié)構(gòu)的連接按照鉸接進(jìn)行計算，原混凝土結(jié)構(gòu)需要剔除的節(jié)點(diǎn)在托換過程中按照鉸接進(jìn)行計算。托換過程中，型鋼采用鋼楔進(jìn)行卸載，同時使得型鋼預(yù)變形，并減少柱替換后節(jié)點(diǎn)的變形。此部分荷載按照構(gòu)件變形荷載加到構(gòu)件中。

根據(jù)計算分析結(jié)果，臨時支撐鋼管最大內(nèi)力為560 kN，最大變形5.3 mm。

3 托換施工

3.1 托換施工主要措施

托換施工順序?yàn)椋簩Σ鸪藢Α?biāo)注→架設(shè)整體支撐體系→混凝土拆除→補(bǔ)加豎向鋼筋→支?！鷿仓炷痢B(yǎng)護(hù)→拆除模板、支撐

在托換施工中主要措施和要點(diǎn)如下：

（a）首先對拆除柱核對、標(biāo)注，對支撐位置進(jìn)行放線，測量有關(guān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，檢查安全防護(hù)是否到位，如果不足，必須進(jìn)行防護(hù)；

（b）安裝頂撐層時先將撐桿和頂部錨板焊接在一起，撐桿和下部錨板留有10 mm左右間隙，從間隙對稱打入鋼楔，施加一定的頂撐力，然后焊接下部勁板，并將鋼楔和錨板、撐桿焊接在一起。

（c）支撐層的目的是要部分或全部抵消拆除柱的豎向力，因此施加的頂撐力要適中，并通過計算模擬選擇千斤頂；先將撐桿和頂部錨板焊接在一起，撐桿和下部錨板留有5 mm左右間隙，啟動千斤頂，根據(jù)所處的位置選擇千斤頂型號，頂撐到位后從間隙對稱打入鋼楔，最后焊接下部勁板，并將鋼楔和錨板、撐桿焊接在一起。

（d）對于同一榀框架2 根相鄰柱需要拆除者，對中間的混凝土梁應(yīng)當(dāng)支撐，確保整體性。

3.2 鋼筋鑿除安裝方案

（a）柱中鋼筋經(jīng)過拆除適當(dāng)受到損傷，因此所有箍筋廢棄，主筋保留，適當(dāng)增加主筋數(shù)量，增加主筋的方法是下部采取植筋錨入下部核心區(qū)，上部做90°彎鉤插入頂部核心區(qū)。

（b）在拆除梁混凝土鋼筋時，主筋保留，箍筋能保留盡量保留。在鑿除混凝土?xí)r，因傳力鋼柱與柱邊間距僅有20～30 cm，本次鑿除范圍考慮為離柱邊各外擴(kuò)10～20 cm。

（c）根據(jù)圖紙鋼筋數(shù)量，增加15%的縱向鋼筋，即在每側(cè)柱邊根據(jù)現(xiàn)場鑿除情況在偏于植筋的位置補(bǔ)加1～2 根鋼筋，總植筋數(shù)量不少于5 根。

（d）因柱子箍筋廢棄，考慮到勁性柱在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋十分密集，在梁柱節(jié)點(diǎn)加密區(qū)重新加設(shè)箍筋時，外側(cè)環(huán)形箍筋分成兩半，安裝到位后再進(jìn)行封閉。

（e）對于本工程的2 根柱，在支撐完畢以后均可同時拆除，但對于B-5/B-A柱，應(yīng)當(dāng)先保留4層柱頂端的核心區(qū)，待下一層替換完畢，混凝土澆筑后7 d，再拆除頂端核心區(qū)。

（f）混凝土的澆筑應(yīng)當(dāng)提高一個強(qiáng)度等級，如果確有柱子個別區(qū)域混凝土難以清除完畢，還需提高強(qiáng)度。

（g）拆除混凝土?xí)r應(yīng)當(dāng)遵循先易后難，確保內(nèi)部型鋼和外部支撐不受擾動的原則用風(fēng)鎬進(jìn)行拆除。

（h）在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)縱向鋼筋有截斷的，按圖集要求在搭接區(qū)焊接。

3.3 混凝土澆筑方案

（a）混凝土采用預(yù)拌混凝土C65，將泵送混凝土管安裝至工作面處，用人工輔助將預(yù)拌混凝土直接運(yùn)輸?shù)轿弧?/p>

（b）澆筑梁、柱混凝土前，應(yīng)將施工縫剔打整齊、順直，清除施工縫處的松散石屑、木渣及其他雜物，并澆水充分潤濕后，在施工縫處灌入一層與梁、柱混凝土同配合比的水泥砂漿，方可澆筑混凝土。

（c）每個地方的混凝土堆積量不能過多，加強(qiáng)對混凝土的振搗工作，若鋼筋過密，可考慮采用Φ30 mm的小直徑振動棒配合振搗。

（d）試件的留置及混凝土的養(yǎng)護(hù)同標(biāo)準(zhǔn)層梁、柱主體結(jié)構(gòu)。

4 施工控制

4.1 測點(diǎn)布置

（a）沉降觀測監(jiān)測點(diǎn)布置在支撐結(jié)構(gòu)上部的樓層上，觀測參照點(diǎn)可以布置在拆除層的柱或墻上，但該點(diǎn)必須是下部不需要替換的構(gòu)件（圖3）；

（b）撐桿軸力觀測點(diǎn)布置在拆除層和其上一層。

4.2 觀測要求

（a）沉降觀測應(yīng)在支撐施加頂升力以前設(shè)置觀測點(diǎn)，監(jiān)測主要在拆除全過程，拆除時每天觀測3 次，拆除后每天不少于1 次，連續(xù)3 d無明顯變化時，可逐漸加大觀測周期，直至混凝土澆筑后3 d為止；

圖3 鋼管應(yīng)力測點(diǎn)

（b）與原始觀測數(shù)據(jù)相比，累計沉降達(dá)到2.5 mm時，應(yīng)當(dāng)報警，沉降達(dá)到5 mm時，應(yīng)當(dāng)停止施工，加固支撐體系，并對其他支撐體系進(jìn)行加固。

4.3 監(jiān)測結(jié)果

在施工過程中，由專業(yè)人員對測點(diǎn)的應(yīng)力和位移進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)實(shí)測，鋼支撐最大應(yīng)力為90.1 MPa，實(shí)測最大向上位移2 mm。表明在施工過程中對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移控制是有效的，且充分證明在托換施工中，整個結(jié)構(gòu)體系安全可靠。

5 結(jié)語

采用加臨時支撐鋼管的方法對框架柱進(jìn)行托換施工，在柱混凝土拆除時，支撐內(nèi)力和結(jié)構(gòu)位移均有明顯變化。因此施工過程應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，并采取相應(yīng)的安全措施，確保施工安全順利進(jìn)行。在進(jìn)行框架柱施工時，必須經(jīng)過詳細(xì)的有限元計算分析，為托換施工提供理論支撐，確保托換施工萬無一失。本項(xiàng)目框架柱托換施工的順利進(jìn)行為混凝土柱強(qiáng)度不足的處理方法提供了可靠的借鑒經(jīng)驗(yàn)。