欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

【加固纠偏工程案例】多层厂房结构综合加固技术

28 2023-08-25 17:29:41

哈尔滨市某厂总装车间,建筑面积3716.71m2,长102m,宽16.20m,2层(局部3层)。二、三层间设沉降缝一道,三层屋面板标高12.30m,二层为内框架结构,三层为混合结构,承重外墙厚49cm,内墙厚24cm,毛石条基,设有基础圈梁。竣工不久发现三层12~20轴间的36.54m区段内承重墙体严重裂缝、窗间墙开裂错位、墙体倾斜、梁板及楼梯开裂并倾斜、外墙钢窗变形、圈梁裂缝,已不能安全使用,须及时加固处理。

 

1

结构加固前状况


承重墙体裂缝。内外墙体裂缝264道,裂缝宽度1~28mm,裂缝长度600~2800mm,均为45斜裂缝。6个承重窗间墙(厚49cm)裂缝,其中2个窗间墙裂透失稳。

内外墙各l处 倾斜,墙体沿裂缝方向错位20~30mm。

梁板、楼梯、圈梁共有裂缝41道,裂缝宽度0.1~0.3mm。

楼板倾斜,倾斜后高差120mm,由于楼板倾斜,大部分内门不能开关。

外侧钢窗变形后成为平行四边形,窗户不能开启。

底层室内水泥地面下沉,室外散水坡下沉塌陷。

经基础开挖后详细观察,地基持力层下陷,严重处基础悬空,其下出现距离基底148cm的坑穴。

该区段建筑处于危险状态,厂方已作出拆除重建的决定。

 

2

产生问题的原因


经全面调查,该厂房12~20轴区间内有一丁字形防空通道,通道顶标高距自然地面9m,在离12~20轴外墙3m附近有一防空洞入口,由于整个建筑物坐落在地势最低洼处,雨后地表水聚集流入防空洞内,其土质具有湿陷性,长期受水浸后逐层塌落而沉陷,致使上部结构遭到严重破坏。

 

3

补强加固措施


厂房的补强加固共分两部分,基础部分采用钢筋混凝土灌注桩加承台梁的方法,并采用了石灰挤密桩进行地基加固。上部结构的补强加固是在基础部分加固10个月后,确认基础沉降基本稳定的情况下进行的,为加强结构的整体性,采用了拉杆加固法;开裂失稳的窗间墙则采用先包后灌加固法;混凝土构件裂缝、墙体裂缝采用化学灌浆补强法;最后进行侧窗整形、楼板提升找平及重新装修。为减少经济损失,加固工作是在不停产的情况下进行的,现就上部结构综合加固法作一简要介绍。


3.1、拉杆加固

为加强结构的整体性,在厂房的12~17轴,沿横墙在每层楼板面层标高处设置φ20预应力拉杆,螺杆为φ22(d=22mm螺母),采用千斤顶施加预应力,预应力拉杆穿墙钻孔必须使用冲击钻,禁止人工凿孔,拉杆垫板采用∟75×10角钢,以使拉杆与墙体共同工作。


3.2、钢筋混凝土短梁加固

承重砖墙裂缝宽度超过5mm以上,或开裂后错位的墙体,在进行楼面支顶后,采用钢筋混凝土短梁进行加固。即每隔50cm,以裂缝处为中点向两边各延伸50~75cm,将高50cm范围内的墙体拆除,配主筋4¢12,箍筋¢6@200,支模后,灌注C15号混凝土,捣制混凝土短梁。


3.3、化学灌浆补强加固

对混凝土构件(楼板、圈梁、楼梯)裂缝及承重砖砌体裂缝宽度大于0.1mm、小于0.5mm的墙体,采用建筑结构化学灌浆法进行补强,该方法是将一定的化学灌浆材料配制成浆液,用压送设备将其灌入缝隙内,使其充分扩散,经凝结固化,达到补强目的。

环氧树脂具有强度高,粘结力强,收缩小,化学稳定性好,可在室温条件下固化等优点。采用环氧树脂作为建筑结构灌浆材料进行补强,可以收到下列技术经济效果:能有效地恢复结构的整体性,而且具有封闭防渗作用,补强后结构外观好;补强时一般不需要停产,不影响建筑物的正常使用;与其他方法相比施工简便,速度快,能使建筑物很快恢复使用,可用这种加固方法修复其他方法很难处理的混凝土裂缝,施工费用低,综合经济效果好。

化学灌浆补强中采用的灌浆材料由下列多种材料配制而成。

1、主剂。以环氧树脂作主剂,采用双酸A型环氧树脂,它是由环氧氯丙烧与双酚A在苛性钠作用下缩聚而成的。平均分子量为300~700,软化点小于50℃,为珑泊色或淡黄色的粘稠液体。双酸A型环氧树脂的主要性能:

(1)粘结力强。环氧树脂分子中所含的极性基团,容易使其分子与和它接触的界面产生极性相互作用,使它具有独特的粘结能力。

(2)稳定性高。环氧树脂在未固化前是热塑性的,受空气、光、热等影响较小,稳定性好。

(3)收缩小。因其在液态时就有高度缔合,固化过程中没有副产物生成,所以固化收缩小。

(4)化学稳定性好。固化后的环氧树脂有稳定的分子结构,可耐侵蚀。

(5)电绝缘性及物理力学性能优良。常用的国产环氧树脂有E51(618号)、E44(6101号)、E42(634号)、E33、E28等。

2、固化剂。固化剂是一种使未固化的环氧树脂呈热塑性的线结构进行交联固化反应的化学掺剂。固化剂的种类很多,常用的多为多元胺类。胺类固化剂的特征是在常温下使环氧树脂凝结、固化,反应时放出热量多,放出来的热量能加速环氧树脂的固化。胺类固化剂的用量可按下式计算:

胺类固化剂用量(g/100g树脂),常用的胺类固化剂有乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等。

3、稀释剂。稀释剂主要用来降低环氧材料的粘度,使之在灌浆时有很好的可灌性,粘结时有较好的浸润力。稀释剂的另外一个作用是控制环氧树脂与固化剂的反应热,延长使用时间,可以增加较多的填充料而降低成本。稀释剂分活性稀释剂和非活性稀释剂两种,该工程结构化学灌浆补强中采用非活性稀释剂。非活性稀释剂不参与环氧材料固化过程中的反应。常用非活性稀释剂有丙酮、甲苯、二甲苯等。

4、增塑剂。加入增塑剂的目的,主要是减少环氧树脂硬化后的脆性,由于加入增塑剂,可降低大分子之间的相互作用力,提高材料的韧性、抗冲击强度和耐寒性能,同时还有降低反应放热温度和延长使用时间的作用,但抗拉强度、弹性模量、软化点都相应降低。增塑剂分活性增塑剂与非活性增塑剂两种,该工程结构化学灌浆补强中采用非活性增塑剂。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三乙酯等。

5、填料。环氧材料中加填料,可使固化物的一些性能得到改善,如降低热膨胀系数、收缩率、放热温度,提高粘度,抗冲击性能等。同时还可以减少环氧树脂用量,降低成本。常用的填料有石棉纤维砂、石英粉、瓷粉、小石子等。

6、反应促进剂。由于粘结工艺要求尽快结束固化反应,以缩短操作时间,因此,在配制浆液时需要添加各种促进剂,加速固化剂与环氧基的反应。常用胺类固化剂的促进剂有苯酚、煤焦油、聚酰胺等。

环氧树脂灌浆材料的组成可分为三大类,该工程采用的是非活性稀释剂体系。设计了在常温条件下的环氧基液配合比组分:环氧树脂主剂、增塑剂、稀释剂、固化剂;环氧胶泥配合比组分:环氧树脂主剂、增塑剂、固化剂、促进剂、吡啶、稀释剂、水泥;环氧灌浆浆液配合比组分:环氧树脂主剂、增塑剂、释稀剂、固化剂。经试验浆液凝固后的抗压强度为63.5MPa,粘结强度为l.9MPa。

目前国内尚无定型的专用化学灌浆设备,为此自行设计加工两套压力灌浆罐,并配备空气压缩机、管道、灌浆嘴、冲击钻、天平、配浆器具组成灌浆设备。这两套化学灌浆设备具有下列性能:可灌满混凝土构件裂缝宽度在0.1mm以上的裂缝;灌浆压力可达lMPa,一般0.2~0.4MPa即可满足化学灌浆的要求;灌浆设备功能齐全,移动灵活,便于维修保养。


3.4、化学灌浆一般工艺流程

缺陷调查→缺陷部位处理→埋设灌浆嘴→封闭处理→试漏→配浆→灌浆→封口→养护

(1)缺陷调查。对混凝土构件及承重砖砌体的裂缝长度、宽度、深度及走向进行调查并作好记录。

(2)缺陷部位处理。用钢丝刷等工具将混凝土构件裂缝表面及承重砖砌体裂缝部位表面的灰尘、浮渣等污物清除,沿裂缝两侧2~3cm处涂刷环氧基液,为封闭处理准备好基底。

(3)钻孔。在裂缝上钻骑缝孔,以便使灌浆具有较广的通路,而且能使浆液进入裂缝的深部,提高浆液的充盈度,钻孔孔径为机0mm,砖砌体裂缝孔距40~60cm(混凝土结构裂缝孔距应为30~50cm),钻孔后应用压缩空气将孔内粉尘与碎屑吹净。

(4)埋设灌浆嘴。灌浆嘴位置设在裂缝较宽处及裂缝端,在贯通裂缝上必须两面交叉设置,并考虑了一定数量的排气孔,灌浆嘴可用普通(I级钢)圆钢或塑料制作,用环氧树脂胶泥封闭。

(5)封闭。用环氧树脂胶泥沿裂缝两侧2~3cm的部位刮平进行封闭处理,特别要注意灌浆嘴周围的封闭质量,确保密封效果。

(6)试漏。用环氧树脂胶泥封闭1d后,即可进行试漏,试漏前沿封闭部位涂刷一层肥皂水,从灌浆嘴通入压缩空气(压力与灌浆压力相同)。若封闭不严,产生漏气时肥皂水会起泡。如发现漏处则可用环氧树脂胶泥堵漏。

(7)配浆。环氧树脂浆液的配制方法是按确定的灌浆配合比,先将环氧树脂加热,使其能较好地与其他外加剂搅拌混合。外加剂的掺加次序是:稀释剂、增塑剂、促进剂,最后加入固化剂,搅拌必须均匀。浆液配制后最好能予以冷却,使其反应速度缓慢,粘度增长不致太快。

(8)灌浆。灌浆前用压缩空气将孔道(通过灌浆嘴)吹干净(达到无水、干净状态),然后进行灌浆。灌浆压力可控制在0.2~0.4MPa,压力升高应缓慢,防止骤升骤降。以下述三方面为进行终止灌浆的控制条件,即压力罐上的压力表稳定2min以上;排气灌浆嘴冒出浆液,从透明压浆管观察到浆液停滞。终止灌浆后立即用木楔将灌浆嘴塞严。

(9)养护。养护温度以l5~25℃为宜,夏季养护期为2d,冬期(采暖)则需7d以上。养护期间不应受冲击和振动。

灌浆效果检查。采用压水试验,压力值一般为灌浆压力的70%~80%,压水试验至基本不进水,且不渗漏时,即认为合格。

采用上述化学灌浆补强方法,共加固处理混凝土构件裂缝41条,承重砖砌体裂缝105条,效果良好。其余159条缝宽度小于1mm的裂缝则采用抹刮环氧树脂胶泥进行加固处理。


3.5、窗间墙加固

窗间墙的加固采用“先包后灌”的方法。即在窗间墙四角沿墙高设置4根∟75×10的角钢,角钢四周设¢10@l50mm的套箍,角钢之间配5¢10纵向钢筋,并与套箍点焊形成钢筋网。套箍经预热后焊接,从而使其冷却产生预应力。浇水湿润后抹M10水泥砂浆厚50mm,同时沿裂缝处埋设灌浆嘴。养护7d后,对窗间墙进行环氧树脂压力灌浆加固,灌浆工艺同前述。


3.6、楼板提升找平

楼板倾斜后高差120mm,因此门不能正常开启。刨除水泥砂浆面层及预制空心板的灌缝混凝土后,采用千斤顶加横梁的方法,逐块将预制空心板提升到原有位置并找平坐浆后重新灌缝做水泥砂浆面层。


3.7、门窗整形,油漆粉刷

对变形的钢窗及内门进行整形修复,并对整个厂房进行油漆粉刷。经测量,对该厂房四周的排水系统进行设计,使雨水及时排出,厂房基础不再受雨水浸蚀,消除了隐患。