CN104278846A - 高层混凝土边柱局部加固补强施工结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种高层混凝土边柱局部加固补强施工结构及施工方法，包括待加固补强边柱、混凝土凿除机和侧支撑，边柱位于施工结构中部，凿除机设置在侧支撑与边柱之间，侧支撑沿边柱周围布设，侧支撑底端抵靠地面，顶端抵靠顶部框架梁，侧支撑顶端设有顶紧装置；边柱沿横截面被划分为四个等截面的施工凿除作业区，凿除机抵靠该施工凿除作业区。施工时首先使边柱位于中心位置，并设置侧支撑，使侧支撑的作用中心与边柱的形心重合；再通过凿除机对边柱的结构缺陷部位进行剔凿施工，在凿空区域垫设钢板，在钢板与边柱的接触面填充铁屑；再涂刷界面剂，支起混凝土浇筑定型模板，浇筑完成后经养护即可。本发明具有安全性好、成本低、投入小、施工方便高效等优点。

Description

高层混凝土边柱局部加固补强施工结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种建筑工程的加固结构及加固方法，尤其涉及一种建筑工程边柱的补强施工结构及施工方法。

背景技术

在高层(超高层)钢筋混凝土框架结构施工中，由于各种原因时常引起边柱局部混凝土实际强度明显低于设计要求的情况，一旦出现这种情况，结构将存在安全隐患，必须对高层(超高层)钢筋混凝土边柱进行加固处理。目前，常用的加固方法有加大截面加固法、有粘结外包钢加固法(湿式外包钢加固法)、外包碳纤维法等。加大截面加固法现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定幅度的减小。粘结外包钢加固法(湿式外包钢加固法)，用钢量较大，费用较高。外包碳纤维法，其加固承载力提高不明显，且价格较高。

此外，在现有的混凝土柱补强加固施工中，边柱的加固施工尤其困难，而且边柱的需要进行补强加固施工的频率相对更高，现有普通混凝土柱的补强加固施工方法应用于边柱的加固施工，可能仍然难以满足其受力支撑和安全性要求，为此，本领域中特别需要开发混凝土边柱加固施工的工艺方法及构建施工平台。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、组装容易、布局简便、可有效解决现有混凝土边柱补强施工问题的高层混凝土边柱局部加固补强施工结构，还相应提供一种安全性好、成本低、投入小、施工方便高效的基于上述加固补强施工结构的高层混凝土边柱局部加固补强施工方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种高层(甚至超高层)混凝土边柱局部加固补强施工结构，包括待加固补强边柱、混凝土凿除机和侧支撑，所述待加固补强边柱位于该施工结构的中部，所述混凝土凿除机设置在侧支撑与待加固补强边柱之间与待加固补强边柱进行接触，所述侧支撑沿待加固补强边柱的周围呈T字形布设，所述侧支撑的底端抵靠地面，顶端抵靠与待加固补强边柱相连接的顶部框架梁，所述侧支撑的顶端设有螺旋杆式顶紧装置或焊接有封口厚钢板；所述待加固补强边柱沿横截面被划分为四个等截面的施工凿除作业区，所述混凝土凿除机抵靠所述待加固补强边柱的施工凿除作业区。

上述的加固补强施工结构中，优选的，所述侧支撑包括三组，且三组侧支撑沿待加固补强边柱的周围呈T字形布设，每组侧支撑由脚手架钢管组成，每组侧支撑的数量、尺寸、规格及间距均相同。

上述的加固补强施工结构中，优选的，所述每组侧支撑由至少两根脚手架钢管组成，且靠近待加固补强边柱的脚手架钢管与所述待加固补强边柱之间的净距控制在450mm～550mm，相邻两脚手架钢管的间距不大于1000mm。

上述的加固补强施工结构中，优选的，所述三组侧支撑的作用中心与待加固补强边柱的形心重合。更优选的，所述T字形的两翼布设于待加固补强边柱的横截面长边的两侧，所述T字形的中轴则布设于待加固补强边柱的横截面短边的一侧。

上述的加固补强施工结构中，优选的，在每组侧支撑的脚手架钢管的顶部和底部各设置有横向支撑，所述脚手架钢管与待加固补强边柱之间及相邻脚手架钢管之间还设置有斜向支撑。

上述的加固补强施工结构中，优选的，所述斜向支撑与脚手架钢管组合呈米字状；

所述脚手架钢管与待加固补强边柱之间设有上斜向支撑、下斜向支撑，其中，上斜向支撑的上端连接至待加固补强边柱的顶部，上斜向支撑的下端连接至脚手架钢管的中部；下斜向支撑的下端连接至待加固补强边柱的底部，下斜向支撑的上端连接至脚手架钢管的中部；

所述相邻脚手架钢管之间设有上斜向支撑、下斜向支撑，其中，上斜向支撑的上端连接至位于外侧的脚手架钢管的顶部，上斜向支撑的下端连接至位于内侧的脚手架钢管的中部；下斜向支撑的下端连接至位于外侧的脚手架钢管的底部，下斜向支撑的上端连接至位于内侧的脚手架钢管的中部。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种基于上述加固补强施工结构的高层混凝土边柱局部加固补强施工方法，包括以下步骤：

(1)首先使待加固补强边柱位于所述施工结构的中心位置，并沿待加固补强边柱的周围设置侧支撑使其呈T字形布设，侧支撑的底端抵靠地面，顶端抵靠与待加固补强边柱相连接的顶部框架梁，侧支撑的顶端设有螺旋杆式顶紧装置或焊接有封口厚钢板；使所述侧支撑的作用中心与待加固补强边柱的形心重合；

(2)在待加固补强边柱的周边设置混凝土凿除机，利用混凝土凿除机对待加固补强边柱的结构缺陷部位的不合格混凝土进行剔凿施工，剔除至密实部位后，在边柱的凿空区域垫设与凿除混凝土高度相当的钢板以顶紧，且在钢板与边柱的接触面填充铁屑，以保证钢板能良好的起到承重和传力的作用；

(3)在凿空后裸露的边柱凿除面(即新、老混凝土交界面)上涂刷一层与混凝土同性能的界面剂，随浇随涂；

(4)在凿空处支起混凝土浇筑定型模板，并在定型模板的顶部开孔作为浇筑口，从浇筑口灌注自流密实混凝土，浇筑一次性完成，最后经养护，完成施工。

上述的加固补强施工方法，优选的，所述步骤(2)中，所述混凝土凿除机优选采用BOSCH—11型电动凿除机，剔凿施工时先剔凿四个施工凿除作业区中的某一区域，再凿除该区域的对角区域，再进行另一对角上两个区域的剔凿施工，且剔凿施工时保留待加固补强边柱内原有的钢筋。更优选的，先剔凿所述四个施工凿除作业区中靠近边柱内侧(即不能布设侧支撑的一侧)的一个区域，再剔凿对角的靠近边柱外侧的一个区域；然后剔凿靠近边柱内侧的另一个区域，最后剔凿与其对角的靠近边柱外侧的另一个区域。

上述的加固补强施工方法，优选的，所述步骤(2)中，钢板为矩形钢板或圆形钢板，矩形钢板的面积尺寸不小于100mm×100mm，圆形钢板的直径不小于100mm，所述铁屑的填充厚度不小于10mm。

上述的加固补强施工方法，优选的，所述步骤(4)中，浇筑口至少高出凿空处顶面100mm，养护时间在72h以上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明特别适用于不合格的高层(超高层)边柱的局部加固补强处理，通过采用本发明分区域凿除的施工方法，在不增加构件截面尺寸、不影响建筑物的外观及使用要求的前提下，可顺利实现对建筑物边柱的局部加固补强；

(2)本发明的边柱局部补强加固施工期间其余施工可继续进行，不影响项目施工进度。采用分区域补强加固的方法，使施工期间只设置钢柱侧支撑即可满足设施安全等可靠要求，不需千斤顶配合使用，降低了卸载的技术难度及设备使用，减少了造价和加固成本；

(3)本发明的补强加固施工结构简单、组装容易，布局简便，可有效解决现有技术中边柱补强施工的难点，具有显著的实用价值和社会经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例中边柱加固补强施工结构的平面布置结构示意图。

图2为本发明实施例中边柱加固补强施工过程中施工凿除作业区的划分示意图。

图3为图1中A向的局部放大立面结构示意图。

图例说明：

1、待加固补强边柱；2、混凝土凿除机；3、侧支撑；31、脚手架钢管；32、横向支撑；33、斜向支撑；331、上斜向支撑；332、下斜向支撑；4、顶部框架梁；5、螺旋杆式顶紧装置；6、钢板；7、界面剂；8、铁屑。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例：

某多层框剪结构体系，采用泵送商品混凝土浇筑。在该建筑物主体结构封顶、楼层砌块墙体砌筑完成后，发现低楼层有一边柱的截面尺寸为1000mm×700mm，混凝土设计强度为C35，因在混凝土泵送浇筑时，施工单位为省事省钱未将导管内的润管砂浆清洗干净，将润管砂浆直接注入柱内，造成该柱有一段高度为0.2m的砂浆层。经相关单位检测，该区域抗压强度推定为16.3MPa，需对该区域进行加固处理。

我们采用以下加固补强施工结构及施工方法进行施工。

采用如图1、图3所示的加固补强施工结构，包括待加固补强边柱1、混凝土凿除机2和侧支撑3，待加固补强边柱1位于该施工结构的中心位置，混凝土凿除机2设置在侧支撑3与待加固补强边柱1之间，侧支撑3沿待加固补强边柱1的周围呈T字形布设，侧支撑3的底端抵靠地面，顶端抵靠与待加固补强边柱1相连接的顶部框架梁4，侧支撑3的顶端设有螺旋杆式顶紧装置5(或焊接有封口厚钢板，厚钢板的厚度应不小于10mm，截面不小于150mm×150mm)；待加固补强边柱1沿横截面被划分为四个等截面的施工置换区(参见图2)，混凝土凿除机2抵靠待加固补强边柱1的施工凿除作业区。侧支撑3包括三组，且三组侧支撑3沿待加固补强边柱1的四周呈T字形布设，三组侧支撑3的作用中心与待加固补强边柱1的形心重合。每组侧支撑3由脚手架钢管31组成，每组侧支撑3的数量、尺寸、规格及间距均相同。本实施例中，每组侧支撑3由三根脚手架钢管31组成，且靠近待加固补强边柱1的脚手架钢管31与待加固补强边柱1之间的净距控制在500mm，相邻两脚手架钢管31的间距不大于1000mm。本实施例中在每组侧支撑3的脚手架钢管31的顶部和底部各设置有横向支撑32，脚手架钢管31与待加固补强边柱1之间及相邻脚手架钢管31之间还设置有斜向支撑33。斜向支撑33与脚手架钢管31组合呈米字状；脚手架钢管31与待加固补强边柱1之间设有上斜向支撑331、下斜向支撑332，其中，上斜向支撑331的上端连接至待加固补强边柱1的顶部，上斜向支撑331的下端连接至脚手架钢管31的中部；下斜向支撑332的下端连接至待加固补强边柱1的底部，下斜向支撑332的上端连接至脚手架钢管31的中部；相邻脚手架钢管31之间设有上斜向支撑331、下斜向支撑332，其中，上斜向支撑331的上端连接至位于外侧的脚手架钢管31的顶部，上斜向支撑331的下端连接至位于内侧的脚手架钢管31的中部；下斜向支撑332的下端连接至位于外侧的脚手架钢管31的底部，下斜向支撑332的上端连接至位于内侧的脚手架钢管31的中部。

本实施例的加固补强施工方法主要基于以下基本流程：

结构受力状态计算→结构卸荷→搭设安全支撑及工作平台→卸荷→分块剔除混凝土并填塞钢板→界面处理→支模→浇筑自留密实混凝土→自留密实混凝土养护→拆模→加固施工验收。

具体的，本实施例中基于上述加固补强施工结构的高层边柱局部混凝土的加固补强施工方法，包括以下步骤：

(1)首先对结构受力状态及结构卸荷的支撑设计进行计算：

本实施例中虽然房屋上部结构已完成全部施工，但进行补强施工时，装修等荷载尚未施加，活载为施工荷载，按1.0kN/m²计算，其余荷载按GB50009—2001《建筑结构荷载规范》(2006版)取值；采用中国建筑科学院研究的PKPM软件进行计算，计算结果显示该柱所承担轴力设计值N＝4790.5kN。为确保结构安全，减小柱钢筋变形对原结构的不利影响，将本实施例中的柱截面对称划分为四个区域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，分四块进行混凝土补强施工。剔凿不合格混凝土施工时，边柱的侧支撑按Ⅰ区凿除施工作业时进行计算，不考虑边柱内的纵筋作用，混凝土强度等级按C15计算，则该柱所能承担轴力设计值：A＝4536kN。Ⅰ区剔凿后边柱的剩余轴向承载力为N2＝(3/4)N1＝3267kN，则需要侧支撑承担的轴力为：N3＝N－N2＝1523.5kN。考虑凿除施工时引起偏心等对结构的受力影响，将此力放大1倍，边柱周围三根顶部框架梁4均设置侧支撑3，则每跟顶部框架梁4的支撑力为：N4＝2N3/3＝1015.7kN。

选Q235钢管，抗压强度设计值为215MPa。强度验算选取截面：

选取Φ114×6，Q235钢管：A₁＝2036cm²，i_x＝3.82cm；

每根顶部框架梁4下设置3根脚手架钢管31支撑，间距为500mm；

整体稳定及长细比验算： ${\mathrm{\λ}}_x=\frac{l_{0x}}{i_x}=78.53;{\mathrm{\λ}}_y=\frac{l_{0y}}{i_y}=78.53;$

两个主轴方向的长细比均为78.53，不大于设定的长细比[λ]＝150；

稳定系数：

则：MPa＜215MPa，可见整体稳定性满足要求。

(2)搭设安全支撑及工作平台进行卸荷：

使待加固补强边柱1位于施工结构的中部位置，并沿待加固补强边柱1的周围设置三组侧支撑3使其呈正交十字形布设，侧支撑3的底端抵靠地面，顶端抵靠与待加固补强边柱1相连接的顶部框架梁4，侧支撑3的顶端设有螺旋杆式顶紧装置；使侧支撑3的作用中心与待加固补强边柱1的形心重合；

(3)凿除施工：

在待加固补强边柱1的周边未设置侧支撑3的一侧设置混凝土凿除机2，利用混凝土凿除机2对待加固补强边柱1的结构缺陷部位进行剔凿施工，剔除至密实部位后；根据我们预先的设计计算，当Ⅰ区不合格混凝土剔凿后，待加固补强边柱1处于最不安全工作状态；如图2所示，当Ⅰ区混凝土浇筑养护好达到设计强度的80％后，可进行Ⅱ区剔凿，然后再依次进行Ⅲ区、Ⅳ区剔凿，且剔凿施工时保留待加固补强边柱1内原有的增强钢筋；每剔凿一块区域，即在边柱的凿空区域垫设与凿除混凝土高度相当的钢板6顶紧，且在钢板6与边柱的接触面填充铁屑8；钢板6为矩形钢板，矩形钢板的面积尺寸不小于100mm×100mm，铁屑8的填充厚度不小于10mm，以保证钢板6能良好的起到承重和传力的作用；防止在混凝土未达到强度前偶然偏心内力的作用使柱内钢筋变形过大；

(4)在凿空后裸露的边柱凿除面上涂刷一层与混凝土同性能的界面剂7，随浇随涂；

(5)在凿空处支起混凝土浇筑定型模板，并在定型模板的顶部开孔作为浇筑口，从浇筑口灌注高于设计强度一个等级的自流密实混凝土，浇筑一次性完成，浇筑口高出凿空处顶面100mm，最后经养护，养护时间在72h以上以保证混凝土具有一定的温度和湿度，完成施工。

本实施例的工程加固完成后，使用情况良好，无任何不良情况发生。最后的施工结果显示，待加固补强边柱1的相邻结构未产生裂缝、变形等损伤，不影响原有边柱结构的安全性和耐久性。

Claims (10)

1.一种高层混凝土边柱局部加固补强施工结构，包括待加固补强边柱、混凝土凿除机和侧支撑，其特征在于：所述待加固补强边柱位于该施工结构的中部，所述混凝土凿除机设置在侧支撑与待加固补强边柱之间且与待加固补强边柱进行接触，所述侧支撑沿待加固补强边柱的周围呈T字形布设，所述侧支撑的底端抵靠地面，顶端抵靠与待加固补强边柱相连接的顶部框架梁，所述侧支撑的顶端设有螺旋杆式顶紧装置或焊接有封口厚钢板；所述待加固补强边柱沿横截面被划分为四个等截面的施工凿除作业区，所述混凝土凿除机抵靠所述待加固补强边柱的施工凿除作业区。

2.根据权利要求1所述的加固补强施工结构，其特征在于：所述侧支撑包括三组，且三组侧支撑沿待加固补强边柱的周围呈T字形布设，每组侧支撑由脚手架钢管组成，每组侧支撑的数量、尺寸、规格及间距均相同。

3.根据权利要求2所述的加固补强施工结构，其特征在于：所述每组侧支撑由至少两根脚手架钢管组成，且靠近待加固补强边柱的脚手架钢管与所述待加固补强边柱之间的净距控制在450mm～550mm，相邻两脚手架钢管的间距不大于1000mm。

4.根据权利要求2或3所述的加固补强施工结构，其特征在于：所述三组侧支撑的作用中心与待加固补强边柱的形心重合；所述T字形的两翼布设于待加固补强边柱的横截面长边的两侧，所述T字形的中轴则布设于待加固补强边柱的横截面短边的一侧。

5.根据权利要求4所述的加固补强施工结构，其特征在于：在每组侧支撑的脚手架钢管的顶部和底部各设置有横向支撑，所述脚手架钢管与待加固补强边柱之间及相邻脚手架钢管之间还设置有斜向支撑。

6.根据权利要求5所述的加固补强施工结构，其特征在于：所述斜向支撑与脚手架钢管组合呈米字状；

所述脚手架钢管与待加固补强边柱之间设有上斜向支撑、下斜向支撑，其中，上斜向支撑的上端连接至待加固补强边柱的顶部，上斜向支撑的下端连接至脚手架钢管的中部；下斜向支撑的下端连接至待加固补强边柱的底部，下斜向支撑的上端连接至脚手架钢管的中部；

所述相邻脚手架钢管之间设有上斜向支撑、下斜向支撑，其中，上斜向支撑的上端连接至位于外侧的脚手架钢管的顶部，上斜向支撑的下端连接至位于内侧的脚手架钢管的中部；下斜向支撑的下端连接至位于外侧的脚手架钢管的底部，下斜向支撑的上端连接至位于内侧的脚手架钢管的中部。

7.一种基于权利要求1～6中任一项所述加固补强施工结构的高层混凝土边柱局部加固补强施工方法，包括以下步骤：

(1)首先使待加固补强边柱位于所述施工结构的中部位置，并沿待加固补强边柱的周围设置侧支撑使其呈T字形布设，侧支撑的底端抵靠地面，顶端抵靠与待加固补强边柱相连接的顶部框架梁，侧支撑的顶端设有螺旋杆式顶紧装置或焊接有封口厚钢板；使所述侧支撑的作用中心与待加固补强边柱的形心重合；

(2)在待加固补强边柱的周边设置有混凝土凿除机，利用混凝土凿除机对待加固补强边柱的结构缺陷部位进行剔凿施工，剔除至密实部位后，在边柱的凿空区域垫设与凿除混凝土高度相当的钢板以顶紧，且在钢板与边柱的接触面填充铁屑；

(3)在凿空后裸露的边柱凿除面上涂刷一层与混凝土同性能的界面剂，随浇随涂；

(4)在凿空处支起混凝土浇筑定型模板，并在定型模板的顶部开孔作为浇筑口，从浇筑口灌注自流密实混凝土，浇筑一次性完成，最后经养护，完成施工。

8.根据权利要求7所述的加固补强施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中，剔凿施工时先剔凿四个施工凿除作业区中的某一区域，再剔除该区域的对角区域，再进行另一对角上两个区域的剔凿施工，且剔凿施工时保留待加固补强边柱内原有的钢筋。

9.根据权利要求8所述的加固补强施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中，先剔凿所述四个施工凿除作业区中靠近边柱内侧的一个区域，再剔凿对角的靠近边柱外侧的一个区域；然后剔凿靠近边柱内侧的另一个区域，最后剔凿与其对角的靠近边柱外侧的另一个区域。

10.根据权利要求7或8或9所述的加固补强施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中，钢板为矩形钢板或圆形钢板，矩形钢板的面积尺寸不小于100mm×100mm，圆形钢板的直径不小于100mm，所述铁屑的填充厚度不小于10mm。