无梁预应力楼盖结构受损框柱的加固设计与施工

□文/王全逵 李彦 刘坤 孔祥玉

无梁预应力楼盖结构受损框柱的加固设计与施工

□文/王全逵 李彦 刘坤 孔祥玉

某工程地下车库顶板在其上部覆土后，发现-1层处无梁预应力楼盖结构框柱与顶板交接处混凝土被压裂，需进行加固处理。针对此情况，通过对多种加固方案的优缺点进行比对，提出利用一种新的伞状斜撑式型钢承重支架支撑体系进行支撑，采用压力灌注的方式灌入高强豆石型灌浆料置换该处混凝土的方案。该方案经济、快捷、实用，施工完成后通过监测数据表明框柱加固达到了设计要求，保证了地下车库的安全使用。

无梁；预应力；楼盖；框柱；裂缝；加固

1　工程概况

某地下车库为无梁预应力楼盖+框架柱结构，地下2层，独立基础（高度900～1 250 mm）与300 mm厚防水板相结合，防水板上设有400 mm高的架空排水层，其中-2层层高3.6 m，其顶板为无梁楼盖板（框柱处为下返柱帽），厚250 mm，框柱尺寸700 mm×700 mm；-1层层高4 m，其顶板为无梁预应力楼盖板（框柱处为上返柱帽高430 mm），厚420 mm，-1层顶板内布设无粘结预应力钢筋，此框柱尺寸600 mm×600 mm，上下层框柱同轴心，车库顶板覆土1.8 m。

覆土施工后，经检查发现地下车库-1层一处框柱顶部存在较大裂缝，剔凿后形成孔洞，孔洞内裸露钢筋顶部有弯曲现象。

2　分析原因

-1层顶板在柱的东北和西南方向各有一条从东南至西北与柱成45°角，长约1.5 m肉眼可见的裂缝，其余位置无裂缝。将此框柱与-1层顶板交界处周边松散混凝土剔凿后发现，框柱中局部存在夹杂情况，混凝土不密实。经测量监测，此框柱顶部与周边框柱顶部相比标高低13 mm。经后续几日观测，位移无变化。

原因分析：施工过程中该处混凝土漏振，由于框柱顶部柱帽钢筋密集且模板未清干净，混凝土在施工过程中夹杂，从而阻碍了混凝土向下流动，仅水泥浆流入，造成框柱顶部混凝土无骨料，不密实，出现孔洞，后续顶板覆土增加荷载，将此框柱顶部混凝土压碎，钢筋变形，-1层顶板局部出现裂缝。

3　加固方案的选择

3.1原方案

在-1层受损柱处的板底加竖向钢管支撑，去除受损柱上部的回填土及屋面结构，剔除受损柱上的柱帽混凝土，支模置换该处混凝土的方案。

优点：施工作业简单，不需用专业有资质的加固队伍施工。

缺点：板底竖向钢管支撑支设两层至基础底板上，对底板架空排水层有破坏；受损柱板上构造层及回填土的清除，不但浪费人工和材料，而且影响面也较大；剔除受损柱帽混凝土，不能保证不碰断已起作用的板内无粘结预应力筋；施工周期长。

3.2过程优化方案

在-1层受损柱处的板底先加竖向钢管临时支撑，从板下剔除受损柱上及柱帽内的松散混凝土，在板下支模采用压力灌注的方式灌入高强豆石型灌浆料置换该处混凝土的方案。

优点：避免了破坏受损柱上的柱帽混凝土及板内无粘结预应力钢筋和上部屋面结构及覆土。

缺点：板底竖向钢管临时支撑支设2层至基础底板上，对底板架空排水层有破坏；临时支撑钢管用量大；需有资质的专业加固队伍施工。

3.3终版优化方案

在-1层受损柱处的板底先固定伞状斜撑式型钢临时支撑，将受损柱上的覆土、屋面结构及柱帽混凝土结构的荷载通过此临时支撑传至受损柱所对应的-2层柱，再传到独立基础上。再在-1层搭设施工操作架，从板下剔除受损柱上及柱帽内的松散混凝土，在板下支模采用压力灌注的方式灌入高强豆石型灌浆料置换该处混凝土的方案。

此方案优化了前两个方案，在不破坏已有结构的基础上，用高强豆石型灌浆料置换该处混凝土，具有经济、快捷、实用的特点，被确定为最终实施方案。

优化方案主要分为支撑及置换混凝土两部分。施工过程中需要把受损柱的松散混凝土剔除干净，此时受损柱的原荷载必须全部转移到临时支撑上来，所以支撑是此工程的关键步骤。临时支撑不仅阻止楼板的下沉，而且要把荷载全部传递到-2层的独立基础上。置换混凝土是工程的难点，必须保证一次性灌注填实。

4　加固支撑施工

根据现场情况，-2层框柱尺寸700 mm×700 mm，-1层框柱尺寸600 mm×600 mm且上下层框柱同轴心，利用下层柱比上层柱外边宽出50 mm的特点，对加固支撑进行优化设计，采用伞状斜撑式型钢承重支架，将-1层顶板荷载通过支架有效的传到-2层框柱上，再通过框柱传到基础，见图1。

图1　加固支撑设计

支撑主要材料为18#工字钢，长9 m；共4根，140 mm×14 mm角钢2根，长9 m。

根据图纸制作支撑架，做好加固处理。支撑架连接方式为焊接。在加固柱周围4个柱网内上表覆土地面设置警示带，避免有荷载物通过。先做柱底套箍，再做柱顶套箍，柱顶套箍粘贴固定在板底。以对称方式安装工字钢斜撑并用钢楔楔紧，再进行斜撑上下端焊接。最后进行中部2道连接角钢焊接。要求焊接牢固，安装尺寸与位置正确。

5　置换混凝土的施工

5.1工艺流程

置换混凝土施工工艺流程见图2。

图2　工艺流程

5.2施工工艺

1）剔除柱顶大约300 mm部位的松散混凝土直至密实部位，清理干净残渣，见图3。剔除时用仪器观察支撑的牢固情况。

2）弯曲严重的钢筋进行补强，采用帮条焊接同规格钢筋，柱顶箍筋加密，见图4。

图4　钢筋加固

3）制作模板见图5。

图5　制作模板

4）在受损柱断面的最高处放置一个排气管，从模板钻孔引出。在柱中心部位设置一根注浆管，从模板钻孔引出，见图6。

图6　排气管及注浆管

5）用水洗干净断面部位；安装模板，缝隙用发泡剂密闭，在柱顶5 cm处开孔；用水搅拌灌浆料，把搅拌均匀的灌浆料通过开孔处灌入；灌至与开孔齐平为止。灌注过程中轻敲模板，注意不要把设置的注浆管堵住。

6）24 h后第二次灌注。预置2根16 mm弯曲钢筋，钢筋的一端穿出模板。把模板上开孔封上。把搅拌好的灌浆料灌入10 m长的消防水带，把消防水带的一端封闭，另一端接在设置的注浆管上。通过车轮碾压消防水带缓慢给消防水带加压，把水带里的灌浆料灌入。在灌注的同时观察预留排气管是否工作，轻敲2根预置的16 mm钢筋起到振捣作用；在灌注饱满后排气管流淌出浆体，再持续灌入5 s，迅速封闭排气管及注浆管，灌注结束。

7）7 d后拆除模板。

8）通过试块强度检测，当灌浆料达到C40强度后撤掉支撑。

5.3监测

1）进入施工现场应先对受损柱进行沉降观测，做出沉降观测点，在受损柱4个对角（上返柱帽角点）处做4个观测点并在受损柱附近选择相对稳定的基准观测点，见图7。

图7　沉降观测平面

2）具体监测流程：支撑架搭设完毕后进行第一次观测，在施工过程中应随时进行沉降观测，当灌浆料未达到C40强度每日进行沉降观测，当灌浆料达到C40强度后撤掉支撑后进行观测并连续观测3 d。

3）允许沉降差为5 mm，如超出沉降范围应随时进行汇报并加大观测频次。

5.4自检交验

1）强度检测。现场制作2组试块，一组为同条件，一组为标准养护，用来检查豆石灌浆料强度并进行现场回弹辅助检测。

2）密实性试验。由于无法用仪器检查新灌注灌浆料的密实程度，采用现场相似情况下灌注试验。将高30 cm塑料桶倒置，桶口密封，设置排气管及灌注管。把装满灌浆料的消防水带接到灌注管上，给消防水带缓慢加压，让灌浆料缓慢进入塑料桶，至排气管有浆体流出，密封排气管及灌注管。待灌浆料固化后把塑料桶去掉，观察灌浆料的密实情况。

6　结语

由于无梁预应力楼盖结构的特殊性，采用传统的板上开洞置换混凝土的加固方式对板内预应力筋及-2层为架空排水层等已完成结构的破坏均不可避免，造成的不良影响也很大。采用伞状斜撑式型钢承重支架支撑体系，结构形式新颖，满足了卸荷要求，与采用双层搭设钢管支撑架相比，减少了搭设的层数与面积，提供了更大的作业空间，降低了施工强度，节约施工成本且采用高强豆石灌浆料压力灌注法，充分灌入空隙处，既保证了灌浆料的密实度，又达到结构承载要求并节省了工期。

［1］GB50367—2006，混凝土结构加固设计规范［S］.

［2］GB50017—2003，钢结构设计规范［S］.

［3］GB50009—2012，建筑结构荷载规范［S］.

□李彦、刘坤、孔祥玉/中建二局第四建筑工程有限公司。

TU378

C

1008-3197（2016）04-34-03

2016-03-31

王全逵/男，1969年出生，高级工程师，中建二局第四建筑工程有限公司，从事工程技术管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.013