工程结构常用改造加固技术1.doc

目 录第一章 结构改造加固技术3第二章 改建工程基础托换与结构加固13第三章 树根桩加固既有建筑地基21第四章 框架脱离法加层25第五章 混凝土构件粘钢加固30第六章 结构加固补强处理37第七章 多层砖混办公楼纵向平移41第八章 房屋加固改造中的锚接技术45第九章 承重砌体置换49第十章 地下临时支护静态爆破拆除53第十一章 树根桩加固不均匀沉降56第十二章 钢屋架补焊59第十三章 地下室外墙裂缝的处理61第十四章 砖混结构房屋的托梁拆墙64第十五章 住宅危房墙体楼板加固措施67第十六章 斜拉桥机理加固房屋结构70第十七章 悬臂柱承楼梯外倾下沉的处理73第十八章 钢筋混凝土吊车梁的简易加固75第十九章 建筑喷射混凝土修补加固77第二十章 砖烟囱裂缝的处理79第二十一章 旧冷却塔的补强加固82第二十二章 多层结构增层设计85第二十三章 jgn结构胶钻孔锚筋87第二十四章 保温屋面渗漏修缮95第一章 结构改造加固技术原3号楼为一般办公楼。由于使用功能发生巨大变化，同时使用荷载增大，除须对原建筑结构进行改造加固处理外，还要新增建筑面积。本工程为框架剪力墙结构，建筑面积为6460571m2，地下3层，地上10层及16层，最高点72480m。结构改造加固中增建了观景电梯，电梯井每层四周加走廊（每层挑出牛腿，新增5m 宽的钢筋混凝土挑台）。几乎每层楼板、梁、柱都进行了加固，加固点达2000多处，加固用钢材680t ，改造总面积达43万m2。1钢筋混凝土柱的改造加固11外包混凝土加固采用外包钢筋混凝土围套，加大柱截面或在原有钢筋混凝土柱一侧加贴钢筋混凝土等方法。先打掉原柱的混凝土棱角，将柱子混凝土表面的残渣清除干净、凿毛，并用水湿润，再刷水灰比为04的纯水泥浆（也可用界面剂）一遍。若新浇筑的混凝土壁厚小于100mm 应采用细石配制，最大粒径不超过20mm，待混凝土初凝后应加强养护，保证新旧混凝土良好结合，并防止空鼓开裂，混凝土强度等级宜使用c40，用525号硅酸盐水泥配制。当混凝土壁厚大于100mm 时，骨料粒径亦应小于浇筑混凝土最小厚度的12及钢筋最小间距的34。所用钢材一般为、级钢筋，型钢及钢板采用碳素结构钢（gb70088）规定的q235（3号钢）。3号钢和i 级钢筋使用e4303、e4311型号焊条；级钢筋用e5003、5011型号焊条。为保证混凝土密实，当新浇混凝土厚度小于100mm 时，采用喷射混凝土或其他可靠方法。新加受力钢筋与原有钢筋焊接时，应在焊接部位打掉保护层，露出原有钢筋截面的一半。剔凿旧混凝土时应不断检查周边混凝土是否被破坏，对已破坏部分的混凝土（包括浮石）应清除掉。在原有钢筋上焊接新加钢筋时，除应尽量降低焊接温度外，还应采取加垫石棉布的方法保护附近混凝土。在原钢筋上焊加固钢筋时，必须保证焊缝的质量（包括长度）。咬边及气孔等均应符合焊接规范，并在焊接后将露在表面的焊渣敲去。柱子新增受力钢筋的混凝土保护层厚度为30mm。因改造结构需要，在原钢筋混凝土墙、柱上需打锚杆与新构件（如悬臂梁等）拉结时，采用电动金刚石空心钻头钻孔机钻孔，孔深一般为1520倍钢筋直径。插入钢筋后用结构胶灌注严密，不留缝隙，并在使用前进行拉拔力试验，经设计认可后方可正式使用。施工过程中，也应抽样检验核查其拉拔力是否能满足要求。12包角钢加固在原柱子四角包e 10010角钢，并用乳胶水泥砂浆使角钢与柱混凝土紧密粘贴牢固。沿柱高再将扁钢箍（间距450mm）与角钢焊接牢固（图1）。具体作法如下。图1柱包角钢加固作法（1）配制乳胶水泥时，要求乳胶（聚醋酸乙烯乳液）含量为水泥重量的510，加水适量，呈膏状体。（2）采用乳胶水泥粘贴外包型钢时，应先在柱角（预先应做处理）上抹厚5mm 的乳胶水泥，随即贴上角钢。为防止角钢松脱，应用特制夹具在柱的两个方向将4根角钢与柱子牢牢夹紧（夹具间距以500mm 为宜），然后将扁钢（505）箍与角钢焊接，并应交错施焊，防止过热，在乳胶水泥初凝前必须完成。（3）如上下柱子均需用此方法加固时，应使用通长角钢，不要断开。所有外包型钢施工完毕后应在型钢表面抹一层12水泥砂浆（厚20mm），抹面层时严格按北京市分部项目工程工艺规程执行，防止空鼓、裂缝。（4）柱上下与楼板连接处可根据柱子受力要求加角钢套箍（图2），以加强柱子受力性能。图2柱脚角钢套箍13柱综合加固法除以上两种柱子加固方法外，还有一小部分采用综合加固方法，即把以上两种方法综合使用，如图3所示。图 柱综合加固方法2钢筋混凝土梁的加固梁加固比柱子加固复杂，操作也较困难，部分楼板需开大洞（作管道间使用），因此除楼板加固外，还需要新增加次梁。根据受力情况，梁的加固可分为以下几类。21新增加次梁一般在两根主梁的跨间加一根次梁。由于楼层荷载有较大幅度增长（如增加隔断墙和卫生间设备等），且增设次梁后主梁受力情况也发生改变，故主梁也需进行加固。次梁加固方法如下：（1）支护楼板（留出新次梁的位置），然后沿梁长按梁宽度凿去楼板混凝土；（2）安装主梁与次梁交接处的钢板套箍（用作次梁支座用，见图4）；（3）焊上托钢筋的小块钢板，安装次梁主筋；（4）支新次梁底模，绑扎梁钢筋、箍筋等，再合上侧模，加支撑；（5）浇筑新次梁混凝土及养护。图4 主梁与次梁交接处作法22主梁加强作法221主梁贴钢板法加固采用钢板粘结加强时，分两种情况：一种是只加粘梁底面，另一种是除加粘底面外，还要加粘梁的两侧。这两种加强方法均需在靠近柱位置沿梁长设置钢板箍若干个，并用胶将梁底及梁侧的钢板与原有梁的混凝土贴紧粘结牢固。为便于固定，安装钢板时可通过膨胀螺栓，使已涂上胶的钢板与钢筋混凝土梁贴紧粘结牢固，以防钢板在胶凝固前滑脱，同时也起到钢板与混凝土梁紧密贴合的作用（图5）。图5 梁加固图（a）加固立面；（b）梁端新增钢筋与柱交接处平面；（c）梁加固剖面222在受拉区焊附加钢筋为减少梁底剔凿量，采取间断剔凿（中距400mm），沿梁长方向的混凝土保护层间断剔凿，剔出部分应露出原钢筋12，焊上短钢筋（同原钢筋截面），再在短钢筋上焊新增通长钢筋，然后再将梁的下部钢筋位置补上新混凝土。浇筑混凝土前可先将两侧模板支上，然后喷射细石混凝土。此方法较为复杂，但加固后梁的受力性能较好（图6）。图6 焊附加钢筋加固法以上图示中均设有钢板套箍，其作用是分力，因此又名分力钢板套箍，其具体尺寸如图7所示。图7 钢板套箍示意3楼板加固因使用功能发生变化，需增设管道间和线路，且要增加大量内隔断墙，因此原楼板的设计荷载将有较大幅度的增加。为此除在梁间再加1或2根小梁外，还要局部对原楼板进行加固。加固方法主要是在原楼板上下各加钢板条，在指定的部位用胶粘贴后，再用m12对穿螺栓（后改为膨胀螺栓）将楼板紧紧夹住，以提高其受力性能，钢板条采用200mm 宽、5mm 厚带钢。楼板加固时，按该板承载的隔断墙位置及需新开洞口尺寸及位置确定钢板带位置。加固方法如图8所示。图8 楼板加固法（一）实际施工中，因m12对穿螺栓安装十分困难，后改用膨胀螺栓上下对称固定的方法。该膨胀螺栓在钢板条端部100mm 处应设置4个，在纵横两块钢板条的叠合部分亦设置4个，在钢板条的其他部分放2个（沿钢板条的短向即200mm），膨胀螺栓中距为300mm，如图9所示。图9 楼板加固法（二）4加固工艺要求（1）采用外包钢筋混凝土围套加大柱截面或在原有柱的一侧加大柱截面时均应将原柱混凝土棱角打掉，表面凿毛后刷素水泥浆（水灰比以04为宜）一道，随即浇筑细石混凝土，注意加强养护，防止裂缝。（2）采用粘钢板加固梁、板时，应将原混凝土结构面上的油垢污物刷洗干净，然后再对结合面进行打磨，除去23mm 厚的混凝土表层浮皮，并清除表面上的粉尘后再涂刷粘合剂。钢板粘结面应经除锈和粗糙处理，粘钢板加固后，外露的钢板应根据装修要求，用水泥砂浆（或环氧砂浆）做保护层（厚度不小于20mm）。（3）在原有钢筋混凝土构件上打锚杆与新构件拉结时，应先用探测仪测出原构件内的钢筋位置，然后钻孔，以免损伤原构件内的钢筋。（4）在原有楼板上打洞时，当洞口直径或边长a300mm 且相邻两洞边净距300mm 时，一般不采取加固措施；当300mma1000mm 时，一般采用图10所示的作法加固。注意凿槽时不得打断原有钢筋。图10 楼板凿洞洞口处理（5）在原楼板或墙上打洞前，应先用探测仪测出板或墙内钢筋位置，打洞宜用机械方法（用金刚石空心钻头）。人工打洞应轻敲慢凿，尽量不损伤原钢筋。成孔后洞边用12水泥砂浆抹平。（6）原有楼板洞和墙洞需封堵时，当洞口直径或边长a300mm 时，可将洞边凿毛，用素混凝土封堵；当300mma1000mm 时，应采用如图11所示的方法封堵，新加钢筋与板内原有钢筋的直径及间距相同，原孔洞浇筑c40细石混凝土封堵；若a 1000mm，应另出图施工。图11 孔洞封堵作法（7）原有钢筋混凝土构件加固前需先做试验，取得经验后再全面推开。施工时视具体情况应加设临时支撑，以确保施工安全。当采用结构胶粘钢加固或钻孔埋设钢筋时，必须由具有资质的专业施工单位完成。（8）填充墙与柱之间新加的拉结钢筋应根据填充墙在建筑平面中的位置，采用如图12所示方法预留。填充墙与已施工的柱之间的拉结方法为先用膨胀螺栓固定在柱上（膨胀螺栓的数量和直径应与拉结筋数量和直径相同），然后在膨胀螺栓上焊接拉结筋。图12 填充墙与柱的拉结方法（9）对于通过短钢筋与原有钢筋焊接的钢板或钢筋和原有混凝土间的缝隙，应用m15水泥砂浆灌满，喷射混凝土，原柱与所有加固的钢板或角钢之间所有缝隙也必须用m15水泥砂浆灌满。（10）所有需粘钢加固的构件加固前应进行卸荷，锚固粘钢板的型钢套箍需与钢板焊接时，必须做到先焊后粘。有困难时可通过设计单位采用结构胶钢钢粘接锚固法，锚固长度应根据所用结构胶的粘接抗剪强度由设计单位经计算确定。（11）加固后钢板表面应抹水泥砂浆保护层，如钢板表面积较大，可粘一层钢丝网或粘一层细石。保护层厚20mm。有吊顶时可涂刷防锈漆、防火漆。第二章 改建工程基础托换与结构加固音乐堂位于中山公园内社稷坛（五色土）东南，建筑平面呈扇形，原建筑物占地面积约4500m2，建筑面积3337m2，于1955年建成，后于1979年、1981年、1986年进行过三次改扩建。由于年代较久、设备落后、建筑失修等因素，该音乐堂已不能满足现代使用要求，业主决定拆除舞台小楼，保留观众厅结构，进行改扩建。完工后建筑面积将达11864m2，地下一层、地上二层（局部四层），设有观众厅、会议室、贵宾室、电影厅、休息厅及餐厅等，成为使用功能和音响效果均为一流的现代化娱乐场所。 原观众厅结构形式为独立柱基础框架结构，柱高128m，另加基础埋深1825m，屋顶为现浇混凝土屋架及屋面板。根据改建要求，将原建筑物的二次结构及其他附属建筑物拆除，保留观众厅结构的独立柱和混凝土屋架屋盖。在此条件下新建地下室一层，层高65m，建筑面积4000m2。为解决原结构的基础深度不足的问题，采用基础托换技术。1955年施工的结构混凝土强度相当于现在的c15设计强度等级标准值，已不能满足新建筑的结构承载力要求。为解决这一矛盾，需对原独立柱结构进行加固，以提高强度，满足改建后的结构受力要求。1音乐堂加固与托换技术的特点对已有建筑物地基进行加固处理，目的是避免建筑物的倒塌损坏。这种作法称为补救性托换。30年代后地下铁道施工中对既有建筑物的保护称为预防性托换。近年已发展到在新建的建筑物基础上预先设计安装可顶升的装置，事后如发生不允许出现的地基差异沉降时，即实施保护性托换。音乐堂工程是在原建筑物基础上保留部分主体结构进行的全面改造，包括观众厅二次结构和后台小楼拆除、基础托换、结构柱和屋盖加固、新做筏形基础地下室、0000m以上框架及观众席等。原结构建成至今已40余年，混凝土碳化较重，且经历了唐山地震的冲击，个别柱已出现纵向裂纹，虽采取了加钢板箍固定等措施，但结构总体安全度较低。改建后新增65m 深地下室，采用人工挖孔桩托换基础，土方开挖后，原结构顶距基底高达21m，结构整体稳定因素差，施工风险很大。2基础托换与结构加固方案的研究由于本工程的使用功能要求，改建后的地下室采用筏形基础，主体结构形式为框架结构，局部加设剪力墙抵抗地震冲击力。由于原结构独立柱基埋深较浅，必须采取托换技术，使上部建筑结构稳定地落于桩基和筏形基础地下室上；上部结构荷载安全地转到筏形基础上，扩散到基底持力层。设计选择了人工挖孔桩加连续承台梁的托换方案。其步骤是：做地下室前，上部荷载经柱传给承台梁，再由承台梁分配给桩基。待筏形基础建成后，上部荷载传给筏形基础。经对方案的可行性、可靠性和可能存在的问题进行了认真地分析探讨后，确定采用“两桩承一柱”的方案（图1）。即在柱两侧挖桩，在桩顶做承台梁，做承台梁时将原结构柱包于梁内，使之与梁成为一体，让上部荷载通过承台梁传于桩基和筏形基础。图1 基础托换布置图挖孔桩；原结构柱托换分两步进行：第一步做人工挖孔桩和承台梁，使桩、柱、梁成为一体，上部荷载先通过梁传于桩。第二步做筏形基础，完成后则上部荷载又传于筏形基础，完成全部托换工作（图2、3）。图2 托换施工工艺托换施工顺序：托换荷载传递：柱承台梁上部桩筏形基础、下部桩图3 托换施工现场3托换加固施工与一般的基础托换不同，本工程是在已有的上部结构下全面开挖做地下室，全部主工序按先托换、后加固、再新开的顺序组织施工。且全部施工内容均与原结构、承台梁和挖孔桩相连系，受条件限制很多。根据本工程的特点，经反复比较，确立了挖孔桩承台梁柱加固土方开挖结构施工的总工序，并分别编制了挖孔桩、承台梁、柱加固、土方开挖及地下室结构施工等方案，对各施工分项的工序流程、工艺作法进行了分析研究，对各种可能出现的问题提出了预防措施。31结构监测基础托换工程是个结构内力转移传递过程，要求传递过程中结构不能发生变形。施工过程中对结构进行观测的目的是及时发现沉陷位移和倾斜变形的微小变化，为施工决策提供依据。根据工程特点，还编制了结构监测方案，进行了细致布点。每柱0500m 标高处布一点观测沉降值，每柱做一个3m 高的标尺，用以监测柱的倾斜值。每柱每日观测一次沉降倾斜值，挖桩期24h 随时观测，做到信息化施工。32人工挖孔桩施工本工程采用人工挖孔桩进行基础托换，它是力传递的载体，其质量决定着整个托换工作的成败。桩身上半部分又是地下室的柱，桩身混凝土预埋位置质量直接影响后期梁、板的施工。施工中采取了以下技术措施：（1）人工挖孔桩采用钢筋混凝土护壁，以提高护壁承载力，保护桩孔的安全；（2）钢筋笼分节绑扎，吊装时使用连接钩；（3）用“钢板箍法”做地基梁钢筋连接点，保证钢筋连接位置的准确；（4）护壁内加设水泥土隔离层，以利混凝土护壁拆除（图4）。图4 挖孔桩的构造（5）采用无振动破除原杯形柱基放角，以有效地保护结构稳定安全，顺利完成桩的成型工序。33承台梁施工采用“两桩承一柱”实现原结构柱力的传递与转换，承台梁起着“承上传下”的作用，为减小其因受剪、受弯产生的应力，两桩的距离应尽量靠近，承台梁与柱的结合要成为一体。为此，研究确定了工艺流程和作法，还根据柱基实际情况现场选定承台梁的不同作法，对原杯形基础高的，采用双承台法进行结构受力的二次转换。（1）承台梁施工工艺作法与流程：柱身穿通孔化学锚筋、桩头凿毛预埋底部承台梁主筋及避雷设施支桩梁节点模板，浇筑接长桩混凝土回填土，做垫层，铺主承台梁底模板绑扎主承台梁钢筋、安放桩顶传力筋做柱加固插筋支主承台梁模板浇筑承台梁混凝土拆模养护。（2）采用穿透柱身化学锚通筋的施工工艺，保证了梁受力主筋的断点及平面标高的就位准确（图5、6、7）。图5 穿透柱身化学锚通筋作法示意1原柱750；2后加固柱1100；3钻通孔，化学灌浆锚固；4梁高范围内柱身凿毛，深10mm，以利新旧混凝土结合；5承托梁；6通穿柱体打孔锚主筋；7桩图6 穿透柱身化学锚通筋施工（一）图7 穿透柱身化学锚通筋施工（二）为使梁柱成为一体，需在做承台梁时将原结构混凝土柱包于梁内。这就存在一个在柱截面宽度内，梁主筋必须截断的问题，这对承台梁的承载能力是较严重的削弱。原设计方案采取了将主筋向柱内锚入的方法：冲击钻孔200mm 深，用化学胶浆将梁主筋锚入。虽然做到了钢筋与柱相连，但主筋仍然是中断的，主筋的承载能力远没有充分发挥出来。为加强梁柱连接的整体性，改为“穿透柱身打孔锚主筋”。施工时用冲击钻在柱身相应标高位置打通孔，用吹风机清孔，将承台梁上下主筋穿进柱孔，用化学锚固胶封严，使钢筋与混凝土粘牢，并做到钢筋的完全连续，起到抬柱的“扁担”作用。为加强柱身与梁的连接，同时将梁高范围内柱身凿毛，凿深10mm，以利新旧混凝土粘结。（3）采用设置折线形承台梁折点的非标准作法，保证了连续承台梁的受力整体性。34原结构柱的加固工艺原结构柱需通过加固改造为新结构框架柱，其加固施工方法和操作工艺非常关键，在加固施工中采用了以下技术。（1）机械挤压法破除混凝土耳柱，以确保主柱无损和结构的安全。（2）应用yj 302混凝土界面剂，满足柱身新旧混凝土接槎紧密的要求。（3）采用化学锚筋法，在柱身上锚入抗剪、抗弯钢筋，以提高柱承载能力。为使加固后的混凝土与原结构柱紧密结合，提高摩擦力和新旧混凝土的界面抗剪切能力，经计算后确定抗剪锚筋每500mm 高设一道，每道4根。使用25螺纹筋，锚入原柱混凝土内200mm，并用化学锚固胶塞严（图8）。图8 柱身化学锚筋作法示意1原柱750；2后加固柱1100；3每道设425抗剪筋，每500mm一道，相互错开，柱高范围内通长布置；4每道设825环向拉筋，共3道，锚入750mm；5承托梁；6桩（4）采用导向支架法做柱身锚固斜筋，使锚固斜筋角度准确。（5）在加固托换期充分保护并利用原结构的部分构件，使原结构始终受力合理、整体稳定。35特殊条件下的土方开挖与新结构施工技术本工程土方开挖与结构底板的施工，关系到力传递方式的转换能否安全进行和基础托换的成败。在施工前和施工中，我们研究并使用了如下技术，成功地克服了困难，使基础托换工作顺利完成。（1）土方开挖时在基桩两侧平衡同步进行，使桩基不受侧压力，确保了原结构的安全。（2）分段开挖土方，分段做底板结构，可减少桩基暴露的时间和数量，有利于施工期内结构的整体稳定。（3）采用无振动分离静爆法破除原柱基混凝土，减少了破除柱基施工对原结构的干扰和破坏。4实施效果音乐堂工程共托换原结构独立柱24根，新做人工挖孔桩48根，绑扎钢筋1200t ，浇筑c30混凝土6500m3，开挖土方30000m3。经现场观测，原结构托换过程中无沉降现象，柱垂直度偏差均在规范要求范围之内（平均13mm），结构整体稳定性也很好。原独立柱基结构下已全面开挖新做地下室，新增面积达4000m2（单层深度65m）。上述作法在国内尚属首例，对今后城区旧楼改造，向地下发展扩层有借鉴意义。第三章 树根桩加固既有建筑地基某住宅楼为7层砖混结构，地基主要持力层为海相沉积淤泥土，不能满足承载要求，故采用振冲碎石桩复合地基。设计碎石桩有效桩长10m，桩径09m，桩距1315m，面积置换率为30，振冲碎石桩施工日期为1996年910月，共成桩418根，工程结束后于同年12月进行了单桩静载试验、两桩台和三桩台复合地基静载试验，试验结果均满足设计要求。1997年2月上部结构开始施工，8月主体结构完工并完成部分装修，此时建筑物实测最大沉降量已达324c m，最小沉降量16c m，沉降差达164c m，建筑物周围道路明显下沉，建筑物局部倾斜038，整体倾斜045，均超过了有关规范规定。观测表明，建筑物仍以12mmd 的速率沉降，且未趋于收敛。为此，决定对该楼基础进行树根桩托换加固。1工程地质条件该住宅场地位于河口三角洲堆积平原，根据勘察资料，场地地层自上而下依次为：人工填土：主要由粘性土混块石组成，未经压实，层厚2232m；淤泥：深灰至灰黑色，饱和，呈流塑状，含少量蚝贝壳，标贯击数平均1击，es15mpa ，fk50kpa ，层厚710m；冲洪积粘性土：灰白，灰黄色，湿，可塑状，局部夹砾砂透镜体，标贯击数平均12击，es46mpa ，fk200kpa ，层厚510m；软可塑状花岗岩残积土：褐黄间灰白，砖红间灰白色，湿至很湿，呈软至可塑状，标贯击数平均11击，es3mpa ，fk155kpa ，层厚45m；硬至坚硬状花岗岩残积土：砖红间灰白，褐黄间灰白色，湿至很湿，呈硬至坚硬状，标贯击数平均28击，es33mpa ，fk275kpa ，钻探时未钻穿此层。2建筑物产生较大不均匀沉降的原因21部分碎石桩未穿透淤泥层原设计要求碎石桩长采用双控原则，即最小有效桩长10m 和最少进入持力层05m（穿透淤泥层05m）。实际施工中桩长控制不准确，部分地段淤泥层较厚，碎石桩未穿透该层，致使地基产生不均匀沉降。22碎石桩填料量未满足设计要求设计要求900碎石桩填料量064m3m，实际投料量为04m3m，由此反算碎石桩径仅07m，面积置换率仅为20，未达到设计要求。23表层回填土的加固效果掩盖了下卧淤泥层的强度不足复合地基压板宽仅1520m，载荷试验又仅在地表填土层进行，人工填土厚度2232m，因表层碎石桩桩径较大，人工填土挤密效果较好，故复合地基静载试验结果满足设计要求，承载力标准值达200kpa 以上（设计要求160kpa），人工土以下的淤泥层未进行复合地基静载试验。由于压板尺寸偏小，人工土下面的淤泥土加固效果在静载期间并未真实反映出来。24排水不畅，基底下人工土浸水变形建筑物基础埋深135m，基底下仍有085185m 厚人工填土，该人工土层虽经部分挤密，但由于回填时间仅3年，未完成自重固结，属欠固结土，在外荷载和浸水作用下会产生湿陷变形。复合地基载荷试验正值旱季，也未做浸水载荷试验，故载荷试验未能模拟实际工作条件，结果偏高。上部结构施工正值雨季，地面无排水措施，大量地表水浸入地基，加剧了地基变形。3树根桩托换加固设计和施工31树根桩托换加固设计根据地质资料，树根桩桩长设计为2224m，进入硬塑残积土12m，桩径015m，桩身采用c25混凝土，配筋314，箍筋6 100200mm，单桩承载力180kn。根据振冲碎石桩填料量反算原复合地基承载力仅120kpa左右（设计要求160kpa），因而整座建筑物仍有20320kn 的荷载需由树根桩来托换，经计算需布树根桩113根。树根桩和碎石桩与地基土构成新的复合地基共同工作，达到新的平衡。32加强树根桩与原基础连接的措施（1）树根桩压浆完毕后，在桩顶（混凝土基础底板下）1m 范围内用花管进行二次注浆，以增大桩身上部直径。（2）在混凝土基础梁顶面（370mm 砖墙上）凿40c m40c m 孔洞，现浇混凝土托梁横穿砖墙并与桩顶连接，把桩分担荷载传至承重砖墙上。33树根桩的施工施工设备采用工程地质钻机，由于是室内施工，房间净高仅30m，原钻机三角架经改造后才满足室内施工要求，主钻杆和钻杆均加工成12m长，注浆泵采用bw120型泥浆泵，开孔采用金刚石钻头，钻穿混凝土底板后改用合金钻头，钻至设计深度后空转钻机30mi n 洗孔，直至孔口返出清水为止，然后分段安放钢筋笼并焊接，注浆管（采用优质塑料管）绑在笼筋内一并放入孔内，注浆管下端用胶布封住，以防泥砂堵塞。注浆管和钢筋笼安放完毕后，将干净的粒径510mm 砾石缓缓投入孔内并轻击笼筋。在充填石子的同时，应保证注浆管不停地注入清水。石子充填完毕并清洗干净后，立即压入制备好的水泥浆（水灰比0506，由425号普通硅酸盐水泥制成），待孔口溢出新鲜水泥浆后停止注浆，停歇30min 后，重新插入注浆花管，在基底下1m 范围内二次注浆。4加固效果加固工程从1997年8月29日开工，历时2个月，完成树根桩的托换加固，施工期间每7d 沉降观测1次，从开工到10月18日，建筑物的沉降已明显收敛，7个观测点的沉降速率分别由12mmd 下降至00702mmd。加固工程结束后，连续观测12个月，结果表明，建筑物已明显趋于稳定。5结论（1）振冲碎石桩加固深厚淤泥土层应慎重采用，如设计考虑不周或施工控制不严都可能造成不良后果。（2）采用强配筋、压力注浆施工的树根桩，具有较高承载力，可承受压力、拉力和水平力。其施工噪声小，占用空间少，设备灵活方便，可在室内外施工，施工过程中不改变原建筑物的静力平衡状态。第四章 框架脱离法加层某电池厂密闭拌粉楼原为四层砖砌体结构房屋，平面尺寸为10m8m，各层层高均为35m，房屋总高度为14m（图1）。该拌粉楼建于50年代初期，现已无法提供任何设计图纸和施工记录。图1 原房屋平面图原有房屋为砖墙承重，240mm 厚眠墙到顶，壁柱尺寸为370mm120mm，现浇钢筋混凝土梁板楼屋盖结构。砖砌体砂浆强度等级估计为m25，砖的强度等级估计为mu75。经现场开挖地坑探察，原砖墙基础深为700mm，大放脚三级六皮，基底宽750mm，砖基础砂浆强度等级约为m2550，砖强度等级约mu75。地基为可塑粉质粘土层，地耐力约为220knm2。为适应技术改造的需要，该厂决定在原建筑物上再增加一层（层高35m），加层后房屋总高度达到175m。各层的荷载标准值：二层和三层楼面40kn；四层和五层楼盖60kn。以上荷载均集中作用在各层楼盖中央直径为1200mm 的范围内，原有楼层荷载已作用在其上。各层楼盖的均布活载按15knm2考虑。1加层方案选择本房屋若采用直接加层的方案，符合刚性方案房屋的各项规定，只要墙体受压强度和地基强度计算能够满足设计要求，方案是可行的，且比较经济，但若按砖mu75、砂浆m25计算，砌体受压强度与局部受压强度很难满足设计要求，同时地基强度计算也很难通过。由于原房屋没有设计资料和施工记录，且施工质量较差，砖墙强度无法准确确定，其安全度很难保证，故直接加层方案可靠度概率低，风险大。通过以上分析，决定采用框架脱离法加层的施工方案。具体作法是将原有屋顶全部拆除，更换为第五层现浇混凝土梁板楼盖结构；新增的第五层楼盖、第五层墙体及屋盖结构均由新增现浇混凝土框架承受。现浇框架从基础开始一直到顶，与原有房屋结构均完全脱离，即新老结构间采用柔性材料嵌缝，不与原结构有任何刚性连接，新增框架配筋由计算确定。2框架脱离法加层的作法及特点（1）原有房屋虽无设计资料和施工记录，但已投产使用30多年，可认为原结构在原有使用荷载作用下是安全可靠的，同时屋顶荷载去掉后，用新增第五层楼盖代替，而该楼盖荷载已转移给新增框架承担，减轻了原有房屋的荷载，故更为安全。但应增设一道圈梁，以保证原该层墙的整体刚度。（2）新增框架平面图见图2。新增框架从基础开始便与原房屋结构不做任何刚性连接，采用柔性材料嵌缝（图3），第五层楼面从框架柱上挑出牛腿，框架梁支承在牛腿上并与牛腿混凝土一起整浇。梁下与原房屋墙体留脱离缝，用柔性材料嵌缝，第五层墙体支承在框架梁上，实现完全脱离（图4）。第五层墙面风荷载由框架承担。新老结构的变形互不影响，受力清楚，分工明确，计算简单，安全可靠。图2 第五层框架结构平面图3 框架梁柱与原结构连接构造图4 新老墙体脱离构造（3）框架采用独立柱基础，为不影响原有砖墙基础的整体性和强度，在原有大放脚两边挖基坑，浇筑混凝土基础，基础与原大放脚离开50100mm，再用肩梁穿墙而过，两边与混凝土基础一起整浇，肩梁与墙体间留出60mm 宽隔离缝，框架柱再支承在肩梁上（图5）。图5 基础平面图（4）采用内框架结构形式，便于原现浇楼盖打孔，且可不搭设外脚手架，利用楼梯间采用人工运输材料，也可利用原提升井或者外窗口采用机械提升，不受气候影响，施工方便。3注意事项（1）新老结构间的缝中不得有硬块，必须保证用柔性材料嵌缝。（2）基础施工时，肩梁穿墙应严格按所需尺寸控制，不得随意加大穿墙尺寸。（3）原有现浇楼板打孔时，应严格控制所需尺寸，不得随意加大孔洞尺寸，以免影响原有楼板的安全。（4）应确保混凝土施工质量，严格按施工规范进行施工。第五章 混凝土构件粘钢加固混凝土构件粘钢加固中，可靠有效的粘结锚固是保证加固钢板与混凝土共同工作的前提条件。混凝土结构加固技术规范（cecs 2590）中，垂直粘贴钢板承载力计算时，钢板采用并联u形箍板，箍板上端粘贴水平横板，但没有说明横板与竖板间的连接方式。采用u 形箍板能使两侧箍板连为一体，整体性好，但实际施工中应用不便：一是加工成型困难；二是底部两端转角为圆弧过渡，很难使两侧箍板与底部钢板同时与梁截面结合密实；三是实际工程中，不同位置梁的截面尺寸存在一定的误差和差异，事先加工的u 形箍板很难处处适合梁截面；四是u 形箍板从梁底部套上时，由于箍板与梁截面尺寸基本相同，箍板上的结构胶易被刮掉，胶层厚度不易保证。实际工程中也有采用斜向粘贴钢板的方式，使加固钢板与斜裂缝方向垂直，有关单位也进行过类似的试验。斜粘钢板时，钢板与梁轴线有一夹角，不可能采用整体u 形箍板形式。为确定斜粘钢板时合理的粘贴和锚固方式，保证粘钢加固效果，分别进行了不同形式和连接方式的锚固试验，以确定一种既可靠又易于施工的锚固方案。试验梁截面bh 120mm200mm，跨度l 1800mm，受拉钢筋318，受压钢筋216，箍筋6 150mm，混凝土强度等级c25。试验采用两点集中荷载，剪跨比20。试验分卸荷加固和不卸荷加固两种情况。加固钢板宽度20mm，厚度3mm。1梁侧面斜粘钢板在梁侧面直接斜粘钢板，该方法比较简单，是一般试验时采用的方法，所见资料中曾有两个单位在试验研究中均采用此方法。试验中，先加荷至混凝土梁出现斜裂缝，宽度控制在02mm 以内，卸荷后在梁两侧面各粘两条钢板，所粘钢板与斜裂缝垂直，待结构胶固化后进行加荷试验（图1）。当加荷至原试验梁卸荷粘钢板荷载级时，胶层开始拉脱，钢板上部崩出，失去加固作用。梁两侧粘贴三条钢板的试验结果也基本相同，梁破坏荷载与对比梁（未粘钢梁）相差无几。从实测钢板应力来看，最大值为130mpa ，其他单位的试验实测钢板应力为100200mpa ，说明钢板拉脱时应力较低，加固钢板的作用未充分发挥，属锚固破坏。图1 梁侧斜粘钢板造成上述现象的原因，一是钢板的一端与斜裂缝相距较短，锚固长度不够，胶层与混凝土粘结面的粘结应力超过混凝土面层的抗剪强度，混凝土面层被破坏，钢板承载力丧失；二是这种拉脱是不可避免的，因钢板距裂缝较短的一端，锚固长度虽稍短，但相对刚度却较大，不利于钢板与混凝土变形的协调，此端钢板往往先被拉脱。钢板胶层的拉脱不是沿梁表面的滑移拉脱，而是伴随喀嚓声响从混凝土表面的崩脱，试验及分析说明这种粘钢方法不能提供足够的有效锚固长度，须设法增加斜粘钢板两端的锚固。2上横板与斜板连接、斜板底端螺栓连接为增加斜粘钢板的锚固长度，在梁侧面上部横贴一条钢板，宽度与斜向钢板相同，斜钢板底端钻孔，在梁底部用螺栓拧紧（图2）。图2 斜板上端与横板连接，下端螺栓连接21上横板与斜板间胶结，面上附粘一条钢板当加荷至混凝土梁破坏荷载的85左右，附粘钢板与上横板胶结处开始崩脱，其原因与斜粘钢板时相同，特别是横粘一条钢板后，裂缝上端的斜板长度更短，更易崩脱，斜板与横板间的粘结应力不足以有效阻止斜板沿交接面外法线方向向外崩脱。22上横板与斜板间焊接上横板与斜板间先焊接后再粘贴，斜板与梁轴线夹角为45。这种连接方式使板形成整体，有效地增加了钢板上端的锚固。23斜板下端螺栓连接试验结果表明：斜板下端采用螺栓连接时，螺栓加力的大小对锚固效果产生影响，且不易控制。较松时锚固得不到保证，胶层易拉脱；较紧时，梁破坏时胶层与混凝土面层依然开裂，只是不向外崩脱。这种连接的试验梁抗剪承载力比对比梁有所提高，但效果不很显著。另外，采用螺栓加力锚固，实际工程中很难应用，因为斜粘钢板需伸出梁底才能钻孔加穿螺栓，会相应降低建筑物的净空，影响外观，螺栓的加工需有相应的设备，且加工费用较高，因此不宜采用。3斜板与上下水平横板焊接如图3所示，斜板与上横板焊接后粘贴，有效地增加了上端钢板的锚固。关于能否用斜板下端与水平横板焊接后再粘贴来解决下端钢板的锚固问题，试验结果表明：斜板下端与横板焊接后粘贴于梁侧面，确能增加钢板下端的锚固长度，提高承载能力，但斜截面的破坏形式与一般的剪切破坏不同，梁底面出现几条水平斜向相交的裂缝，将梁底面分割为几块，梁破坏时，此裂缝向混凝土内发展较深，裂缝较宽，梁底两侧最外边混凝土沿下横板剥落。图3 斜板上下与横板连接梁出现的这种裂缝形式与下端粘贴水平横板有关。水平粘贴横板主要起两个作用：一是使各斜板成为一个整体，二是改变混凝土梁剪力的传递模式，斜板承受的剪力通过横板转移为横板与混凝土表面的粘结应力来平衡，转移了竖向剪力，间接增加了斜板的锚固长度。由于横板与斜板有一夹角，横板表面必然受有水平向的粘结应力。梁底部混凝土处于受拉区，混凝土表面的水平粘结应力分力使混凝土受拉，易造成开裂，且更易贯通梁底面。横板与混凝土表面粘结应力并非均匀分布，随着荷载的增加，应力峰值逐渐向两端移动，底部与横板粘结部分混凝土的裂缝也逐渐沿横板方向延伸，并由梁底两边缘向梁底中部发展，与横向的弯剪裂缝相交，将底部混凝土分割为几块。采用下端焊接水平横板，虽能提高抗剪承载力，但因受力特性发生变化，使混凝土梁破坏更具脆性和突然性。由于加固钢板未能形成一个“箍”，中断了横截面剪力的传递路径，剪力不能有效流动而形成“剪力流”，因此加固钢板下端不宜采用这种方式。4上横板与斜板焊接，斜板下部加短肢钢板，梁底用结构胶粘接为增强斜板下部的锚固，斜板下部须与梁底面连接，使其变形与梁的变形相协调。混凝土结构加固技术规范中垂直粘贴钢板采用的是u 形箍，虽存在一些不足，但在底部与梁底连接在一起，使加固钢板形成整体。借鉴此法，可在斜板底端焊接一个短肢，使加固钢板成为l 形，两个l 形短肢在梁底用结构胶粘接，形成斜向u 形箍板（图4）。这种锚固和粘贴方法，易于在工程中使用，两侧钢板与梁侧面、底面粘贴紧密，胶层厚度易于保证，且易适应梁截面尺寸的差异，因此既有箍板的优点，又克服了整体粘贴时的不足。加固梁破坏时，梁底搭接短肢钢板的实测应力很小，说明其具有足够的锚固保证。这种粘钢形式的梁抗剪承载力的提高程度是各种粘钢形式中最大的一种。图4 斜板上端与横板焊接，下端焊短肢在梁底粘结5关于上横板的长度问题51受力分析斜板上端焊接的横板，能有效地防止斜板上端崩脱，增强斜板的锚固，使各斜板的受力更均匀，整体性更好。但横板粘于梁两侧顶部混凝土受压区，梁顶混凝土在压应力作用下，会侧向膨胀，同时降低了混凝土在其切线方向上的抗拉强度。在粘钢的弯剪梁段，沿梁轴线方向各截面的压应力并不相同，受压区混凝土向外的膨胀程度也不相同。粘贴于此混凝土表面的横板变形也与之相适应，横板左右两端向外膨胀的程度也不一样，使横板产生垂直梁侧面向外的附加应力。斜裂缝的出现，使加荷端的梁截面上部受压面积减小，压应力增大，使侧向的混凝土抗拉强度降低更多，所以靠近梁中部的一端横板更容易被拉脱。梁的挠度变化也对上横板的受力产生影响，横截面变形的同时，梁沿纵轴线方向有挠度产生。横板两端的挠度差，按弹性力学计算时相差约7倍。若临界斜裂缝形成后，梁截面的刚度发生变化，靠近加荷端的刚度更小。同时钢板的宽度一般为厚度的几倍至几十倍，侧面粘贴时其刚度（ei）为水平粘贴时的宽度与厚度比值的平方倍，钢板变“硬”许多，与混凝土梁的挠度变形不易保持一致，产生平行梁侧面的附加应力，这在靠近加荷点的横板端更为突出，使该处很易拉脱。52上横板的建议长度由上横板的受力分析及试验结果可知：只有当横板与梁的变形差产生的应力不致使胶层或混凝土表面发生破坏，横板和梁混凝土才能完好地粘结在一起。一旦差异过大，就会发生锚固破坏，加固钢板失去作用。若横板长度过短，横板与混凝土间的粘结力过小，所提供的承载力不能平衡由于粘钢加固后梁提高的承载力部分，使横板过早地崩脱；若横板长度过长，由于两端变形差值的增大，使靠近加荷点端部的锚固成为一个薄弱点，特别是靠近加载点的一端不能与斜裂缝上段相交、进入加载点附近混凝土剪压破坏的范围，否则将引起端部的锚固提前破坏。在垂直和斜向粘钢板的试验中均出现过上述两种情况，也说明横板长度取值是加固中的一个值得注意的问题。从横板的受力分析中看出，横板的锚固是一个很关键和复杂的问题。对于一般实际需要加固的混凝土梁，可根据需要加固钢板贡献的承载力vs、加固后梁的挠度曲线f（x）、粘结面混凝土的抗剪强度、横板可能提供的粘结长度，计算出横板的粘结应力q（x），由此计算出横板能提供的粘结力，与vs 进行比较，观察横板的锚固是否满足要求。但公式和计算比较繁复，通过试验结果和理论分析计算，在加固梁剪压破坏情况下，横板长度l 取值建议按下式确定：07h0l08h06实际工程应用中的措施实际工程中的混凝土梁斜截面粘钢加固，无论是垂直粘钢板还是斜向粘钢板，所粘钢板处的混凝土表面处理尤为重要，要将混凝土表面的浮层去除。对于旧结构物，混凝土表面的腐蚀层要进行处理，粘钢面要求平整，且清洗干净。为使上横板具有可靠的锚固，可在横板两端埋置膨胀螺栓，将横板固定压紧，以增强横板与混凝土的粘结和锚固。第六章 结构加固补强处理某综合楼为8层混凝土框架结构，桩基础，主梁间距36m，跨度6m，一端悬挑2m；次梁间距2m，跨度36m，混凝土板厚10c m，于1992年8月竣工。在使用过程中，发现部分混凝土梁板裂缝，屋面漏水，且裂缝有继续发展的趋势。经检测，本工程楼板厚度和混凝土强度均未达到设计要求，建筑物沉降虽基本稳定，但在轴线上、轴和轴线上轴柱位上仍有较大沉降，其沉降量为4581mm，经原设计单位复核验算，该工程梁板裂缝产生的主要原因在于基础不均匀沉降，且大部分梁板构件均未满足设计及使用要求，须进行加固补强处理。1加固方案设计与选择根据裂缝情况、检测报告及观测数据，提出4种加固补强方案（表1）。表1 结构加固补强方案对照加固方案造价（万元）主要优缺点裂缝灌缝，屋面及楼面板加叠合层处理112.00施工简便，但自重增大1tm2，基础沉降尚待观测处理裂缝灌缝，梁板喷射混凝土并粘碳纤维，树根桩基础处理102.60施工方便，但检测鉴定混凝土梁、板工作复杂，准确性较差裂缝灌缝，梁、板喷射混凝土，屋面板叠合层处理37-00造价低，施工方便，但须继续观测梁、板、基础的变化情况，随时处理基础处理，裂缝灌缝，板底次梁间加小梁，屋面叠合层处理，底层抗震加固54-28加固较全面、合理，但次梁间距加密，施工稍麻烦经分析研究认为：方案较合理，且费用适中。2补强加固设计21基础加固设计根据沉降观测报告资料，在轴线上轴柱位、轴线上轴和轴柱位有较大沉降，沉降量为4581mm。对此，采用400钻孔灌注桩加锚筋式承台对原桩位进行加固，桩长15m，单桩设计承载力为350kn，锚筋式承台厚1100mm，混凝土强度等级均为c25，其具体构造如图1所示。图1 基础加固方案1tn 胶锚固；2界面凿毛；3原桩；4新增400钻孔灌注桩22混凝土板加固设计（1）对宽度03mm 的裂缝采用压力灌注改性环氧树脂浆液粘合封闭。（2）在38层楼板板底面原次梁之间增设截面为180mm300mm 的c25混凝土次梁，新增次梁端部与主梁两侧面各粘贴2道5mm 厚、50mm宽的u 形钢板箍，用tn 胶粘贴，其具体构造如图2所示。图2 新增次梁与主梁的连接（3）在原屋面板上增加c25叠合层，厚50mm，叠合层上面新增2mm 厚聚氨酯防水层和混凝土架空隔热板层，板厚35mm。23大梁加固补强设计对一根强度未满足设计要求的大梁底部和侧面裂缝（宽度03mm）采用改性环氧树脂浆液压力灌浆粘合封闭，并用tn 胶粘贴两道宽50mm、厚5mm 的钢板，钢板长162m。3抗震加固补强设计在结构补强加固的同时，为进一步改善混凝土框架结构的抗震性能，决定从基础承台面至2层地坪面区段增设外套圈梁、柱框架，其构造见图3。图3 抗震加固措施4补强加固施工及验收加固工程于1998年3月中旬开始施工，根据拟定的工艺工序和要求，按先基础和屋面加固，后楼层梁、板裂缝及增设次梁施工的原则逐步实施。对新旧混凝土构件连接面，采用凿毛清洗刷lb 界面剂和tn 胶锚筋处理。在基础钻孔灌注桩和锚筋式承台施工中，对构件尺寸、规格、数量、质量等项要求严格。在裂缝灌浆和tn 胶粘贴钢板箍和钢板的施工过程中，对板面清理、tn 胶的质量和施工工艺的要求明确，检查严格，并及时做好隐蔽记录和技术归档工作。同时每半月定期进行沉降观测。累计工程造价达5439万元，经设计、质监、建设、施工、检测等单位检查，加固质量合格，能满足正常使用要求。第七章 多层砖混办公楼纵向平移办公楼建成于1996年。楼长60m，宽116m，建筑面积约1700m2，总重量约2500t ，砖混结构，混凝土条形基础，纵横墙连接部