框架柱局部砼置换加固技术在某综合楼工程中的分析应用

摘要：本文结合工程实例，详细分析了某综合楼框架柱结构混凝土强度低而产生结构裂缝的的原因，在此基础上针对性地提出了采用混凝土置换法对框架柱结构进行加固处理，并对框架柱局部砼置换加固处理方案、支撑体系验算及加固施工技术要点进行了深入探讨。

关键词：框架柱；混凝土置换；加固 ；混凝土强度

中图分类号：TU323.1

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2011）06-0163-02

1引言

由于混凝土强度不满足设计要求，其所引起的框架柱承载力不能满足安全使用要求，必须进行加固处理。采用混凝土置换加固法对解决混凝土强度等级偏低的结构效果良好，近年来已得到了广泛的应用。

2工程概况

湖南某综合楼为8层框架结构，商品混凝土设计强度等级为C30。当施工至4层框架结构梁板时，发现第2层部分框架柱顶部有开裂现象，呈受压破坏性裂缝。

经专业检测机构检测发现，本层共有10根柱混凝土强度等级在C20以下，其中部分柱混凝土强度等级低于C10。经设计计算复核，该工程的框架柱承载能力严重不足。根据多种加固方案比较，最终确定对此10根框架柱局部采用混凝土置换法对柱结构进行加固处理，确保结构整体安全。

3框架柱结构裂缝产生的原因分析

经对该楼框架柱商品混凝土质量进行调查、分析、检验发现，该10根柱均为同一车商品混凝土，共5.6m3，由于是在深夜施工，水泥用量没有按规定的配合比要求进行配置，从而导致该框架柱混凝土强度严重不足。当上部荷载增加到一定限度时，框架柱承载力不足而产生结构裂缝。

此裂缝是混凝土强度不足造成的，且与设计强度相差悬殊，不能采用加大截面、粘钢等常规加固处理方法进行处理，而必须采用比设计强度高一级的混凝土进行置换加固处理。

4框架柱混凝土置换加固处理方案与施工验算

采用混凝土置换加固处理方案最大的难点主要体现在上部荷载的支撑与托换施工，必须在对结构荷载验算分析的基础上，采取科学合理的实施方案，具体如下：

4.1混凝土置换加固施工流程

施工工序规定本工程框架柱置换混凝士施工应按下列流程进行：

结构受力状态计算结构位移控制的仪器仪表设置结构卸荷剔除框架柱混凝土界面处理钢筋修复配置立模浇筑混凝土养护拆模检查验收拆除卸荷结构。

应对原结构在施工过程中的承载状态进行验算、观察和控制，以确保置换界面处的混凝土不会出现拉应力，尽可能使纵向钢筋的应力为零。

4.2置换混凝土的材料性能

4.2.1钢筋品种规格、性能

钢筋应按现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499）等的规定抽取试件进行力学性能检验，其质量必须符合有关标准及设计的规定。

4.2.2置换混凝土的性能

本工程混凝土采用加固型高强无收缩C35混凝土，其品种质量及应用应符合表1所列技术指标，并抽取试样进行强度复验。

4.3框架柱加固施工支撑体系分析验算

2层框架柱顶的荷载计算（以4面支撑的中柱为例）：N=220kN；柱支撑点的荷载计算：F=N/n=220/4=55kN（4节点）。

经计算，支撑体系选用Φ152×8的Q235钢管，具体验算如下：

f=205MPa；Aa=3619mm2；A=(152/2)2

×3.14=18136.64mm2；

i=51.0；l0=6000；N=2×55=110kN；每米的质量：28.41kg/m。

4.3.1稳定性验算：

λ== =117.65＜[λ]=180；查表得 =0.39，

==15.55< f =205Mpa，符合要求。

4.3.2强度验算：

σ== =30.40MPa< f =205Mpa，符合要求。

因此，从以上验算可知，选用Φ152×8的Q235钢管支撑体系，可满足施工要求。

4.4框架柱混凝土置换的垂直位移检测与控制

通过卸荷点的力值与位移值控制被加固构件，卸荷的力值应等于柱所承受的全部荷载，卸载时的力值控制用带数显式电子压力表的千斤顶进行卸载，卸荷点的结构节点位移用千分表测量。卸荷时的力值、卸荷点的位置确定、卸荷顺序及卸荷点的位移控制应符合要求。

卸荷前按计算卸荷力值确定卸荷位置，明确卸荷点的位移控制值，按图1、图2所示卸荷位置执行。卸荷时所使用的数显式电子压力表、千分表的精度均不低于1.5级。

4.5混凝土置换的支撑设置

卸载时必须确保卸载结构的安全。卸载结构采用垂直顶撑、钢桁架结构等。带电子压力表的千斤顶的力值，可过渡到支撑结构上，过渡方法采用钢锲等。当千斤顶的力值为零时方可拆除千斤顶。力值过渡时应用千分表进行卸载点的位移控制。

卸载的支撑结构应满足强度及变形要求，应将荷载传递到基础上。卸荷示意如图3。

4.6支撑施工过程中钢筋应力与应变的控制

本工程卸载时必须确保2层框架柱的纵向钢筋应力为零。因此卸载结构的千斤顶的力值应与设计计算值吻合，并应用半分表严格进行卸载点的位移控制。

1）支撑从混凝土基础开始向上逐节支设。

2）先用千斤顶通过临时钢管向上层结构施加反力（55kN），当达到力值要求后，用钢管进行置换，钢管下方用钢楔块楔入，在千斤顶显示力值为0时撤出千斤顶。

3）支撑设置时必须保证钢管上下节支撑间的位置基本一致。

4）对原结构用千斤顶卸荷时，用千分表加以监控，结构位移控制值为+0.01~0.05mm。防止因支撑力过大而破坏原结构或因施工的力值达不到卸荷要求。

5）施工中应加强对支撑结构的观察，发现问题及时处理。

5框架柱混凝土置换加固施工要点

为确保施工过程中的结构安全，10根框架柱加固施工分段进行，具体施工要点如下：

5.1被置换混凝土的拆除

混凝土的拆除采用电动凿除机械进行施工。

5.2置换混凝土的界面处理

新老混凝土结合面进行凿毛处理，以增加粘结力。同时在新浇筑的C35混凝土中掺入了适量的减水剂和膨胀剂．一方面减少了混凝土的收缩，另一方面增加了咬合作用。

5.3模板的设立

采用现场特制的钢结构定型模板。

5.4梁、柱节点核心区的处理及混凝土的浇筑

如果只将柱凿除并重新浇筑，柱与梁连接部位将是结构的一个薄弱环节，两者均不能实现刚性连接，而是改变了原有结构体系的受力特点，结构的承载力和安全性都降低了。所以，应将梁、柱节点核心区的部分混凝土清除，将其与结构柱一起重新浇筑，以保证结构的整体性能。

节点核心区的置换范围对结构重新浇筑后的受力性能有着极大的影响，如果不能合理确定，不仅节点附近的抗剪能力下降，而且即使柱与节点一起重新浇筑，却不能形成刚接。参照装配整体式混凝土结构的特点，一般预制梁在柱上均有一定的搁置范围，所以，不宜将混凝土柱外包尺寸范围内的梁柱节点核心区混凝土全部清除。本工程核心区混凝土置换范围为400mm×400mm，梁在柱外包尺寸投影范围内每边均有75mm的搁置长度(见图4)。这样处理，不仅解决了新老混凝土粘结面的抗剪问题，而且保证了梁柱节点的刚性连接。

本工程混凝土浇筑在3层楼面开孔从特制定型模板的浇筑口灌注加固型混凝土。严格控制混凝土用水量，以确保混凝土质量，每根柱浇筑时应一次性浇筑完成，并使浇筑的混凝土高出柱顶界面100mm，以保证加固柱顶部密实。

5.5置换混凝土的养护

混凝土的养护时间为72h，拆模时间为24h，支撑的拆除时间为72h。

5.6施工质量控制验收

在浇筑混凝土之前应进行检验及隐蔽工程验收。其内容包括：原结构混凝土界面、钢筋品种、规格、数量、位置，加固型混凝土配合比的计量等，支撑及模板的承载能力、刚度和稳定性。

6结语

本综合楼框架柱结构拆模后经设计单位、监理单位、建设单位、施工单位对外观质量进行检查，并对加固型混凝土强度及时进行检测，其3d混凝土抗压强度为35.0Mpa，完全满足加固设计要求，说明采用置换法对框架柱进行结构加固取得了良好的实际效果。此外，置换施工过程中要对柱及相关梁的变形和裂纹进行实时监测，以确保整体结构的安全。

参考文献：

[1]混凝土结构加固设计规范.GB50367-2006[S].中国建筑工业出版社，2008.

[2]GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社，2002．

[3]GB50204―2002混凝土结构工程施工质量验收规范[S].中国建筑工业出版社，2002.

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