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结合“高层建筑的某层整体置换实例” 谈加固改造业特点

来源:中国建筑加固改造与病害处理网 浏览:171次 发布日期: 2017-11-01 10:41

0 引言
    “置换”是加固改造中一种特殊的处理工艺。置换工程往往针对局部的、单个构件的,是建筑物施工中某个构件缺陷的最好处理方式,优点是不需改变构件尺寸大小。我司完成了从前几年一个工地只置换一个构件、几个构件到近些年多个案例的整层置换,且整层置换由上面只有几层荷载到现在的十几层荷载的规模转变。对上部荷载较大的整层梁、板、柱、剪力墙的置换,由于对变形的控制要求高、安全风险大,应高度重视。本文以我司近两年施工完成的两个高层置换工程代表为例,提出对加固改造业的一些思考。
1 两个工程概况
    实例1 工程名称:内蒙古自治区鄂尔多斯龙湾项目(4号楼)第九层剪力墙、柱及十层梁板置换项目
    本项目位于内蒙古鄂尔多斯市,为地下1层,地上22层的混凝土剪力墙结构,单层建筑面积877㎡,工程已完工封顶。根据设计要求,该楼9层剪力墙的混凝土强度等级为C25。经国家建筑工程质量监督检验中心对该楼9层剪力墙混凝土强度进行检测,结果显示:该9层剪力墙、柱及10层梁板混凝土强度范围为12.8MPa~15.3MPa,局部低至7.5MPa,不满足设计C25混凝土的强度等级要求。本项目的置换处理时间为2012年4月~2012年11月。图1为案例1建筑物和实景照片。

图1 实例1建筑物实景照片

    实例2 工程名称:爱琴湾二期三区4栋16层剪力墙、柱及17层梁板砼氯离子超标置换项目
    本项目位于广东省中山市内,设计为商住楼,地下1层,地上30层,共31层,单层面积为874.495㎡,工程已完工封顶。检测结果显示:16层剪力墙、柱及17层梁板砼氯离子含量超标,但混凝土强度合格,为C35。本项目的置换处理时间为2012年11月~2013年3月。图2为案例2建筑物的实景照片。
图2 实例2建筑物实景照片
2 两个项目的置换方案确定
    实例1、实例2项目基本情况表1所示。
    实例1:个别砼强度等级仅为C7.5,且砂、石呈圆角,级配较差;我司进场施工前已有北京某加固公司采用外包钢加固,打磨过程中发现无法有较完整的基面,非常松散;若加大截面将占用可使用空间,特别是电梯间绝对不能加大截面。综上情况,要么拆至本层重建,要么置换本层。
    实例2:砼强度满足设计要求;氯离子超标,其耐久性不能满足要求,氯离子会导致钢筋生锈、膨胀至钢筋砼破坏;任何加固方法都无法解决氯离子对钢筋的腐蚀作用。综上情况,要么拆至本层重建,要么置换本层。


表1 实例1、实例2项目基本情况对照表

3 两个置换工程的施工重难点及主要施工方法
    1)实例1
    A 施工重点:整层梁、板、柱剪力墙强度较低,施工中必须防止整体倒塌,必须进行临时整体支撑;临时支撑体系完成后做置换前的荷载转移支撑体系;采取分步置换。不得产生过多震动,须静力拆除。
    B 施工难点:整层竖向构件和水平构件需置换。①由于强度低,安全危险性大,整体支顶体系制安支撑时就要考虑整体安全。以防支撑震动带来的不安全因素;②局部置换前须将荷载转移到支撑体系上,并保证安全无误;③置换完成后又须将荷载从支撑转移到已置换完成的构件上,不得产生过大的变形。
    C 主要施工方法
    a 临时支撑体系
    本工程中9层剪力墙、柱及10层梁板需置换,地上总共为22层。由于混凝土强度较低,支撑成为本工程的重要环节。首先对所有出现问题的第9、10层进行支撑,为保证安全,共设置了7、8、9层临时支撑体系。阳台采用钢支撑及加斜支撑(不小于三层)。临时支撑如图3所示。

图3 临时支撑现场照片
    b 置换总体安排
    严格遵照先置换9层的剪力墙,再置换10层的梁板的原则。置换剪力墙需放慢置换速度,共分为四阶段,第一阶段是8轴、15轴;第二阶段是12、20轴;第三阶段是10、21轴;第四阶段是3、18轴。
    c 置换支撑体系
    在10层板面处增设剪力墙之间的钢连梁,增加水平刚度,钢连梁采用180×6钢梁,间距1500mm。对9层剪力墙及柱整体设置上下钢托盘,以及主支撑和副支撑。在副支撑上设置千斤顶,通过预顶实现荷载转移。
    d 墙体静力爆破拆除
    在钢支撑完成后,经检查验收后进行墙体的拆除施工,本工程的拆除施工分段.以0.5米~1米宽、间隔1米的形式置换。
    e 钢筋混凝土施工
    2)实例2
    A 施工重点:构件置换前的荷载转移支撑体系。采取分步置换。不得产生过多震动,须静力拆除。
    B 施工难点:整层竖向构件和水平构件需置换。①局部置换前须将荷载转移到支撑体系上,并保证安全无误;②置换完成后又须将荷载从支撑转移到已置换完成的构件上,不得产生过大的变形;③砼强度高,静力拆除难度大。
    C 施工方法
    a 置换总体安排
    严格遵照先置换16层的剪力墙及柱,再置换17层梁板的原则。由于本工程原混凝土强度较高,置换剪力墙及柱时,仅需隔轴线施工。
    b 置换支撑体系
    在17层板面处增设剪力墙之间的钢连梁,增加水平刚度,钢连梁采用180×6钢梁,间距2000mm。对16层需置换的柱设置上下钢托盘,以及主支撑和副支撑。上下托盘、副支撑及置换形成流水作业(剪力墙仅在端部设置托盘体系)。在副支撑上设置千斤顶,通过预顶实现荷载转移。
4 置换施工注意事项
    1)实例1
    A 对整体托换支撑体系的预顶,确保支撑体系完成变形。使荷载成功转移到支撑体系上(在副支撑上分级顶升,主支撑上打钢锲来实现)。
    B 对置换原砼采用分步静力拆除,减少对未拆除部分的影响,通过应力解除孔和静力拆除孔内放置膨胀剂来实现。砼强度低,孔间距为300×300mm。
    C 严格控制砼的收缩,并在顶部设置增加膨胀剂。
    D 由于竖向构件必须设置竖向施工缝,对抗剪不利,增设抗剪钢筋来实现接缝处的抗剪能力。
    E 置换完成后逐步卸载让荷载安全转移到新的构件上。
    2)实例2
    A 对柱及剪力墙端部支撑体系的预顶,确保支撑体系完成变形。使荷载成功转移到支撑体系上(在副支撑上分级顶升,主支撑上打钢锲来实现)。
    B 对置换原砼采用分步静力拆除,减少对未拆除部分的影响,通过应力解除孔和静力拆除孔内放置膨胀剂来实现。砼强度较高,孔间距为200×200mm。
    C 严格控制砼的收缩,并在顶部设置增加膨胀剂。
    D 由于竖向构件必须设置竖向施工缝,对抗剪不利,增设抗剪钢筋来实现接缝处的抗剪能力。
    E 置换完成后逐步卸载让荷载安全转移到新的构件上。
5 施工监测
    5.1 监测内容
    被置换柱及暗柱、剪力墙组合上部沉降变形监测;置换梁板上部原结构缺陷及变形监测;置换拆除部位钢筋探测。
5.2 监测变形要求
    1)以爱琴湾二期三区4栋16层墙柱17层梁板砼氯离子超标置换工程(实例2)为例,要求建筑物在置换施工过程中最大差异位移值不得大于3mm,总体相对沉降值不得大于2mm。
    2)每当单个柱监测到有沉降位移预兆时,应采取相应的预顶和增加钢支撑措施。
    3)本监测系统为自动报警系统,设定报警值为1mm,每当单个柱相对沉降达到1mm时就会自动报警。(防突发事件)
5.3 监测仪器
    裂缝宽度测试仪、电子位移计、GPS无线电子位移计、便携式精密应变仪。
6 经济对比
    1)由于实例1须做三层整体临时支撑,以及置换荷载转移竖向支撑和水平支撑;实例2仅做局部柱位及剪力墙暗柱荷载转移竖向支撑和水平支撑,所以实例1的支撑费用远远高于实例2。
    2)由于实例1的砼强度低,实例2的砼强度高;实例1的拆除难度小,实例2的拆除难度大,所以实例2的拆除费用远远高于实例1。
    3)实例1的施工需缓慢进行,施工时间较长,历时6个月;实例2仅需隔轴线施工,支撑体系少,施工时间快,历时3个月。
    4)实例1的置换造价约为4600元/㎡,实例2的置换造价约为3300元/㎡。
7 加固改造业的特点
    从以上两个置换工程,我们可以看出:
    1)由于缺陷产生的原因不同,同样的加固工艺,其施工措施大不相同;
    2)加固设计与施工须考虑变形、刚度突变等对整体建筑的影响,除须整体结构计算复核外,概念设计也是很重要的。
    3)建筑加固改造施工工序复杂,对较特殊工程卸荷与荷载转移要求非常严格,须合理安排施工顺序及预顶工作。
    4)施工监测是建筑加固改造中不可缺少的重要环节,是工程顺利完工的重要保障,在设计中应有明确的方法与措施。
8 结论
    本文结合以上两个实际工程的案例,通过对案例情况的分析、对比确定具有针对性的施工方案。根据实际施工情况提出两个项目置换工程的施工重、难点及主要的施工方法和置换施工的注意事项。同时,指出在施工过程中施工监测的注意事项和重要性,并且从实际工程的角度出发,针对两个工程的实际情况做出了切实的经济对比。最后,总结了加固改造业的特点为今后类似工程的加固设计和施工提供了宝贵经验和指导。本文中对建筑物缺陷进行置换加固的专利技术“一种钢托盘支撑传力系统”,已在广州、中山、佛山、鄂尔多斯等地多次成功应用,取得了良好的经济效益和社会效益。“上部荷载较大的高层建筑整层置换梁、板、柱、剪力墙工艺的创新研究与工程应用”于2015年被确认为广州市科学技术成果。


[作者介绍] 吴如军,高级工程师,广州市胜特建筑科技开发有限公司董事长