重庆山水国际休闲旅游度假区体验中心项目 (见图1) 位于重庆市璧山区, 建筑面积10 166.58m², 结构形式为框架结构+钢结构;标志塔为68.6m劲性结构的高耸结构。体验中心建筑层数3F/-1F, 建筑高度23.15m/-6.0m, 地上3层层高分别为7.6, 7, 4.6m, 屋面层层高为3.95m, 地下下11层层层层高高为为66..00mm。。

体验中心二层已施工完成, 并且混凝土强度已达到100%;为了满足业主对使用功能的要求, 需扩大空间, 进行结构抽柱加梁的改造设计, 在已经施工完成的结构面上拆除1根D=800mm的圆柱, 以满足空间的施工要求, 此部位跨度16.4m, 跨度较大, 为满足结构安全, 设计在取消柱的同时, 新增1根600mm×1 200mm超限梁, 同时对周边的受力梁进行截面加大处理。

1) 加固首先要满足原结构的受力要求, 同时还应该考虑功能需求以及工期、安全、成本等因素的要求。

2) 针对已经施工完成的建筑物, 进行抽柱加梁结构改造要充分考虑结构的应力变化, 合理的施工工序及部署是加固过程的重点。

3) 混凝土结构的加固设计, 应与实际施工方法紧密结合, 采取有效措施, 保证新增构件与原结构连接可靠, 新增截面与原截面黏结牢固、形成整体。

原结构混凝土浇筑完成, 并且混凝土强度已达到100%;结构改造区域 (9) /?轴柱在7.500~14.600m标高范围内拆除, 拆除柱的同时增加1根长16.4m的600mm×1 200mm的超限梁, 四周支座部位的梁截面考虑加高、加大处理。设计在原结构基础上增加新梁及梁截面增大的概况如下:梁截面尺寸增大情况为由250mm×600mm增大到500mm×1 000mm, 400mm×800mm增大到400mm×1 000mm, 400mm×900mm增大到600mm×1 000mm, 350mm×1 000mm增大到600mm×1 200mm, 250mm×600mm增大到500mm×1 000mm, 300mm×800mm增大到300mm×1 000mm。新增梁及梁截面增大说明如图2所示。

新浇混凝土梁上翻200mm, 并向上起拱30mm, 采用高强灌浆料同拆除部分板整浇, 上部延伸满足上筋锚固, 下筋植入两端柱中。梁加大部位采用高强灌浆料增大截面法加固, 以保证原结构的受力要求。

施工过程中抽柱加梁的同时, 由于新增主梁要锚固到两端柱中, 因体验中心是大型场馆, 柱端头锚固的钢筋密集, 新增加的梁与原结构的2根梁冲突, 故需把锚固的2个柱头剔打出来, 以便新增梁的钢筋锚固。新增梁部位要拆除部分楼板, 拆除范围为新增梁中线往两边扩大1.3m, 同时拆除与之相连的2根梁。新增主梁施工完成后进行梁加高、加大处理, 最后进行柱拆除工作。

施工过程中要考虑卸载支撑, 卸载支撑架回顶2层, 第1层标高为-0.100~7.500m, 第2层标高为7.500~14.600m, 其中2层卸载支撑架底部楼板厚度为110mm, 混凝土的龄期为140d, 已达到设计强度。

施工工艺流程:卸载支撑架搭设→梁、板、柱混凝土剔打→柱钢筋封锚→已施工完成梁表面凿毛→安装新增钢筋 (包括植筋) →处理与新增梁交接的梁界面→新增梁模板安装→新增梁高强灌浆料浇筑→新增梁灌浆料养护及拆模→截面增大的梁界面处理→截面增大的梁下部立杆处理→截面增大的梁安装模板→截面增大的梁浇筑灌浆料→截面增大的梁灌浆料养护及拆模。

架体支撑采用高支模支撑系统, 立杆纵横间距1m, 步距1.2m, 在架体四周由底至顶连续搭设竖向剪刀撑, 在扫地杆层、中间层、顶部搭设3道水平剪刀撑;卸载支撑架立杆采用 (4.8+1.8) m钢管对接接长, 架体搭设参照模板支撑体系的相关要求。

卸载支撑架体搭设高度1层为7.5m、2层为7m, 搭设宽度为30m×20m, 高宽比符合规范要求, 为增强架体稳定性, 架体遇柱时抱柱连接, 总计连接11根柱子, 如图3所示。

1) 施工流程放线→剔除板混凝土、切割板钢筋→剔除柱混凝土。

2) 放线按设计图纸, 在14.600m层屋面上放出新增梁中线, 并放出梁中线每边各1.3m的板剔除范围线, 同时放出板剔除范围内纵向梁的中线。

3) 板混凝土剔打混凝土剔打前, 保证下部支撑架体搭设完成, 并且验收通过;下部水平防护层已搭设完成。

根据放出的纵向梁中线, 分跨数逐步剔除板混凝土, 混凝土剔打采用人工+电镐施工;钢筋采用砂轮机切断, 严禁使用电焊焊断。

4) 柱混凝土剔打板混凝土剔打完成后, 工人站在下部支撑架上剔打柱混凝土;剔打出的石块掉落在竹跳板防护层上, 防护层每下降1层, 清理剔打过程中掉落的石块。

原 (9) / (H) 轴柱 (见图4) 钢筋封锚, 制作20mm×900mm×900mm钢板, 在原柱主筋位置开孔, 孔径为原主筋直径+4mm, 主筋穿钢板, 将钢板紧贴于结构板7.500m标高处, 钢板与结构混凝土之间留2~3mm缝隙;将柱主筋弯折焊接在钢板上, 焊接长度≥10d, 待钢筋焊接完成、通过焊缝验收后, 在钢板与混凝土间的缝隙处灌注环氧粘钢胶。

1) 对截面加大处理的梁及周边与之相关的板, 需对其原结构进行凿毛处理, 以增大新旧混凝土的黏结力。

2) 原构件混凝土截面经修整露出骨料新面后, 采用砂轮机打毛, 砂轮机输出功率≥340W, 在混凝土黏合面上打出垂直于构件轴线、纹深为3~4mm、间距约50mm的横向纹路。

3) 打毛的同时, 凿除梁截面的棱角。

4) 打毛完成后, 用钢丝刷等工具清除原构件表面松动的骨料和粉尘, 用清洁的压力水冲洗干净。

1) 在1—1节点 (见图5a) 植筋4根HRB400φ25钢筋, 根据设计要求植筋深度为次梁 (L) ≥15d;框架梁 (KL) ≥21d。原结构梁截面尺寸为300mm×600mm;其植筋深度21d=525mm≥300mm, 固该处植筋需要按GB50367—2013《混凝土结构加固设计规范》要求设置后锚板 (见图6) , 钢板厚度为25mm, 边距≥52mm, 即钢板尺寸为25mm×130mm×730mm;开孔直径为29mm, 开孔打斜坡塞焊;斜坡坡度为 (45±5) °;钢筋头低于钢板面2mm。待塞孔完毕, 焊缝检查验收合格后, 采用灌注结构胶灌注植筋孔。

2) 在1—1 (见图5a) 节点矩形HRB40010@200 (4) 处, 采用穿孔灌注结构胶植筋。钻孔直径为14mm;待钢筋箍固定就位后, 采用结构封边胶封闭板底和板面, 埋设注胶管, 灌注环氧树脂结构胶。

3) 在2—2 (见图5b) 节点外箍筋采用焊接后锚板法灌注结构胶植筋, 钻孔直径为14mm, 锚板宽度为54mm, 沿梁顶通长设置;内侧箍筋采用结构植筋, 钻孔直径为14mm, 植筋深度为l_{a E}=37d=370mm。

4) 植筋注意事项

按照变更图纸, 在凿毛部位标示需植筋位置, 注意要避开露出的梁上部纵筋。若植筋时与构件内钢筋相碰, 应调整钻孔位置, 所钻孔洞与表面垂直, 不能偏斜过大, 严禁凿断原结构钢筋。

钻孔完成后, 用吹风机吹净孔内粉尘, 再用工业丙酮擦洗干净, 晾干;结构胶为A级, 黏结强度设计值为4.0N/mm²。配制好后, 应尽快填入混凝土孔内, 结构胶应填满预埋孔, 并用细钢筋捣实, 然后, 将钢筋插入孔中, 向某一方向旋转, 以保证钢筋表面胶厚均匀且孔内胶体密实, 直至挤出多余胶体。在胶的固化过程中切勿扰动钢筋, 待完全固化后, 由专业检测单位做抗拔试验, 检测结果满足要求后方可后续施工。

植入的钢筋必须立即校正方向, 使植入钢筋与孔壁隙均匀。胶粘剂未达到产品使用说明书规定的固化前, 应静置养护, 不得扰动所植钢筋。

植筋深度次梁≥15d, 框架梁≥21d, 板=150mm;植筋间距≥5d, 植筋边距≥2.5d;植筋直径与对应钻孔直径设计值如表1所示。

原结构采用抽样加梁, 周边与之相关的梁在原结构的基础上加大梁截面, 进行加固处理, 新增梁截面钢筋与原梁钢筋间采用焊接连接, 如图7所示。新下料的U形箍筋需满足10d的搭接焊长度;原露出的钢筋用工业丙酮擦拭干净;焊接用的焊条采用E5003型;焊接长度10d, 焊缝厚度不小于钢筋直径的30%、宽度不小于钢筋直径的80%。

钢筋焊接及植筋施工完毕后, 在浇筑混凝土前, 涂刷1层CN405结构界面胶, 保证结合面混凝土的黏结抗剪强度和黏结抗拉强度接近或高于混凝土本身强度, 避免结合面过早开裂破坏。

当新增梁灌浆料强度达到100%时, 对需要增大截面的梁下部立杆进行切割, 切割到变更后的高度, 采用砂轮机切割钢管。

所有模板均在木工房统一制作、预拼, 并将对拉杆眼位弹线钻好, 模板必须清理干净, 不得有杂物残留。木方必须过刨木机, 确保尺寸一致以及平整度要求。

模板应具有足够强度、刚度及稳定性, 能可靠地承受新浇混凝土的质量、侧压力以及施工荷载。浇筑前应检查承重架及加固支撑扣件是否拧紧。

梁、板模板拼缝必须镶双面胶, 严格预防漏浆。混凝土结构距离接头10cm处必须满贴1层双面胶, 以便模板同已浇筑结构结合紧密, 防止漏浆影响混凝土表面质量。

梁板底部及梁侧面木方背楞必须背立, 确保木方承载力。新增的600mm×1 200mm梁起拱30 mm。施工时模板就位要准确, 穿柱、梁对拉螺栓要全部穿齐、拧紧, 保证梁、柱断面尺寸正确。

模板支设时应确保梁柱接头、阴阳角等位置角度准确, 固定牢固。

本工程新增的600mm×1 200mm梁及与之相交的柱头采用CH-60水泥基灌浆料浇筑。

灌浆料浇筑前, 施工单位项目经理、技术负责人、项目安全总监、质量总监确认模板支架符合安全和质量要求, 钢筋安装工程达到隐蔽条件、天气条件许可后, 签署浇筑令, 方可浇筑。该梁分层浇筑, 一次浇筑高度≤400mm;先浇筑梁, 再浇筑板。

剔出混凝土浇筑口, 在梁截面增大节点范围内, 原梁两侧间距300mm剔除125mm×300mm孔洞, 以便于新增高强灌浆料浇筑 (见图8) 。

1) 裂缝观测 若建筑物发现裂缝, 为了了解现状和掌握发展情况, 应立即进行裂缝变化的观测。应测定建筑物上的裂缝分布位置, 裂缝的走向、长度、宽度及其变化程度。观测的裂缝数量视需要而定, 主要的或变化大的裂缝应进行观测, 以便根据这些资料分析其产生裂缝的原因及其对建筑物安全的影响, 及时地采取有效措施加以处理。

2) 变形观测 应根据变形体的性质和地基情况决定, 建筑物主要观测水平位移、垂直位移。

1) 裂缝观测对于数量少、量测方便的裂缝, 可根据标志形式的不同分别采用比例尺、小钢尺或游标卡尺等工具定期量出标志间距离, 求得裂缝变化值, 或用方格网板定期读取坐标差计算裂缝变化值;对于大面积且不便于人工量测的众多裂缝宜采用交会测量或近景摄影测量方法;需要连续监测裂缝变化时, 可采用测缝计或传感器自动测记方法观测。裂缝观测中, 裂缝宽度数据应量至0.1mm, 每次观测应绘出裂缝的位置、形态和尺寸。

2) 变形观测千分表法是将千分表的测微端与被测物体的顶端相接触, 使千分表有一定的读数并将其固定, 当被测物体发生微小形变时, 千分表的读数也随之发生变化, 千分表前后读数差就是所测微小形变的值。

用千分表测量金属的杨氏模量, 不管是采用弯曲法还是拉伸法, 测量的结果都比较精细, 而且试验原理和操作都较简单, 适合推广使用。

采用抽柱加梁技术改造原框架结构的加固设计是安全可靠的。框架结构+钢结构是目前大型场馆的主要设计形式, 由于造型及使用功能的要求, 结构加固改造在现在很多工程中都有应用。根据以上对抽梁加柱工程实例的研究, 施工过程中要注重施工工序、重要节点植筋、封锚以及新旧混凝土交接部位的黏结性等重要施工工艺。