火烧后建筑物混凝土结构拆除及加固技术创新

随着社会经济建设的快速迅猛发展，大大加快了建筑行业的前进步伐，人们都希望生活在美好而舒适的环境中。然而建筑物火灾的频频发生， 也给国家和人民生命财产造成巨大损失和带来了无比的灾难！在这些沉痛的教训面前，人们除了要严格加强预防火灾意识和采取各项杜绝火灾措施外，还要面临解决被火灾烧毁的建筑物修复首要问题！若本文能够对被烧毁的建筑物提供及时有效的解决尽快修复补救方法，也算是为受灾业主尽一份减少部分损失的心意。

摘要：在全国各地均出现过较大火灾后的建筑物修复结构加固工程过程中，根据建筑设计结构、材料、烧毁程度、周边环境的不同，所采取的措施和修复结构加固方式也不同。本文从火灾后对建筑物的修复技术、措施、机具设施等方面分析并对已施工完成的项目工程成功案例进行探讨。

关键词：喷射混凝土、水射流、湿喷、结构加固、

一、本项目起火原因及建筑物被火烧毁的现状：

2010年4月24日重庆石桥（赛博）广场的赛博电脑城大楼开展户外市容整改，在广告公司的电焊工进行切割户外广告牌时因操作不当，引燃商场易燃物品导致电路起火，火势通过裙房的通风天井导致六楼以及负一楼商场的大火燃烧。经重庆消防官兵历时18小时的奋力扑救，终于保住了旁边36层高的塔楼和负二、负三楼未招火灾烧损。事故后经“重庆市建筑科学研究院”专家实地现场踏勘取样、检测鉴定，该广场裙房商场的七层楼板钢筋混凝土框架遭火灾后严重受损，必须进行结构加固后方可进行装修后使用。其中大部份楼层的混凝土楼板严重开裂甚至脱落，很多钢筋已暴露在外（见火灾现场附图Ⅰ、Ⅱ）。其中过火面积52626.342m2，受损面积为47000平方米；中度、重度区共28002.721m2、轻度区24623.621 m2，烧毁面积较大，损失极为严重。

火烧后损伤现场混凝土板露筋图Ⅰ

火烧后损伤现场混凝土板露筋图Ⅱ

二、对修复烧毁建筑物钢筋混凝土拆除方式的改变建议：

为修复对被火灾烧毁的建筑物进行实施加固，并能够使商场尽快恢复正常营业；通过招投标后重庆建工工业有限公司于2010年7月30日中标，合同约定在2010年8月1日进场开工，要求于2010年11月30日竣工完成。合同约定先将火烧后被碳化的混凝土楼板采用人工凿打拆除操作，再进行喷射砼置换混凝土。由于时间紧、任务重，质量要求也高；本人做为此工程的项目负责人，深感责任重大！经详细勘察火灾后的烧毁现场，多方调阅相关资料、考察其他类似项目成功案例、总结以往施工经验，在得我公司领导同意后开始了改变拆除施工方案的准备工作。经过两天的时间我方将施工方案提交设计院获得认可后，力荐业主“重庆渝高科技产业（集团）股份有限公司”采纳和应用我方提出的新技术，新工艺。并同业主一起协带两名得力技术助手坐飞机到河南省某市高速路的一座互通式立交桥现场考察，对由“我特捷技术（北京）有限责任公司”运用自主研发的设备对其正在铣刨C60混凝土的施工现场进行了实地考察。考察回来后，我部即向业主提出放弃人工拆除作业改为机械凿打的拆除方式并召开专题会议讨论。会议讨论结果为：经考察河南采用新技术项目施工现场的结果后，业主采纳了我部的提议并同意改变拆除方式，此项目即开始了进入了实施拆除的工作阶段。

三、应用高压水射流拆除中度、重度碳化损伤砼施工技术的优劣。

对正在铣刨C60混凝土施工现场要求不损坏原有钢筋的情况下重新浇筑C60桥面砼。铣刨总面积491m2，深度8～12cm，有效工作时间18小时。

（考察照片如下）：

铣刨C60混凝土施工现场图Ⅰ

铣刨C60混凝土施工现场图Ⅱ

A、采用高压水射流技术，对保留原有结构不产生任何外界破坏作用力

1）水泥混凝土的抗压强度高，而弯拉强度较低。

路面混凝土的抗压强度、弯拉强度经验参考值

弯拉强度（Mpa） 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

抗压强度（Mpa） 5.0 7.7 11.0 14.9 19.3 24.2 29.7 35.8 41.8 48.4

2）水泥混凝土铣刨机，喷射出高压水，注入多微孔结构的混凝土缝隙中，产生超越混凝土弯拉强度的压力，使混凝土发生破碎。

如图所示：

3）作业过程无振动，保护原结构

由于传统的人工凿打、电镐、风镐、破碎锤头剔除，费时费工，且通过巨大的外部力量，将混凝土振碎。巨大的振动，容易产生新的裂缝，会损害应保留结构部位，导致部份钢筋混凝土松动，使喷射砼部份失效 ，造成拆除范围和深度不具有精确性。

采用水泥混凝土铣刨机的作业全过程无振动，水射流注入混凝土后，是水的张力使混凝土发生破碎，从而达到精准拆除效果。按照本项目重庆大学建筑设计院负责加固设计的全学友博士要求，过火钢筋混凝土检测标准强度应在25Mpa以上的可以不需拆除置换混凝土，且可控水的张力控制在25Mpa以内进行破碎。若原有混凝土超过强度25Mpa，水射流将无力损伤砼，据此可以精确控制混凝土的破碎强度。用此技术精确检测成品砼的真实强度等级标准方法获得北京和上海等多地质监站认可；拆除的面积、深度和力度、破碎后的界面，边缘比较整齐、干净、呈现坚硬的齿状，可以直接进行喷射混凝土置换。

(照片如下)

水射流铣刨后混凝土楼板图

B、采用水泥混凝土铣刨机，丝毫不伤害钢筋，保持原有结构。

1）混凝土是非匀质、多微孔结构，钢筋则是匀质、密实结构。混凝土为非匀质的多孔隙材料，钢筋则为匀质材料。以宏观上看，混凝土是由相互胶结的各种不同形状大小的颗粒堆聚而成如下图（a）、（b）的展示。深入观察其内部结构，它是具有三相（固相、液相和气相）的多微孔结构（如下图（b））。

混凝土是水泥、河砂、碎石胶结成的多微孔结构，使喷射出的高压水（水是液体材料）可以击破混凝土表面，然后水在混凝土内部形成超过混凝土弯拉强度的张力，破碎掉混凝土。但是，钢筋（包括拴在钢筋上的铁丝）是匀质、固体材料，作为液体材料的水，无法突破钢筋或铁丝表面，从而达到作业后丝毫不伤害钢筋也无需更换新的钢筋，并能降低工程造价成本。

2）人工凿打、电镐、风镐、机械破碎，是通过巨大的外部力量，将混凝土振碎的同时会损伤钢筋，造成了钢筋变形，不是弯曲的就是混乱的，使部份受力钢筋损伤减少了应受力钢筋的截面积。而修复整理钢筋过程费时费工，严重影响到原钢筋混凝土受拉构件的使用寿命。

终上所术，鉴于水射流优于人工、机械剔除，且能保持建筑原有结构及时间快的特点。在我部将此技术进行优劣对比成功的说服业主后，采用了高压水射流技术，并与由安济公司的“我特捷技术（北京）有限责任公司”进行了本项目合作。实践证明我公司的建议是正确的，运用此方法既节约时间又能保持建筑物原有结构不受损坏，除被火灾烧毁必须置换的钢筋混凝土外，同时降低工程造价成本，也减少了工人的劳动强度。从2010年9月8日开始全面施工到2010年10月8日完工结束，两套射流机具（如下图）历时一个月完成了钢筋砼楼板板底碳化砼拆除11900m2，日平均铣刨作业达到400m2，深度平均达到3～5cm，局部穿透达10～15cm，是几百人工需要凿打半年才能完成达到的成果。

水射流机具图

四、运用水射流技术在施工过程中遇到的问题、反复的实验及技术工艺的创新

经一个月高压水射流拆除完工后，原结构钢筋混凝土楼板火烧碳化的部份已被大量铣刨剔除。呈现在我们面前的是干净齿状的混凝土和原结构一样规整的钢筋（见下图）。按照设计图要求置换新的钢筋混凝土楼板底部C35混凝土。

水射流铣刨后效果图

1、对干喷射混凝土与湿喷射混凝土的优劣比较

A、所谓的干喷射混凝土是将胶结材料水泥、细骨料中砂、粗骨料石子，按实验室提供的适时的配合比计量进入搅拌机干拌均匀后，铲入干喷射混凝土机内挤压后经压缩空压机空气雾化通过风管输送到喷枪与喷枪头，与同时到达的速凝雾水在空气中迅速混合射到楼板上形成混凝土。在施工过程中经实践证明，干喷射混凝土的构件强度很难达到C35以上，究其原因是干喷射混凝土，干拌料通过空气高压雾化输送出喷枪过程中，大量的水泥胶结材料在空气中形成灰雾，胶结材料水泥和粗细骨料大量分家坠落，高压气体输送到混凝土界面时，有部份不能形成有效粘结混凝土体，且反弹到空气中形成粉尘污染，坠落在地面上成为了建筑垃圾而无法利用。（注：喷射混凝土掺加速凝剂，须将初凝时间提前到10分钟内，终凝时间提前到2小时）。那怎么办呢？是让设计院修改设计降低标号，这是不可能。最后与重庆建筑大学设计院全学友博士在动态设计阶段就此进行协商，采用重庆市场上还没有起用的湿喷新工艺来满足混凝土的置换要求。

此湿喷混凝土板底新工艺在重庆加固实属首次，即没有参照规范和操作规程，也没有定额消耗量，更困难的是没有能熟练操作过的工程技术人员和操作工人！一切都从零开始，我部需立即进行试验性探索。首先作为项目经理的我，自费从河南长葛定购两台产量5m3/小时湿喷射混凝土机，又到租赁公司租赁了两台产气量15m3/分钟的大型柴油空气压缩机；然后聘请在中铁二局隧道做干喷射混凝土施工的李崇满班组，将其从正施工的四川汶川大地震项目中抽调过来对本项目进行试验性喷射作业。

B、所谓湿喷射混凝土是将胶结材料水泥、细骨料中砂、粗骨料石子、水、纤维，按设计的强度比例计量，用搅拌机拌熟后，匀速加入湿喷射混凝土机压缩后经空压机高压空气混合雾化通过风管输送到喷枪头与同时到达的速凝雾水在空气中混合射到钢筋混凝土板底上形成混凝土构件。

2、喷射混凝土施工的问题分析及工艺革新

在此实验试喷射混凝土阶段，我项目作业班组按照质量检测标准要求的水泥喷射混凝土配合比计量方法进行作业后，在此项目中的施工结果相当不理想。喷射出去混凝土到达楼板底部后均全部反弹回来，连续试验了两天均失败了。施工班组开始失去信心，操作人员情绪也很低落；我立即叫停作业班组并召开现场所有技术及操作工人在内进行诸葛亮式的会议攻关。首先分析问题出在那里呢？①是设备有质量问题吗？两套设备均出现同样情况，排除了可能性。②空压机的空气压力按厂家要求均能达到6～8kg压力值，也没有问题。③是否是配合比不适合呢?④是否速凝剂不起作用呢？经检测试验速凝剂也没有问题。⑤操作喷射的工人作业方法是否正确呢？自述他是按照隧道顶部的作业方式进行工作的，就此情况我们将喷射混凝土界面换到墙面和斜坡面进行试喷射，效果相当的好，不但质量稳定，混凝土的反弹相当的少，反弹率不到20%；为什么喷射钢筋混凝土楼底板就不行了呢？经过详细观察，发觉问题出在喷射的方法上！施工作业班组的持射管工人，长期是作干喷的作业习惯操作是将喷枪与作业界面保持80度夹角。此夹角作业时后面喷射的混凝土将前面喷射混凝土已经粘结好的射冲掉，所以失败。我再次告知施工班组和射管工人介绍此作业并不同于隧道顶部，喷射倾角弧线多次堆积而成，而我们是钢筋混凝土平面楼底板均匀的齿状无堆积空间，厚度只有3～5cm,足部5～10cm，鉴于现场实际情况。必须调整操作手喷管持枪与界面的最佳角度。经过调整试验观察发现界面的角度90度效果最好，也就是垂直喷射。采用垂直喷射后楼底面有明显的混凝土粘结，感觉已向成功靠近一点，还不很理想，反弹率还很大。那么就调整配合比，在保证砼标号不变的情况下，减少水的用量，使混凝土像糯米粑一样粘接附着。调整配合比后效果还可以，射上去的混凝土反弹率也减少了很多。在此基础上再进行了试验空压机的空气产气压力调整，试验观察，空气压力在5kg以内时射上去混凝土容易自由掉落，没有与钢筋混凝土楼板底牢固粘结。那6kg、7kg、8kg压力如何呢？试验证明，平面楼底板混凝土喷射超过7kg以上的空气压力混凝土容易被冲掉；若稳定在6kg左右空气压力值的混凝土粘结在楼板底部强度最高效果最好，反弹率基本控制在20%以内。我部将此成功实验结果经现场监理见证取样标后送试验室检测，检测报告出来后，结果完全能达到设计图要求C35喷射混凝土强度值。

虽然试喷射砼顺利试验成功，但是施工班组的喷枪操作手又感到操作难度较大不干了。究其原因是因为垂直喷射混凝土时，喷射在操作的移动架上抱着喷枪作业时反弹的混凝土将整个射手全部包裹起来无法作业，更观察不到楼底面混凝土喷射质量效果，作业表面造成大堆小堆凹凸施工平面很是难看，有的钢筋都没有被覆盖到，起初对射手采用穿雨衣、戴防护眼镜、戴防护帽，喷枪操作手轮番上阵，都还是不行。最后经过研讨，决定改进位置，将喷枪和架料管梆在一起，垂直固定在斗车轮轴的中间焊牢，另用一根3米长的架管垂直连接牢固，喷枪操作手在3米以外的位置操作架管，形成了两轮简易操作车，能够达到在施工操作过程中上、下、左、右，前后移动操作自如。经反复试验证明：此施工只要控制好水灰比，采用稳定在6kg左右的气体压力，运用两轮简易操作车后 ，完全能达到保质保量地完成湿喷射混凝土施工作业。其混凝土的反弹率能够控制在20%以内，而混凝土的强度均超过C35；其施工的观感优于干喷混凝土表面。（湿喷射混凝土机照片如下）

我部经反复试验以及对水射流施工技术的不断创新，做到了采用高压水身射流破碎楼底板使碳化损伤混凝土和湿喷射混凝土进行成功置换，在2010.4.24石桥（赛博）广场火灾后的结构加固工程项目中得以成功应用。经重庆九龙坡区质监站和重庆市天润匝心检测试验中心对本项目的结构加固工程进行综合检测；其检测结果符合设计要求，并通过了结构综合验收合格，准许交工。此项目作为重庆一个结构加固工程的成功案例，可运用于今后的其他同类项目工程中。（后附成品结果图）

喷射混凝土成品图

五、结 束 语

能够参与对火灾后的建筑物修复工作尽一份微薄之力和尽可能为受灾业主减少损失是我们感到欣慰的事，希望人们通过火灾的教训，在今后的工作中引起高度重视，做到减少和杜绝类似事件的发生。

在此，我代表重庆建工工业有限公司感谢在石桥（赛博）广场商业大楼结构加固项目中作出贡献并采纳建议的业主“重庆渝高科技产业（集团）股份有限公司”、 负责设计结构加固的“重庆大学建筑设计院”及全学友博士、承担质量监管重任的重庆九龙坡区质监站和重庆市天润匝心检测试验中心；以及为本项目共同合作付出努力的安济公司的“我特捷技术（北京）有限责任公司”提供的设施和技术，另外感谢付出辛苦劳动坚持完成工作的喷射操作施工班组；感谢你们在本项目中对成功运用水射流和湿喷砼建筑结构加固技术所作出的共同努力和贡献！

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。