高延性混凝土在砖混结构加固中的应用

谭兆祥

（广州市设计院集团有限公司，广东 广州 510630）

0 引言

受建造年代经济条件及施工技术等因素影响，建于20世纪50—70年代的住宅及宿舍楼，多为砖混结构，目前该类房屋陆续达到50年设计使用年限，部分房屋由于使用及维护方面的问题，大多存在墙体风化，砂浆强度偏低导致的承载力不足的问题。为保障住户的使用安全，结构加固及修缮的需求越来越多。下面以一个具体的加固实例，对高延性混凝土在砖混结构加固中的应用进行论述。

1 工程概况

本工程位于广州市海珠区，为一幢主体结构5层的砖混结构建筑物，建于20世纪60年代，建筑面积约2600m2，建成后作为职工宿舍使用。由于原始设计资料缺失，前期业主委托鉴定单位对房屋进行安全性鉴定及结构普查，鉴定结论为：该建筑物的安全性等级为Csu级[1]，即安全性不符合《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292—2015）对Asu级的规定，显著影响整体承载。现状结构存在的主要问题如下：①主体结构采用红砖墙承重，楼板为预制板，墙体楼层位置未设置圈梁，外墙四角、楼梯间四角、房屋转角未设置构造柱，结构整体性差。②材料老化，砂浆强度低，部分抽检承重墙体不满足承载力要求。③墙体存在抹灰严重脱落、空鼓情况，部分墙体红砖风化严重，部分墙体开裂、渗水；多数梁、楼板存在混凝土脱落、钢筋外露锈蚀情况，部分楼板渗水严重且存在开裂情况。房屋现状立面照片如图1所示，三维模型如图2所示。

图1 房屋现状立面

图2 三维模型

2 加固设计方案

依据鉴定报告，结合房屋现状实际情况，采用的加固方案如下：①增设构造柱、圈梁提高结构的整体性。②通过对承重墙墙面采取措施解决原结构因砂浆强度低导致的承重墙承载力不足的问题。对于方案的实施，具体施工做法可分为传统的加固方案及高延性混凝土加固方案。③对于露筋锈蚀的位置，剔除破损混凝土，对钢筋除锈后，采用高强砂浆挂网修复混凝土结构面层，部分钢筋锈蚀严重甚至钢筋锈断的位置，需按等截面替换的原则，补焊钢筋。

依据规范相关要求，对于承重砖墙部分，传统加固方案为增设钢筋混凝土组合构造柱，钢筋混凝土组合圈梁或钢拉杆解决整体性不足的问题[2]；对于墙体加固，则采用钢筋混凝土板墙加固并根据墙面加固的受力需求，采用单面加固或双面加固。主要的加固做法（图3）为典型新增组合构造柱做法大样，图4为新增组合圈梁做法大样，图5为钢筋混凝土板墙双侧加固或单侧加固做法大样[3]。

图3 典型新增组合构造柱做法大样（单位：mm）

图4 新增组合圈梁做法大样（单位：mm）

图5 钢筋混凝土板墙双侧加固或单侧加固做法大样（单位：mm）

高延性混凝土加固方案为新增组合构造柱、组合圈梁增强结构整体性，对墙体加固则通过墙面抹15～25mm厚高延性混凝土面层加固[4]。主要的加固做法（图6）为典型新增高延性混凝土组合构造柱做法大样，图7为新增高延性混凝土组合圈梁做法大样，图8为高延性混凝土双侧加固或单侧加固墙体做法大样。图6～图8尺寸标注均以mm为单位。

图6 典型新增高延性混凝土组合构造柱做法大样（单位：mm）

图7 新增高延性混凝土组合圈梁做法大样（单位：mm）

图8 高延性混凝土双侧加固或单侧加固墙体做法大样（单位：mm）

传统的加固方案优势主要体现在技术成熟，现有的成功施工案例较多，加固施工材料费较低这几个方面。但后期与建设单位沟通过程中，传统设计方案存在以下问题：①由于存在大量的钢筋绑扎及模板安装工作，施工相对复杂，同时由于构造柱均为混凝土现浇，施工工期较长。因为该宿舍楼房间均有住户正常使用，施工工期过长，导致现有住户的协调沟通难度加大，同时施工期间现有住户的临时安置费用较高。②新增组合构造柱、圈梁外凸尺寸较大，对建筑外立面影响较大，局部位置由于现状宿舍与相邻建筑间距较小，安装模板和浇筑混凝土施工空间不足，施工难度较大。③经分析计算，采用钢筋混凝土面层加固法，面层最小厚度需要60mm，墙面加固面层厚度相对较厚，对住户户内使用面积影响较大，且现状部分走廊、卫生间等区域原有使用的净宽较小，加固后较难满足后续使用要求。④采用钢筋混凝土面层加固，新增的结构加固面层会明显增加结构自重，可能导致原有基础承载力不足的问题。

高延性混凝土加固方案主要的优势有以下4个方面：①施工工艺简单，除新增组合构造柱、圈梁的位置外，其他加固部位无须设置钢筋，对原结构墙面植筋少，能有效减少施工扰动对原有结构的损伤。且施工期间无须安装模板，施工便捷。②施工速度快，加固施工工期约为传统加固方案的1/3，由于本项目涉及现有住户的临时安置的问题，施工工期短，可以极大的减少人员安置的成本。③由于加固面层的厚度较小，加固施工完成后，不会对现有建筑的外立面有明显影响，同时对建筑内部使用空间的影响也很小，可以较好的满足住户的使用要求。④墙体加固面层厚度为15～25mm，对结构自重影响小，可避免基础加固的问题。而目前高延性混凝土加固方案的不足之处在于材料成本较高，每立方高延性混凝土的成本价格约为普通商品混凝土的16倍。

通过对上述两种方案的工程造价对比，虽然高延性混凝土材料费用较高，但由于其使用量少，施工便捷，需投入的人工较少，施工速度快，在本项目中以综合成本作为评估依据，高延性混凝土方案更有优势。建设单位最终也决定采用高延性混凝土加固方案。

本项目现状宿舍楼为A类丙类建筑，加固方案采用准确的抗震承载力验算法计算墙体承载力，经验算分析拟在建筑外墙内侧及内墙单侧/两侧采用高延性混凝土面层加固的方法提高结构的承载能力的同时提高外墙的防水抗裂能力。具体计算采用抗震承载力验算法[5]，以提高结构的楼层综合抗震能力为主，加固后后续使用年限为30年。以首层为例，采用高延性混凝土面层加固后承载力均能达到规范要求，墙体受压承载力计算结果见图9。

图9 1层墙受压承载力计算

3 高延性混凝土材料性能及加固施工工艺

高延性混凝土为经过精密配比设计而成的纤维增强水泥基复合材料，具有高强度，高韧性及较强的弯曲变形能力，具有良好的耐久性，能有效控制可裂缝发展，能有效提高砌体结构的抗压，抗剪能力，增强结构的整体性。以强度等级为Cd50的高延性混凝土为例，其力学性能指标如表1所示。

表1 力学性能指标

采用高延性混凝土面层加固墙体施工顺序，具体如下：①基层处理：铲除原墙面抹灰，清理灰缝，用钢丝刷刷净残灰，吹净表面灰粉，用水浇透墙面，刷水泥素浆一道。②压抹高延性混凝土面层，压抹每层厚度不得超过10mm，保证面层厚度一致。压抹高延性混凝土面层前，应沿墙面往返浇水湿润，并待墙面稍干后再进行压抹。③养护，喷水养护7d，施工环境温度不低于5℃，否则应采取冬季施工措施；夏季施工时要防止烈日暴晒。

4 结语

综上所述，本文通过某多层砖混结构宿舍楼加固设计进行分析，得到了以下两个方面的结论。

（1）高延性混凝土作为一种新型材料能很好的满足砖混结构加固后的使用要求，加固后不影响建筑外立面及内部使用空间。

（2）高延性混凝土加固砖混结构，由于施工工艺简单，在对工期要求较高的项目中，比传统的加固方案有明显优势。