深圳市布吉职业中专教学楼加固设计与施工实施

摘要：布吉职业中专整体加固方案选择及施工实施。

关键词： 布吉职业中专； 加固方案； 施工实施

Abstract: the whole village professional technical secondary school selection and implementation of strengthening project construction.

Keywords: buji professional technical secondary school; Strengthening plan; Construction implementation

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

深圳市布吉职业中专(现为龙岗中专)教学楼位于深圳市龙岗区布吉镇南岭村。其为一主体四层、局部五层框架与砌体共同承重的建筑，建筑面积为4860m2，是布吉职业中专的主教学楼，承担了该学校绝大部分的教学任务。2002年初该教学楼楼板显现出大量裂缝，并有日益发展的趋势。为了保证该校师生的人身安全，龙岗区教育局委托中国建筑科学研究院深圳分院对该教学楼进行检测鉴定及加固设计。

该教学楼由宝安县建筑规划设计室于1985年设计，该工程基础混凝土设计强度等级为C13，上部结构混凝土设计强度等级为C18；一至二层砌体设计采用MU10砖及M5水泥砂浆砌筑，其余各层砌体设计采用MU7.5砖及M2.5水泥砂浆砌筑。现存设计图纸严重不全(结构图仅有结构说明及梁表，建筑图无平面图)且无竣工验收资料。检测报告揭示建筑物存在以下结构安全问题：①存在混凝土强度等级小于C15的柱、梁构件；②部分墙体砖强度等级小于MU7.5,砌筑砂浆强度等级小于2.0MPa；③部分柱轴压比超过国家规范限值；④部分柱、梁、板不满足国家规范对构件承载力的要求；⑤部分构件裂缝宽度大于国家规范限值；⑥现结构体系整体性差，结构抗震能力及构造措施不满足国家规范要求。

龙岗区教育局为节约投资又最大限度延长教学楼使用寿命要求制定科学安全又经济合理的加固设计方案并要全程指导施工实施（2003年）以达到既定预期，笔者作为中国建筑科学研究院深圳分院项目负责人承担了加固设计及施工指导的任务。

鉴于该建筑物存在多方面结构安全问题，整体加固已是必然选择，而整体加固具体方法选择是否妥当直接决定了加固效果及投入成本。该建筑是砖砌体与内框架联合承重的结构体系，从现场检测得到的基础资料和数据看该建筑施工过程的质量控制缺失，大量结构构件的强度等级远低于原设计要求进而导致构件承载力不满足规范要求的情况大范围存在；从结构现状看比较合适的整体加固方案有两种方式可供选择：①整个建筑的砌体结构部分的砌筑砂浆进行钩缝更换处理并对砌体墙进行双面喷浆处理，结合对框架构件的批量加固来达到整体加固要求，②整个建筑的砌体结构部分采用混凝土板墙加固并结合对框架构件的批量加固来达到整体加固要求。比较以上两种方案，最终采用了第二套加固方案；从加固效果来看第一种方案对施工工艺要求较高，施工难度大，砖砌体原灰缝的剃除重钩需耗费大量人工且质量难于控制，双面喷浆需需分段逐层进行且对设备依赖度较高、工期较长，施工完成后其新老部分协同工作能力不理想，而原大放脚条形刚性基础需单独处理，结构抗震能力未得到显著改善，加固效果不理想；采用混凝土双面板墙加固方案对施工工艺要求不高，施工难度不大（其加固方案大样图见下插图），而原大放脚条形刚性基础亦可采用混凝土外包方法与板墙形成整体，加固后建筑整体刚度大幅提高且刚度均匀亦与原混凝土内框架能较好的协同工作，局部应力集中和突变现象得到改善，辅以对原内框架构件的批量加固其整体抗震能力及结构耐久性均得到大幅提高；采用第二方案相对于第一方案有案有20%左右的成本增加，但其工期较短（保证在暑假期间完工）、质量易控制，加固效果较好所以确定其为最终加固设计方案。整体加固设计方案得到确定后需

解决结构构件（梁、柱及板）的相应加固方法，针对于单个结构受力构件的加固方法的选择也是以加固效果和是否经济为依据。对于混凝土梁、柱来说，一般有加大截面加固法、外包（粘）钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法等几种方法；加大截面加固法，即采取增大构件的截面面积来提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法；外包钢加固法，即在混凝土构件四周包以型钢的加固方法，适用于使用上不允许增大混凝土截面尺寸而又需要大幅的提高承载力的混凝土构件的加固，当采用化学灌浆外包钢加固时型钢表面温度不应高于60℃，当环境具有腐蚀性介质应有可靠的防护措施；预应力加固法，即采用外加预应力的钢拉杆或撑杆对结构进行加固的方法；改变结构传力途径加固法，顾名思义，不做过多论述。针对结构构件存在问题，比选所述的几种加固方法效果最显著，施工最简单而又兼具经济性的是加大截面加固法，且与整体结构所采用的混凝土板墙加固法可同时施工、缩短工期，受力传力途径也清楚明析（梁、柱加固大样见下插图）。该建筑混凝土楼板存在较多结构裂缝、承载力亦不满足正常使用要求，这部分楼板的加固可以采用在混凝土板面或板底粘贴碳纤维条带的加固方法；碳纤维最早是应用于航空工业的一种原材料，于二十世纪九十年代开始在建筑工程中探索应用，碳纤维的单向抗拉强度大约为Ⅱ级钢强度的10倍，而应用最广泛的200g/m2和300g/m2两种规格的碳纤维布仅厚0.11及0.18毫米，用配套结构胶粘贴于混凝土板面或板底几乎不增加原结构负重、不加大原结构截面而又能与原结构有效的协同工作，并且还能限制裂缝的进一步发展；加之碳纤维粘贴施工的工期短、堆料少所以在该工程中运用是一种安全和恰当的选择。结构构件的裂缝对其耐久性和正常使用都构成较大影响，相关规范允许结构带裂缝工作的，但对于结构裂缝缝宽>0.3mm或裂缝有发展趋势的构件要进行加固处理，该建筑结构构件裂缝主要存在于混凝土楼板，少量存在于混凝土梁上，缝宽范围在0.15~0.35mm之间，对存在的裂缝均应做压力灌浆处理，尤其是屋面板和卫生间楼板的裂缝处理关系到建筑物的正常使用；而对于裂缝宽度大于0.3mm的构件应结合其他工程技术条件来确定具体的加固方法。

该建筑在2003年7月开始加固施工，为完成龙岗教育局关于实现加固设计效果及保证现场正确施工，笔者开始了为期两月的施工指导工作。施工是实现设计意图及预期效果的手段，正确的施工方案是施工成功保证。从该建筑加固施工角度看面临以下需克服难点：①工期短（需在2个月的暑假期间完成），②多种加固方法在本项目中综合运用，如何合理安排其间的交叉施工及合理衔接,③原构件表面质量较差，粘贴类加固方法如何有效保证质量。笔者审阅施工单位提报的施工组织设计后针对其中存在的问题会同监理及施工单位进行了调整：①为保证2个月的绝对工期各工序必须紧密衔接、合理安排，原施工组织设计中施工主顺序为放脚基础开挖加固---回填---搭设外脚手架（一次到顶）---板墙加固---柱、梁、板加固---内外装饰---落外架；按此顺序安排实际无法实现，先开挖基础加固再回填无问题，但外架搭设一次到顶会使板墙施工无法实现（板墙模板一次制安不合理且无法保证质量，混凝土一次浇捣无法密实），另先完成板墙再加固柱梁人为拖延了工期，柱梁加大截面可以也应与板墙同步施工，既缩短工期又利于保证质量；在2个月内要保证完成加固及内外装饰、全面交工是无法实现的，应调整为完成加固抢出内装饰供教学使用再开展外装饰后落架（开学后留安全出入通道）；考虑以上修正后施工主顺序为放脚基础开挖加固---回填---逐层板墙加固及逐层搭设外脚手架---同层柱、梁同步板墙加固---板加固（含裂缝修补）---内装饰（完后提供教学用）---外装饰---落外架。②关于多种加固方法的合理衔接问题最应引起重视的是混凝土板粘贴碳纤维施工与其他加固施工的合理间隙，碳纤维加固效果理想与否取决于基层处理质量及粘贴质量，碳纤维粘贴过程中对于环境洁净度有要求，粘贴中如在多尘的环境中进行则质量无保证，所以碳纤维施工应安排在同层其他加固施工完毕后进行。③正由于原施工过程质量失控，原构件表面质量低劣，对于保证粘贴类加固施工质量是一挑战；针对这一问题在施工中要重点开展粘贴基层的修补修复；即在施工中如何打磨基层、利用修补材料修补基层结构缺陷。

在之后的施工中较好的贯彻了笔者及监理单位的要求及建议，在工期及质量上都得到了保证；笔者在2011年进行了回访查勘，从现状看加固后的建筑满足正常使用要求，原有裂缝修补后未现新的发展，加固施工达成预期效果。

参考文献：《混凝土结构设计规范》（GB 50010－2002）

《混凝土结构加固设计规范 》GB50367-2006

《碳纤维布加固修补结构施工及验收规范》

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。