常 亮

（北京遠達國際工程管理咨詢有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著城市化進程推進，高層建筑項目數(shù)量增長?；炷磷鳛樾滦筒牧媳粡V泛應用，但易出現(xiàn)腐蝕、裂縫等問題，存在一定安全隱患[1]。高層建筑規(guī)模大且復雜，混凝土加固難度大。我國的技術起步較晚，存在差距。研究人員正在探索多種施工技術和方法。

陳安英[2]等人提出了對有缺陷剪力墻的分層分段拆除置換加固法，基于力學計算和構件置換工藝的分析，設計了可實現(xiàn)分級卸載控制剪力墻置換型鋼卸載裝置，明確了加固施工的技術關鍵點，并對全過程進行了位移、應力、裂縫監(jiān)測，該方法對于混凝土質量缺陷具有較好的處理效果。陜婷婷[3]等人基于信息技術模型設計了土木工程混凝土加固施工方法，使用護筒埋設、鋼筋籠安裝、模板測量、混凝土澆筑和外粘型鋼安裝等方法，增強混凝土結構的加固性能，實現(xiàn)土木工程的加固目標，該方法下混凝土結構的荷載強度，截面剛度與承載能力均得到了一定的提升。

上述兩種混凝土加固技術在實際工程中存在加固后混凝土抗裂強度、受剪承載力以及抗壓強度仍舊較低的問題，難以達到預期的加固效果，還有較大的優(yōu)化空間，故本文針對高層建筑工程項目中的混凝土加固施工技術進行研究。

在本文中采取的加固方案為剪力墻混凝土置換、擴增混凝土截面面積、植筋錨固以及混凝土碳纖維加固方法的結合。通過剪力墻混凝土置換和混凝土擴增截面面積等方法，增加了混凝土的抗剪、抗彎承載能力；通過植筋錨固和混凝土碳纖維加固等方法，增強了混凝土的抗拉、抗壓性能。綜合多種加固方案，可以全面提高混凝土結構的力學性能，實現(xiàn)混凝土加固效果的最大化。

1 工程概況

本文研究以某高層建筑工程項目為背景，該工程結構為鋼筋混凝土結構，樓層總數(shù)為32 層，地下2 層為停車場，層高為35.16m，地上總占地面積約3 253.51m2。距今為止，該高層建筑已經使用10 年，由于工程所在區(qū)域年降雨量較大，約1 100mm，加上使用時間比較長，部分區(qū)域混凝土已經出現(xiàn)貫穿裂縫，最大裂縫寬度已經達到45.26mm，最大裂縫長度為1.45m，最大裂縫深度為56.41mm。當前建筑混凝土狀態(tài)比較差，已經嚴重威脅到該高層建筑安全性與穩(wěn)定性，故對該高層建筑開展混凝土加固施工，提高高層建筑混凝土抗裂強度、受剪承載力以及抗壓強度，以下將結合該工程實際情況采取相應的加固技術。

2 高層建筑工程混凝土加固施工

2.1 施工前準備

在加固施工前，首先在施工現(xiàn)場周圍布設施工隔擋，防止加固施工過程中非工作人員進入到施工現(xiàn)場內，并且減少施工對周圍居民造成的影響。其次將施工過程中需要使用的設備與材料運輸?shù)绞┕龅貎?，本次采取的加固方案為：剪力墻混凝土置換+擴增混凝土截面面積+植筋錨固+混凝土碳纖維加固，需要使用的設備包括混凝土攪拌機、千斤頂、焊機、切割機、電鎬等，使用的材料包括鋼筋、水泥、粗細石料、碳纖維布等，按照要求和標準對所有材料質量進行檢驗，并且對所有機械設備進行檢查，檢驗合格后將其運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。

2.2 剪力墻混凝土置換

考慮到高層建筑剪力墻是建筑的主要受力混凝土構件，對于已經出現(xiàn)損壞的剪力墻混凝土構件采用置換加固工藝，即將原有的混凝土置換新的混凝土，本次置換混凝土剪力墻共16 個。首先使用切割機和電鎬將剪力墻外層的混凝土去掉，切割厚度為20cm，最大長度不應超過50cm。由于在該施工過程中高層建筑整體的受力荷載會發(fā)生轉移，從而會影響到整個建筑的穩(wěn)定性，因此在去除舊混凝土施工時，需要分批次完成，置換混凝土構件需要優(yōu)先對空間對稱分布的混凝土剪力墻構件進行分批次置換，如果同時對對稱分布的混凝土剪力墻進行置換，容易出現(xiàn)坍塌事故[4]。在混凝土切割過程中盡量避開內部鋼筋，如果置換區(qū)域內部分鋼筋出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，可以將腐蝕的鋼筋切割掉，施工焊機將新的鋼筋與原鋼筋銜接[5]。剪力墻表層混凝土切割完成后，使用千斤頂對其支撐，保證建筑在施工過程中的穩(wěn)定性[6]。按照標準配比使用混凝土攪拌機拌制混凝土混合料，將其填補到置換區(qū)域內，使用抹平工具將新混凝土表面抹平，使其與舊混凝土持平。

2.3 擴增混凝土截面面積及植筋錨固

高層建筑柱構件是承載整個建筑縱向應力的主要構件，因此采用增大截面加固法對高層建筑混凝土柱構件加固[7]。將新混凝土與舊混凝土接觸部位進行鑿毛處理，在原混凝土構件外圍使用墨斗繪制出擴增后混凝土外圍邊界，根據(jù)該高層建筑實際情況，混凝土擴增厚度為15cm[8]。截面放線完成后在外圍搭建模板，使用混凝土澆筑泵將攪拌好的混凝土漿液澆筑到模板內，在澆筑過程中要控制好泵壓，泵壓過大澆筑的混凝土內部容易產生氣泡，從而影響到混凝土加固效果，而泵壓過小則會降低施工效率，因此在混凝土澆筑施工過程中將泵壓控制在4.46～4.76Pa 之間[9]。混凝土澆筑完成后，對新增的混凝土進行植筋，將直徑為15mmC35 鋼筋植入到混凝土內部，植筋深度為100mm，植入的鋼筋間距不能超過25cm，擴增混凝土配筋率要不低于35%，以此保證植筋加固效果。將頂部的鋼筋頭使用直徑為25mmC25 鋼筋對其進行錨固，錨固后的鋼筋表面用混凝土覆蓋，禁止鋼筋裸露在外，待混凝土達到初凝時間后將模板拆卸掉[10]。為了保證混凝土截面擴增施工質量，對擴增的混凝土進行澆水濕潤養(yǎng)護8～10d。

2.4 混凝土碳纖維加固

為了進一步增加高層建筑混凝土構件的穩(wěn)定性，在混凝土表面粘結碳纖維布，有效抵制高層建筑混凝土的張力，達到混凝土加固的目的，具體如圖1 所示。

圖1 混凝土碳纖維加固示意圖

如圖1 所示，首先使用角磨機對混凝土進行打磨，對于存在裂縫的區(qū)域要加重打磨，將混凝土打磨平整后，用水將表面的灰塵沖洗掉，并使用烘干機將混凝土進行烘干處理，使表面保持干燥狀態(tài)。然后在混凝土表面涂抹一層粘接膠，粘結膠的選擇要與碳纖維布出自同一個品牌，并采用A 類膠。粘結膠的涂抹量為5.62g/m2。由于粘結膠具有一定的揮發(fā)性，因此粘結膠涂抹完畢后，需要立即將碳纖維布粘貼到混凝土表面。根據(jù)該高層建筑實際情況，本次采用450g/m2碳纖維布，將碳纖維布一端固定在混凝土構件上后，將其拉直，伸長率控制在2.5%以上。在鋪貼過程中要盡量保證鋪貼的碳纖維布平整，如果出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，需要立即將其拉起重新鋪貼，鋪貼厚度為0.35mm，如果鋪貼一層碳纖維布后厚度沒有得到設計值，需要再對其鋪貼一層。碳纖維布接縫使用環(huán)氧樹脂膠水處理，在碳纖維布接縫表面涂抹一層環(huán)氧樹脂膠水，防止空氣和水沿著接縫進入到碳纖維布內部，從而導致鋪貼后的碳纖維布開裂，進而響應到加固效果。加固施工完成后，對所有混凝土加固區(qū)域進行檢驗，檢驗是否存在遺漏區(qū)域，以此完成高層建筑工程項目混凝土加固施工。

3 加固效果檢驗

為了檢驗本次研究技術的可靠性與適用性，對加固后的混凝土的力學性能進行檢驗。首先對加固后的混凝土結構的裂縫寬度、長度以及深度進行驗算?！陡邔咏ㄖこ袒炷两Y構設計規(guī)范》（GB56423-2010）中明確規(guī)定，在潮濕環(huán)境下高層建筑工程中梁構件混凝土最大裂縫寬度不能超過15.55mm；柱構件混凝土最大裂縫寬度不能超過10.55mm。將以上規(guī)定作為該高層建筑工程項目混凝土加固后抗裂性能檢驗標準一。在理想狀態(tài)下，根據(jù)混凝土加固設計，混凝土會存在一個最大裂縫寬度，其計算公式為：

式中，h表示理想狀態(tài)下高層建筑工程混凝土裂縫最大寬度；α表示混凝土構件受力特征系數(shù)，通常情況下該系數(shù)取值為0.01；μ表示混凝土裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)；r表示混凝土構件受拉區(qū)鋼筋截面面積；y表示混凝土構件鋼筋的彈性模量；w表示混凝土構件最外層縱向受拉鋼筋邊緣到頂部的距離；p表示混凝土構件受拉區(qū)鋼筋的有效直徑；κ表示混凝土構件縱向鋼筋配筋率。利用上述公式計算出混凝土構件理想狀態(tài)下最大裂縫寬度，將其作為混凝土加固后抗裂性能檢驗標準二。隨機選擇5 個梁構件與5 個柱構件作為試件，每天向試件噴灑水，噴水量為100L/m2，令試件始終保持潮濕狀態(tài)。每隔7d 使用IYHF-A5RF 測量儀對試件表面的裂縫寬度進行測量，使用電子表格對測量數(shù)據(jù)記錄，將其與以上兩個檢驗標準比對，評價高層建筑工程項目混凝土加固后抗裂性能，具體數(shù)據(jù)如下表所示。

從表1 中數(shù)據(jù)可以看出，加固后的混凝土裂縫寬度在潮濕環(huán)境下隨著時間的增加而不斷增長，初期增長幅度比較大，但是在21d 后混凝土裂縫寬度基本穩(wěn)定，在第28d 時柱構件混凝土最大裂縫寬度為5.47mm，梁構件混凝土最大裂縫寬度為6.75，非常貼近理想狀態(tài)下混凝土裂縫最大寬度，并且符合相關規(guī)范要求，說明加固后高層建筑混凝土抗裂強度有了明顯的提升。為了進一步檢驗本次混凝土加固施工質量，對加固前后混凝土受剪承載力與抗壓強度進行對比，隨機選擇10 個混凝土構件作為試件，對試件加固后的受剪承載力和抗壓強度進行測算，其中受剪承載力計算公式為：

式中，N表示高層建筑混凝土受剪承載力；β表示混凝土受剪承載力系數(shù)，通常情況下該系數(shù)取值為0.56；q表示加固前混凝土軸心抗剪強度；b表示混凝土矩形截面的寬度值；c表示加固前矩形截面的有效高度；σ表示新增混凝土強度系數(shù)；e表示新增混凝土的軸芯抗剪強度；x表示加固后矩形截面的有效高度；?表示混凝土原箍筋抗拉強度；R表示同一截面內原箍筋各肢截面面積之和；S表示新增鋼筋沿混凝土構件長度方向的間距?；炷量箟簭姸扔嬎愎綖椋?/p>

式中，V表示加固后混凝土抗壓強度；X表示混凝土強度影響系數(shù)；P表示混凝土構件環(huán)向圍束有效約束系數(shù)；M表示混凝土有效約束應力值；表示混凝土應變截面變形系數(shù)；τ表示混凝土矩形截面和加固處理后的矩形截面的倒角半徑；η表示混凝土的彈性模量。利用以上兩個公式計算出加固后的混凝土受剪承載力和抗壓強度，使用電子表格對數(shù)據(jù)進行記錄，為了保證數(shù)據(jù)與結論具有一定的說明性，將其與加固前混凝土受剪承載力與抗壓強度對比，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 加固前后混凝土受剪承載力與抗壓強度對比

從表2 中數(shù)據(jù)可以看出，加固后混凝土受剪承載力和抗壓強度均有明顯提升，其中受剪承載力提升了將近1 倍，抗壓強度提升了將近1.5 倍。因此證明了，加固后高層建筑混凝土抗裂強度、承載力以及抗壓強度均有明顯的提升，本次采取的施工技術具有良好的混凝土加固效果。

4 結論

本文提出了一個新的混凝土加固施工技術，有效提高了高層建筑混凝土抗壓強度、承載力以及抗裂強度，混凝土力學性能得到了有效的提升，實現(xiàn)了傳統(tǒng)技術與工藝的優(yōu)化和創(chuàng)新。本研究為高層建筑工程混凝土加固施工提供了參考依據(jù)，有助于提高混凝土加固施工技術水平，具有一定的研究價值。