某工程地下室框架柱柱头检测、加固及施工监测

程永进 （安徽四建控股集团有限公司，安徽 合肥 230031）

0 前言

混凝土结构构件加固方法通常可分为两大类，分别为直接加固法和间接加固法。混凝土结构直接加固方法较多，主要有加大截面加固法、粘结外包型钢加固法、置换混凝土加固法、粘贴外包钢加固法、粘贴纤维加固法、绕丝法、锚栓锚固法等。混凝土结构间接加固也不少，主要有预应力加固法、混凝土表面处理、裂缝修补、混凝土表层密封、植筋、托换、结构构件移位、调整结构自振频率等技术。每种加固方法都有各自的优缺点，且适用范围不尽相同。加大截面加固法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，适用于混凝土墙柱梁板以及一般构筑物的混凝土结构构件加固，应用十分广泛。有粘结外包型钢加固法也称湿式外包钢加固法，适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固，该方法现场工作量较小，且受力可靠、施工简便，通常与结构胶填实修补相结合使用。工程加固设计和施工应根据工程特点选取不同的加固方法，部分工程需要合理采用多种加固方法相结合进行。

本文以某框架-剪力墙结构工程为例，针对框架柱柱头部位二次浇筑结合处结合混凝土强度偏低、密实度异常并由此引起开裂变形，该部位框架柱梁混凝土强度等级相差五个等级，与框柱接头部位粱混凝土强度等级同框架柱，框架柱位于核心区且上部结构已施工完毕，因此柱头加固采用外包钢灌注结构胶结合加大截面加固，以确保工程结构使用安全。后期施工中及施工后对加固部位钢筋内部应力变化较长时间监测及现状检查均显示两种加固方法相结合的加固效果良好。

1 工程检测

1.1 框架柱设计概况

本工程为地下二层、地上二十三层框架-剪力墙结构，负二层框架柱（墙）混凝土强度设计等级均为C60，负二层顶梁、板混凝土强度设计等级均为C35。由于负二层框架柱（墙）与顶梁混凝土强度设计的相差五个等级，为确保柱头部位混凝土强度达到设计要求，设计明确规定顶梁与柱头交接处梁端500mm区域内混凝土等级同柱，具体节点做法见下图。

梁柱节点混凝土强度示意图

1.2 地下二层框架柱受损程度

经检测，地下二层 2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q轴框架柱柱头部位均存在施工缝，二次浇筑交界处距板底面的高度约在（740～850）mm 之间，该施工缝处有砂浆缺陷层（经现场确定该砂浆缺陷层为浇筑混凝土时润泵使用的水泥砂浆），且3/Q轴框架柱缺陷处下方四角混凝土已被压裂、脱落，部分柱头缺陷处下部伴有竖向裂缝产生。

1.3 地下二层框架柱柱头部位混凝土内部密实性

根据规范要求在被测框架柱缺陷部位混凝土表面处理平整、清洁后布置超声测点，主要位于柱头梁下部位（检测高度约为800～900mm），框架梁测点网格间距为 150mm×150mm、200mm×150mm两种。采用对测和斜测相结合的方法对混凝土密实性进行超声检测，结果显示：负二层 2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q轴框架柱均存在声速值及波形异常情况，异常测点主要位于砂浆缺陷层上方一排测点，现场通过在地下二层3/Q轴框架柱柱头部位钻取芯样发现缺陷砂浆层贯穿这个柱截面。

1.4 地下二层框架柱施工质量检测

实测地下二层框架柱实测顶点层间侧向位移值均在GB50292-2015标准规定As级位移限值内；实测地下二层框架柱截面尺寸、主筋根数及箍筋间距符合设计和规范要求；实测地下二层框架柱柱身部位现龄期混凝土强度推定值均达到设计强度等级（C60）要求，实测地下二层2/Q、3/Q、7/Q轴框架柱柱头部位现龄期混凝土强度推定值在（53.0～53.9）MPa之间，未达到设计强度等级（C60）要求。

1.5 框架柱受损原因分析和安全评价

根据本工程设计图纸结合现场检测结果综合分析，被测框架柱二次施工缝预留位置错误，且将强度偏低的润泵砂浆浇筑至柱头，导致柱头缺陷产生；实测地下二层2/Q、3/Q、7/Q轴框架柱柱头部位混凝土强度偏低，未达到设计强度等级（C60）要求；被测框架柱柱头部位混凝土出现崩碎、开裂等均系结构受力引起，结构构件存在安全隐患。

2 加固设计概况

加固设计对地下二层2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q轴框架柱采用包钢以及加大截面方法进行加固处理，先期采用厚度为10mm的钢板对框架柱头缺陷部位进行包钢处理（钢板采用，19栓钉固定，栓钉长度75mm，间距200，钢板与框架柱间采用结构胶灌注密实），后期采用加大截面方法对已包钢处理的框架柱进行加固处理（框架柱四周增加48Φ22主筋，箍筋配置为Φ14@100，增加截面尺寸为每侧面200mm），加固标高范围为基础顶至负一层顶梁底。

3 加固工程检测

3.1 加固部位钢筋内部应力变化监测

为了解加固施工质量，在地下二层2/Q轴、3/Q轴框架柱加固施工过程中（混凝土浇筑施工前），将振弦式钢筋测力计采用绑扎方式固定在四角部主筋上，根据现场情况定期对被测框架柱加固部位主筋钢筋内部轴力进行监测（浇筑混凝土浇筑施工前1次、浇筑完成后1次、模板拆除后1次、混凝土浇筑完成后14天、28天各1次、后期根据现场情况共监测8次，次数为13次），结果显示：监测期间，负二层2/Q轴、3/Q轴框架柱加固部位内部钢筋测力计内部应力值变化较小，该应力变化主要与混凝土自身收缩以及外部温度变化等因素有关。

3.2 加固后框架柱现状检查

加固后未发现地下二层2/P、2/Q、3/P、3/Q、7/Q轴框架柱以及上部四周框架梁存在异常情况，两种方法相结合的加固效果良好。

4 结语

本工程需要加固框架柱位于工程核心区地下二层，上部结构已施工完毕，柱头部位千斤顶顶起施工作业难度大（约13000kN），卸荷难以完成，而湿式外包钢加固法受力可靠，施工简便，内部灌注结构胶可保证混凝土内部缺陷充分填实；加固部位位于地下室二层对建筑物净空的要求较小，因此考虑外部加大截面尺寸加固对框架柱承重更有安全保障。

本次加固针对框柱部位施工缝处结合混凝土强度偏低、密实度异常并由此引起开裂变形，首先采用有粘结外包钢灌注结构胶处理，然后进行加大截面加固，加固施工后的钢筋内部应力变化监测和现状检查均显示两种方法相结合的加固效果良好。事实证明加固设计和施工应根据工程实际，必要时采用多种加固方法结合，充分发挥各加固方法自身优点，方能取得良好实效。