湖北省棉花檢驗中心實驗樓加固改造技術

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湖北省棉花檢驗中心實驗樓加固改造技術 張海波   楊斌 徐志翔 張泉 （武漢建工第二建筑有限公司 430071） 【摘要】 本工程在部分樓層正常使用的情況下，通過對基礎進行錨桿靜壓樁加固；柱、梁采用粘鋼和粘碳纖維的加固方法以及植筋技術達到房屋加層。 【關鍵詞】 錨桿靜壓樁；粘鋼；粘碳纖維；植筋 1 工程概況 湖北省棉花檢驗中心實驗樓工程位于武漢市武昌區(qū)鳳凰山湖北省纖維檢驗局內，始建于1991年，使用至今，其結構未反映有異常。該建筑是八層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，樓面為預制空心混凝土板，基礎為靜壓預制方樁承臺基礎。該建筑原有設計、施工資料均已遺失，唯一的技術資料為湖北省建筑工程質量檢驗測試中心二零零五年十一月二十三日提供的《湖北省纖維檢驗局辦公樓加層檢測鑒定報告》。應甲方要求，該建筑改造加至十層，同時有一半樓層的設備儀器在加層改造過程中還得正常工作。 2 加固設計 2.1基礎加固設計方案 2.1.1基礎方案選擇 結合建設單位的要求及結構受力特點，基礎加固施工存在以下難點：1）基礎加固施工環(huán)境影響要小。檢驗局大樓在加固改造分段施工的同時，其他辦公區(qū)正常工作。也就是一至四層施工同時，五層以上正常工作。2）基礎加固場地狹小，一般樁機無法展開施工。3）基礎施工與結構加固同時施工，要求基礎加固施工盡可能減小改造加固引起的結構構件的二次應力和二次變形。 綜合考慮結構特點、原有基礎形式、工程地質條件和施工環(huán)境等因素，擬采用鋼管錨桿靜壓樁加固基礎。 3.1.2布樁設計：由于原樁位無法確定，先用不大于φ60做探孔，無原樁后再鉆壓樁孔。 a）單樁承載力特征值為180kN，壓樁力360kN。 b）樁數：在每根柱基承臺下壓樁數量為對稱的2根，在電梯井的柱基承臺下壓樁數量為對稱的4根。同時在各承臺植入HRB335Φ25的螺紋鋼筋作為錨桿。 c）樁身設計：選用Φ180×5熱軋鋼管為鋼管樁，帶封閉樁尖，每節(jié)樁長2m，采用焊接接樁。鋼管外側涂刷防腐瀝青油膏3遍，壓樁完成后，鋼管內澆C30細石砼。 2.2梁、柱加固設計方案 2.2.1梁、柱加固方案選擇 梁、柱的加固方法有：加大截面法、預應力加固法、改變結構傳力途徑加固法、外部粘鋼加固法、外包鋼加固法和外部粘碳纖維布加固法。前三種加固方法相對復雜，施工程序繁瑣，施工質量難以控制，施工工期較長。而后三種加固方法工藝簡單、施工方便，施工工期較短，且所占空間小，幾乎不增加被加固構件的斷面尺寸和重量，不影響房屋的使用凈空，不改變構件的外形，性價比較高。本工程主要選用碳纖維布加固方法，同時個別受力點采用外包鋼加固法。 通過《湖北省纖維檢驗局辦公樓加層檢測鑒定報告》中反映的結構特征，經計算，一層個別混凝土柱在改造加層中，存在承載力不足的缺陷，僅僅使用碳纖維布加固不能有效解決這個問題。因此對這幾根柱子采用外包鋼加固法。其余各柱通過計算分析，普遍不滿足斜截面承載力及抗震構造要求，柱的延性較差，部分柱軸壓比不符合《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2002）要求，采用柱粘貼碳纖維加固方法進行抗震加固。加固方法如下圖示： 根據各梁跨度及上部荷載的作用，對梁的加固方法的選擇有所不同。主要進行梁的正截面抗彎和斜截面抗剪加固，通過計算，在梁底粘貼單層250寬0.167厚CFRP抵抗正截面彎矩，在梁側沿梁跨度1/3的兩端范圍內粘貼U型CFRP箍和鋼板箍。加固方法如圖示： 3加固施工技術 3.1加固施工技術總則 加固施工前應對原結構盡量卸載，拆除砌體圍墻，盡量減輕辦公活荷載。施工采用“先加固基礎，接著加固1-4層結構，后加固5-8層結構，最后進行8-10層的結構加層”。同一層結構先加固柱，再加固梁”的順序組織施工。在施工過程中對原有結構的保護、新老結構的界面處理和植筋錨固質量，是本工程施工控制的重點也是難點。 3.2基礎加固施工技術 3.2.1錨桿靜壓樁施工流程 壓樁采用的壓樁設備為現(xiàn)場組裝的格構式的鋼支柱加工字鋼橫梁。 施工的基本流程是：運輸→樁機就位→吊樁→壓樁→焊接接樁→繼續(xù)壓樁→壓樁完成后拆卸壓樁機具，記錄入土深度和壓樁力→封樁。 3.2.2施工要點： 壓樁時要注意： 1) 壓樁架應保持豎直，錨固螺栓的螺帽或錨具應均衡緊固，壓樁過程中應隨時擰緊松動的螺帽; 2) 就位的樁節(jié)應保持豎直，使千斤頂、樁節(jié)及壓樁孔軸線重合，不得偏心加壓； 3）整根樁應一次連續(xù)壓到設計標高； 4）壓樁施工應對稱，但不應數臺壓樁機在一個獨立基礎上同時加壓。 在樁端達到設計持力層深度后，千斤頂卸載，拆除壓樁架，焊接錨桿交叉鋼筋，將C30微膨脹混凝土澆灌入孔口，振搗密實封樁。 3.3柱、梁加固施工技術 3.3.1柱包鋼加固施工技術：      1）鑿除柱表面粉刷層，將混凝土表面打磨平整，四角磨出小圓角，并用鋼絲刷刷毛，用壓縮空氣吹凈。      2）在角鋼和扁鋼箍內表面打磨除銹，用壓縮空氣吹凈。      3）將角鋼用夾具固定在柱的四角，要求柱面與角鋼的間隙在1-5mm間，以便于灌注建筑結構膠。      4）選擇合適的焊接工藝，將扁鋼箍及角鋼焊接成一個鋼骨架。用IFS無機快速封堵材料將角鋼及扁鋼箍周圍封閉（留出排氣孔）。待密封膠固化后，按比例調配建筑結構膠，灌入角鋼和扁鋼箍內，要求灌注密實。      5）對加固后柱的外表面除銹并打磨，刷2道防腐膠，待防腐膠固化后進行檢查驗收。 加固前須對原有構件表面與鋼材粘合面仔細處理打磨至堅硬處，除去油污和粉塵。 鋼材表面進行除銹后沿受力方向打磨出紋路，錨栓鉆孔須避開原有結構主筋，被加固構件上所有鋼材安裝到位后施焊焊為一體，未注明焊縫高度不小于5mm，滿焊，所有加固粘合面內灌入結構膠，灌膠后結合面處粘接面積錨固區(qū)和非錨固分別不得小于90％和70％，灌膠后嚴禁在粘合面處及附近鋼材上施焊。