摘要:本文結(jié)合工程實例,詳細(xì)介紹了某辦公綜合樓存在的問題及整體加固設(shè)計方案;并從建筑物基礎(chǔ)、梁、柱、板的加固設(shè)計與施工進(jìn)行了詳細(xì)闡述和具體評價。
　　關(guān)鍵詞:建筑工程;加固設(shè)計;碳纖維加固法
　　1工程概況
　　某辦公綜合樓工程,建于1998年,房屋分為南、北樓,平面形狀呈“L”形。南樓為框架結(jié)構(gòu)六層辦公樓(局部三層),南北朝向。北樓為兩層底框結(jié)構(gòu),上抬五層磚混結(jié)構(gòu)(原設(shè)計為四層)宿舍樓,南、北樓間設(shè)變形縫,縫寬100mm,如下圖1所示。
　　
　　圖1建筑平面布置圖
　　2建筑物存在的問題分析
　　2005年,根據(jù)《房屋安全鑒定報告》,該樓存在以下問題:南樓的南、北外縱墻上存在多道斜向裂縫,基本上隨著樓層的增加,縫寬呈減小的趨勢。南樓的三層西南角現(xiàn)澆樓板有斜裂縫。寬度3mm,西北角斜裂縫寬度0.8mm;四、六層西北角預(yù)制樓板斜裂縫寬度1.5mm～5mm;四～六層預(yù)制樓板有拼板縫,寬1mm～2mm;四層樓面局部下沉、樓板開裂,寬度2mm～4mm;三樓南側(cè)外框架梁端部有斜裂縫,寬0.15mm;西側(cè)外框架梁端部有斜裂縫。寬度0.2mm,個別框架柱有細(xì)裂縫;北樓住宅樓底層西縱墻有貫通性斜裂縫,寬約0.8mm;二層樓面設(shè)置大型浴池,增加了樓面荷載。
　　房屋的傾斜量為11.0mm～56.0mm,南樓向偏西、偏北方向傾斜,北樓向偏東、偏南方向傾斜,致使南、北兩樓在頂部相碰。
　　現(xiàn)場觀察可知,南樓墻體開裂較嚴(yán)重,北樓稍輕;兩樓相碰處,在南樓西側(cè)樓梯間頂層框架梁側(cè)面有垂直裂縫;南樓過道處橫向框架梁1/3跨度處側(cè)面有垂直裂縫。
　　3建筑整體加固結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
　　(1)通過對原設(shè)計的驗算,由于沉管灌注樁的樁端持力層強度不夠,且分布不均勻,致使南樓基礎(chǔ)存在變形不協(xié)調(diào)的問題。如1軸～2軸間的承臺CT-3上荷載為5800kN,配20根樁,承載能力為8900kN;而4軸～10軸間的承臺CT-1上荷載為6600kN,配16根樁,承載能力為7100kN。此外,南樓西側(cè)三層～六層尚未使用,若使用后裝璜荷載、活荷載作用,變形還會加大。因此,需對南樓的基礎(chǔ)進(jìn)行加固。使各承臺變形基本一致,滿足變形要求。而北樓問題較輕,僅對變形縫部位的基礎(chǔ)進(jìn)行加固。
　　(2)對于兩樓傾斜相碰,由于其最大傾斜率為2.3‰,按國家規(guī)范≤4‰偏斜率允許值的要求,不需進(jìn)行糾偏,采取拆除北樓相碰部分外墻并使南樓頂層切割縮進(jìn)100mm。使變形縫寬度達(dá)到國家規(guī)范要求,同時減輕作用在基礎(chǔ)上的荷載。
　　(3)對墻體開裂,樓板開裂及梁柱達(dá)不到設(shè)計和使用要求的部位進(jìn)行加固補強處理。
　　4建筑物整體加固結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　4.1基礎(chǔ)的加固設(shè)計與施工處理措施
　　根據(jù)《補充勘察報告》,原基礎(chǔ)設(shè)計樁的持力層為③-2層粉質(zhì)粘土,強度不夠,且不均勻。因此加固時考慮在變形協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上,將以后使用中的裝潢荷載和活荷載由新增加的樁來承擔(dān)。
　　基礎(chǔ)加固:對沉降大的部位采用旋噴樁加固法,樁端進(jìn)入④層粉砂層,位置為南樓4軸～12軸,及變形縫兩側(cè)E軸～G軸問承臺,加固示意如圖2所示。
　　
　　圖2旋噴樁加固位置圖
　　旋噴樁采用高壓噴射注漿,70年代以來在我國的巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。具有加固體強度高、加固質(zhì)量均勻、加固體形狀可控的特點,已成為被國內(nèi)工程界普遍接受的、多用、高效的地基處理方法。
　　在國家地基處理技術(shù)規(guī)范《JGJ79—2002》2002版中第12.1和12.2條規(guī)定:“高壓噴射注漿法可用于既有建筑物和新建建筑物的地基處理。適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、索填土和碎石土等地基。”
　　旋噴樁的基本原理是利用高壓水泥漿的噴射力將土體置換成水泥樁,這種置換是在瞬間完成的,因此在置換的過程中不會產(chǎn)生附加沉降。
　　高壓旋噴注漿,先利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管,鉆入土層的預(yù)定位置,然后將漿液或水以高壓流的形式從噴嘴里射出,沖擊破壞土體,高壓流切割攪碎的土層,呈顆粒狀分散,一部分被漿液和水帶出鉆孔,另一部分則與漿液攪拌混合,隨著漿液的凝固,組成具有一定強度和抗?jié)B能力的固結(jié)體。當(dāng)噴射流以360度回轉(zhuǎn),且噴射流自下到上提升時,固結(jié)體截面形狀為圓形,故稱為旋噴。
　　旋噴樁的噴漿由下而上進(jìn)行,噴漿壓力為20MPa。提升速度小于150mm/min,旋轉(zhuǎn)速度取10r/min～20r/min。采用32.5級水泥,水灰比1∶1,樁長為28m,旋噴樁平面布置見圖3。
　　
　　圖3旋噴樁平面布置圖
　　4.2框架梁的加固設(shè)計與施工處理
　　梁的加固分以下三種情況采用不同的加固方法。
　　(1)對于梁端有斜裂縫的框架梁,主要是由于梁的抗剪能力不夠。加固采用在梁側(cè)粘貼碳纖維布的u形箍的加固方法,提高其抗剪能力。
　　(2)對于梁中有垂直裂縫的框架梁,主要是由于梁的抗彎能力不夠。加固采用在梁底粘貼長條形碳纖維布的加固方法,提高其抗彎能力。
　　(3)對于由于南、北兩樓碰撞造成的框架梁梁側(cè)的垂直裂縫,加固采用在梁側(cè)粘貼長條形碳纖維布的加固方法,提高其側(cè)向抗彎能力。
　　(4)對于由于混凝土強度降低而造成抗彎、抗剪承載力不足的梁,采用在梁底粘貼長條形碳纖維布,在梁端粘貼碳纖維布的U形箍的加固方法見圖4。
　　
　　圖4外包碳纖維布加固示意圖
　　碳纖維布加固方法具有以下優(yōu)點:
　　(1)具有很高的材料抗拉強度,且自重小,即比強度高。FRP的拉伸強度為鋼材的10倍,而比重卻只有其1/4。如用纖維復(fù)合材料對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,可基本不考慮纖維復(fù)合材料對原結(jié)構(gòu)附加的荷載;
　　(2)具有很高的比剛度(彈性模量與密度之比)。高彈模碳纖維的彈性模量可達(dá)鋼材的2倍～3倍,彈性變形能力強;
　　(3)抗腐蝕性能和耐久性好;
　　(4)結(jié)構(gòu)外觀和盡寸不會出現(xiàn)明顯變化,修復(fù)加固效果好;
　　(5)施工過程簡便,大部分為手工操作無需特殊的裝備,工作量小,施工工期可以大大縮短;
　　(6)FRP體系的維修費用低。
　　4.3樓板的加固設(shè)計與施工
　　現(xiàn)澆樓板的角部斜裂縫主要是由于柱的不均勻沉降造成的,裂縫寬度較寬,最寬的有3mm。在基礎(chǔ)加固沉降穩(wěn)定后。用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封縫、灌縫,再在板頂及板底貼碳纖維布進(jìn)行補強。
　　預(yù)制樓板的斜裂縫,寬度達(dá)1.5mm～5mm。對于板端支座處有裂縫的預(yù)制板進(jìn)行更換,若無預(yù)制板可換,可采用現(xiàn)澆單向板來代替,板筋植入框架梁內(nèi)。對于預(yù)制板的拼板縫,采用環(huán)氧樹脂灌縫。其它板縫,采用環(huán)氧樹脂灌縫,然后在板底貼碳纖維布進(jìn)行補強。
　　4.4柱的加固
　　對于柱的裂縫可采用貼碳纖維布進(jìn)行補強。對于抗壓強度、配筋數(shù)量及軸壓比不滿足設(shè)計要求的柱加固采用濕式外包鋼加固法。經(jīng)外包鋼加固后,混凝土柱不僅提高了承載力,又由于柱的核芯混凝土受到型鋼套箍和綴板的約束,柱子的延性也得到了提高,加固后柱的截面增加較小,不影響使用。
　　4.5墻體的加固設(shè)計與施工
　　(1)對裂縫寬度小于2mm的部位用雙面鋼絲網(wǎng)粉以高標(biāo)號水泥砂漿進(jìn)行加固。施工時應(yīng)將原墻面的粉刷層鏟去,然后將磚縫剔深10mm,用鋼絲刷將墻面刷凈,并灑水濕潤。以保證水泥砂漿能與原砌體有可靠的粘結(jié),水泥砂漿面層的厚度為30mm～40mm,分2次～3次壓抹,砂漿強度等級不小于M10。
　　原則上,墻面應(yīng)雙面用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固。為保證墻兩面的加固層共同工作,鋼筋網(wǎng)在水平方向和豎向每隔600mm～900mm用Ф6鋼筋拉結(jié)。
　　鋼筋網(wǎng)遇到樓板時,應(yīng)在樓板上每隔500mm～600mm鑿一洞,放入Ф12鋼筋。縱向鋼筋應(yīng)伸入室內(nèi)、外地面以下400mm,用C15混凝土澆筑。鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑為Ф4或Ф6,鋼筋的間距300mm×300mm。在窗洞、門洞部位。鋼絲網(wǎng)截斷并作145°彎勾,同時在洞口四周每邊各加2根Ф12的鋼筋加強,見圖5。
　　
　　圖5鋼絲網(wǎng)加固墻體                                           圖6拆除平面位置圖
　　(2)對裂縫寬度大于2mm的部位,墻體進(jìn)行拆除后重新砌筑。磚采用MU10的粘土空心磚,砂漿采用M7.5的混合砂漿砌筑。
　　4.6變形縫處碰撞處理
　　由于其最大傾斜率為213‰,小于國家規(guī)范≤4‰偏斜率允許值的要求,故不需進(jìn)行糾偏,采取移動或拆除南北兩樓相碰部分房屋,使變形縫寬度達(dá)到國家規(guī)范要求。拆除北樓頂層靠近變形縫外的一個單元,并將南樓頂層④～⑨XP軸間框架切割向南縮進(jìn)100mm,見圖6陰影所示,可增加縫寬約80mm。
　　5結(jié)語
　　綜上所述,通過采取以上加固措施,該建筑結(jié)構(gòu)受力性能得到了整體加強提升,經(jīng)檢測鑒定,加固改造設(shè)計與施工效果良好,建筑物地基沉降穩(wěn)定,能滿足使用要求,說明本次加固改造工程設(shè)計合理,施工技術(shù)措施得當(dāng),施工質(zhì)量滿足規(guī)范設(shè)計要求。經(jīng)過近二年的使用,沒發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象,說明本辦公綜合樓加固改造取得了圓滿成功,可為同類工程提供借鑒。