1引言
　　由于混凝土強(qiáng)度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其所引起的框架柱承載力不能滿(mǎn)足安全使用要求，必須進(jìn)行加固處理。采用混凝土置換加固法對(duì)解決混凝土強(qiáng)度等級(jí)偏低的結(jié)構(gòu)效果良好，近年來(lái)已得到了廣泛的應(yīng)用。
　　
　　2工程概況
　　湖南某綜合樓為8層框架結(jié)構(gòu)，商品混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30。當(dāng)施工至4層框架結(jié)構(gòu)梁板時(shí)，發(fā)現(xiàn)第2層部分框架柱頂部有開(kāi)裂現(xiàn)象，呈受壓破壞性裂縫。
　　經(jīng)專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，本層共有10根柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C20以下，其中部分柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于C10。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)核，該工程的框架柱承載能力嚴(yán)重不足。根據(jù)多種加固方案比較，最終確定對(duì)此10根框架柱局部采用混凝土置換法對(duì)柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，確保結(jié)構(gòu)整體安全。
　　
　　3框架柱結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因分析
　　經(jīng)對(duì)該樓框架柱商品混凝土質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查、分析、檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該10根柱均為同一車(chē)商品混凝土，共5.6m3，由于是在深夜施工，水泥用量沒(méi)有按規(guī)定的配合比要求進(jìn)行配置，從而導(dǎo)致該框架柱混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重不足。當(dāng)上部荷載增加到一定限度時(shí)，框架柱承載力不足而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。
　　此裂縫是混凝土強(qiáng)度不足造成的，且與設(shè)計(jì)強(qiáng)度相差懸殊，不能采用加大截面、粘鋼等常規(guī)加固處理方法進(jìn)行處理，而必須采用比設(shè)計(jì)強(qiáng)度高一級(jí)的混凝土進(jìn)行置換加固處理。
　　
　　4框架柱混凝土置換加固處理方案與施工驗(yàn)算
　　采用混凝土置換加固處理方案最大的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在上部荷載的支撐與托換施工，必須在對(duì)結(jié)構(gòu)荷載驗(yàn)算分析的基礎(chǔ)上，采取科學(xué)合理的實(shí)施方案，具體如下：
　　4.1混凝土置換加固施工流程
　　施工工序規(guī)定本工程框架柱置換混凝士施工應(yīng)按下列流程進(jìn)行：
　　結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)計(jì)算→結(jié)構(gòu)位移控制的儀器儀表設(shè)置→結(jié)構(gòu)卸荷→剔除框架柱混凝土→界面處理→鋼筋修復(fù)配置→立?！鷿仓炷痢B(yǎng)護(hù)→拆模→檢查驗(yàn)收→拆除卸荷結(jié)構(gòu)。
　　應(yīng)對(duì)原結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的承載狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算、觀(guān)察和控制，以確保置換界面處的混凝土不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，盡可能使縱向鋼筋的應(yīng)力為零。
　　4.2置換混凝土的材料性能
　　4.2.1鋼筋品種規(guī)格、性能
　　鋼筋應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》（GB1499）等的規(guī)定抽取試件進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，其質(zhì)量必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)的規(guī)定。
　　4.2.2置換混凝土的性能
　　本工程混凝土采用論文聯(lián)盟WWW.LWLM.COM整理加固型高強(qiáng)無(wú)收縮C35混凝土，其品種質(zhì)量及應(yīng)用應(yīng)符合表1所列技術(shù)指標(biāo)，并抽取試樣進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)驗(yàn)。
　　4.3框架柱加固施工支撐體系分析驗(yàn)算
　　2層框架柱頂?shù)暮奢d計(jì)算（以4面支撐的中柱為例）：N=220kN；柱支撐點(diǎn)的荷載計(jì)算：F=N/n=220/4=55kN（4節(jié)點(diǎn)）。
　　經(jīng)計(jì)算，支撐體系選用Φ152×8的Q235鋼管，具體驗(yàn)算如下：
　　f=205MPa；Aa=3619mm2；A=(152/2)2
　　×3.14=18136.64mm2；
　　i=51.0；l0=6000；N=2×55=110kN；每米的質(zhì)量：28.41kg/m。
　　4.3.1穩(wěn)定性驗(yàn)算：
　　
　　λ== =117.65＜[λ]=180；查表得 =0.39，
　　 ==15.55< f =205Mpa，符合要求。
　　4.3.2強(qiáng)度驗(yàn)算：
　　
　　σ== =30.40MPa< f =205Mpa，符合要求。
　　因此，從以上驗(yàn)算可知，選用Φ152×8的Q235鋼管支撐體系，可滿(mǎn)足施工要求。
　　4.4框架柱混凝土置換的垂直位移檢測(cè)與控制
　　通過(guò)卸荷點(diǎn)的力值與位移值控制被加固構(gòu)件，卸荷的力值應(yīng)等于柱所承受的全部荷載，卸載時(shí)的力值控制用帶數(shù)顯式電子壓力表的千斤頂進(jìn)行卸載，卸荷點(diǎn)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移用千分表測(cè)量。卸荷時(shí)的力值、卸荷點(diǎn)的位置確定、卸荷順序及卸荷點(diǎn)的位移控制應(yīng)符合要求。
　　卸荷前按計(jì)算卸荷力值確定卸荷位置，明確卸荷點(diǎn)的位移控制值，按圖1、圖2所示卸荷位置執(zhí)行。卸荷時(shí)所使用的數(shù)顯式電子壓力表、千分表的精度均不低于1.5級(jí)。
　　4.5混凝土置換的支撐設(shè)置
　　卸載時(shí)必須確保卸載結(jié)構(gòu)的安全。卸載結(jié)構(gòu)采用垂直頂撐、鋼桁架結(jié)構(gòu)等。帶電子壓力表的千斤頂?shù)牧χ?，可過(guò)渡到支撐結(jié)構(gòu)上，過(guò)渡方法采用鋼鍥等。當(dāng)千斤頂?shù)牧χ禐榱銜r(shí)方可拆除千斤頂。力值過(guò)渡時(shí)應(yīng)用千分表進(jìn)行卸載點(diǎn)的位移控制。
　　卸載的支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度及變形要求，應(yīng)將荷載傳遞到基礎(chǔ)上。卸荷示意如圖3。
　　4.6支撐施工過(guò)程中鋼筋應(yīng)力與應(yīng)變的控制
　　本工程卸載時(shí)必須確保2層框架柱的縱向鋼筋應(yīng)力為零。因此卸載結(jié)構(gòu)的千斤頂?shù)牧χ祽?yīng)與設(shè)計(jì)計(jì)算值吻合，并應(yīng)用半分表嚴(yán)格進(jìn)行卸載點(diǎn)的位移控制。
　　1）支撐從混凝土基礎(chǔ)開(kāi)始向上逐節(jié)支設(shè)。
　　2）先用千斤頂通過(guò)臨時(shí)鋼管向上層結(jié)構(gòu)施加反力（55kN），當(dāng)達(dá)到力值要求后，用鋼管進(jìn)行置換，鋼管下方用鋼楔塊楔入，在千斤頂顯示力值為0時(shí)撤出千斤頂。
　　3）支撐設(shè)置時(shí)必須保證鋼管上下節(jié)支撐間的位置基本一致。
　　4）對(duì)原結(jié)構(gòu)用千斤頂卸荷時(shí)，用千分表加以監(jiān)控，結(jié)構(gòu)位移控制值為+0.01~0.05mm。防止因支撐力過(guò)大而破壞原結(jié)構(gòu)或因施工的力值達(dá)不到卸荷要求。
　　5）施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。
　　
　　5框架柱混凝土置換加固施工要點(diǎn)
　　為確保施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全，10根框
架柱加固施工分段進(jìn)行，具體施工要點(diǎn)如下：
　　5.1被置換混凝土的拆除
　　混凝土的拆除采用電動(dòng)鑿除機(jī)械進(jìn)行施工。
　　5.2置換混凝土的界面處理
　　新老混凝土結(jié)合面進(jìn)行鑿毛處理，以增加粘結(jié)力。同時(shí)在新澆筑的C35混凝土中摻入了適量的減水劑和膨脹劑．一方面減少了混凝土的收縮，另一方面增加了咬合作用。
　　5.3模板的設(shè)立
　　采用現(xiàn)場(chǎng)特制的鋼結(jié)構(gòu)定型模板。
　　5.4梁、柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的處理及混凝土的澆筑
　　如果只將柱鑿除并重新澆筑，柱與梁連接部位將是結(jié)構(gòu)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，兩者均不能實(shí)現(xiàn)剛性連接，而是改變了原有結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)的承載力和安全性都降低了。所以，應(yīng)將梁、柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的部分混凝土清除，將其與結(jié)構(gòu)柱一起重新澆筑，以保證結(jié)構(gòu)的整體性能。
　　節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的置換范圍對(duì)結(jié)構(gòu)重新澆筑后的受力性能有著極大的影響，如果不能合理確定，不僅節(jié)點(diǎn)附近的抗剪能力下降，而且即使柱與節(jié)點(diǎn)一起重新澆筑，卻不能形成剛接。參照裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，一般預(yù)制梁在柱上均有一定的擱置范圍，所以，不宜將混凝土柱外包尺寸范圍內(nèi)的梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土全部清除。本工程核心區(qū)混凝土置換范圍為400mm×400mm，梁在柱外包尺寸投影范圍內(nèi)每邊均有75mm的擱置長(zhǎng)度(見(jiàn)圖4)。這樣處理，不僅解決了新老混凝土粘結(jié)面的抗剪問(wèn)題，而且保證了梁柱節(jié)點(diǎn)的剛性連接。
　　本工程混凝土澆筑在3層樓面開(kāi)孔從特制定型模板的澆筑口灌注加固型混凝土。嚴(yán)格控制混凝土用水量，以確保混凝土質(zhì)量，每根柱澆筑時(shí)應(yīng)一次性澆筑完成，并使?jié)仓幕炷粮叱鲋斀缑?00mm，以保證加固柱頂部密實(shí)。
　　5.5置換混凝土的養(yǎng)護(hù)
　　混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為72h，拆模時(shí)間為24h，支撐的拆除時(shí)間為72h。
　　5.6施工質(zhì)量控制驗(yàn)收
　　在澆筑混凝土之前應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)及隱蔽工程驗(yàn)收。其內(nèi)容包括：原結(jié)構(gòu)混凝土界面、鋼筋品種、規(guī)格、數(shù)量、位置，加固型混凝土配合比的計(jì)量等，支撐及模板的承載能力、剛度和穩(wěn)定性。
　　
　　6結(jié)語(yǔ)
　　本綜合樓框架柱結(jié)構(gòu)拆模后經(jīng)設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位、施工單位對(duì)外觀(guān)質(zhì)量進(jìn)行檢查，并對(duì)加固型混凝土強(qiáng)度及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，其3d混凝土抗壓強(qiáng)度為35.0Mpa，完全滿(mǎn)足加固設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明采用置換法對(duì)框架柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固取得了良好的實(shí)際效果。此外，置換施工過(guò)程中要對(duì)柱及相關(guān)梁的變形和裂紋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保整體結(jié)構(gòu)的安全。

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