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      地下室火災(zāi)后結(jié)構(gòu)受損檢測和補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)

      2014-09-21 02:48:22
      建筑施工 2014年6期
      關(guān)鍵詞:植筋間距直徑

      陜西建工第九建設(shè)集團(tuán)有限公司 榆林 719000

      1 概況

      某大型地下室工程,建筑面積約8 200 m2,建筑結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。工人用氧氣切割地下1 層擋土墻內(nèi)側(cè)上的拉桿時(shí),切割引起的火星及灼熱鋼筋頭,從混凝土板預(yù)留洞口落到地下2 層用于覆蓋混凝土的棉被上,引起火災(zāi)持續(xù)約1 h。

      2 工程受損情況

      2.1 受損原理

      由于混凝土各組成材料的熱膨脹性能不同,在溫度較高的情況下,水泥石脫水收縮,而骨料受熱膨脹,使混凝土產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,破壞水泥與骨料之間的粘結(jié)。而鋼材的耐火性能差,當(dāng)溫度達(dá)500℃時(shí),強(qiáng)度僅為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%左右,當(dāng)溫度達(dá)700 ℃及以上時(shí),強(qiáng)度僅為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的5%~10%。隨鋼筋和混凝土溫度升高,混凝土抗拉強(qiáng)度及混凝土和鋼筋之間的粘結(jié)力顯著降低。當(dāng)用水撲滅時(shí),結(jié)構(gòu)表面急劇冷卻在其表面形成很大的收縮應(yīng)力,混凝土表面首先出現(xiàn)裂縫,進(jìn)而使結(jié)構(gòu)變得酥松,強(qiáng)度減低,產(chǎn)生許多由外向內(nèi)的裂紋,導(dǎo)致混凝土爆裂、表面酥松及鋼筋外露。

      2.2 受損情況

      鑒于本工程火災(zāi)的持續(xù)時(shí)間、分布范圍、可燃物特性、通風(fēng)條件、滅火過程等對火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行溫度推斷,本次火場最高溫度約為930 °C?,F(xiàn)場對承受溫度應(yīng)力作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn),在受災(zāi)較重區(qū)域的框架梁柱節(jié)點(diǎn)處未發(fā)現(xiàn)有明顯開裂、疏松脫落和鋼筋外露現(xiàn)象,但結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損嚴(yán)重,見圖1~圖4。

      圖1 受損混凝土板底

      圖2 受損混凝土柱

      圖3 受損混凝土擋土墻及暗柱

      圖4 受損混凝土基礎(chǔ)梁

      3 檢測情況[1-7]

      3.1 結(jié)構(gòu)材料性能檢測

      (a)鋼筋力學(xué)性能檢測:由于火災(zāi)造成基礎(chǔ)梁側(cè)及地下1 層頂板的板底混凝土大面積剝落,鋼筋嚴(yán)重外露,經(jīng)取樣檢驗(yàn),受災(zāi)后所取鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后伸長率雖滿足規(guī)范要求,但屈服強(qiáng)度均有所下降,最大的達(dá)到3.4%,抗拉強(qiáng)度平均下降了12.2%,實(shí)測屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比不滿足GB 1499.2—2007要求,個(gè)別鋼筋己無明顯的屈服。

      (b)混凝土強(qiáng)度檢測:根椐工程建筑結(jié)構(gòu)類型及現(xiàn)場實(shí)際情況,依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),采用回彈-鉆芯取樣綜合法對該工程柱、梁、板進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測,發(fā)現(xiàn)部分混凝土強(qiáng)度等級不滿足設(shè)計(jì)要求,且同一構(gòu)件采用回彈法與鉆芯取樣法測的強(qiáng)度偏差較大。主要原因是回彈法與鉆芯取樣未在同一個(gè)側(cè)面,且地下室溫度偏低、混凝土日平均溫度累計(jì)遠(yuǎn)小于600 ℃。

      3.2 對損傷構(gòu)件進(jìn)行鑒定評級

      根據(jù)檢測結(jié)果,參考《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》,對受損構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場踏勘,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況如起火部位,火勢走向,混凝土表面顏色及構(gòu)件損傷程度,對承受溫度應(yīng)力作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn),著火點(diǎn)附近區(qū)域的構(gòu)件受損嚴(yán)重,達(dá)到了中度灼傷(Ⅲ級),其他區(qū)域的構(gòu)件為輕度灼傷或未直接遭受燒灼作用(Ⅱb和Ⅱa級),無結(jié)構(gòu)倒塌或構(gòu)件塌落、嚴(yán)重?zé)茡p壞、變形損壞現(xiàn)象(Ⅳ級),未受火區(qū)域構(gòu)件均為Ⅰ級,對結(jié)構(gòu)沒影響。

      4 加固方案及注意事項(xiàng)[8-10]

      4.1 加固方案

      (a)對評定為為Ⅲ級的受損構(gòu)件如框架柱、框架梁和現(xiàn)澆板,造成中度燒灼尚未破壞,顯著影響結(jié)構(gòu)材料或結(jié)構(gòu)性能,明顯變形或開裂,對結(jié)構(gòu)安全或正常使用產(chǎn)生不利影響,采取增大構(gòu)件截面、按照原設(shè)計(jì)鋼筋規(guī)格直徑進(jìn)行植筋綁扎、強(qiáng)度等級提高一級的自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑的方法進(jìn)行加固。

      (b)對評定為為Ⅱ級的受損構(gòu)件,結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)性能未受影響或僅受輕微影響,未產(chǎn)生明顯影響,不影響結(jié)構(gòu)安全,采取鑿除剝落的混凝土,待混凝土表面完全干燥后,用環(huán)氧樹脂水泥砂漿抹壓平整進(jìn)行修復(fù)。

      (c)對評定為為Ⅰ級的受損構(gòu)件,可簡單清理后恢復(fù)原貌即可。

      4.2 應(yīng)注意的問題

      (a)未經(jīng)技術(shù)鑒定和設(shè)計(jì)許可,不得改變結(jié)構(gòu)的用途和使用環(huán)境。

      (b) 施工中發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位有缺陷或與原設(shè)計(jì)圖紙不一致時(shí),應(yīng)暫停施工,在會同加固設(shè)計(jì)單位采取有效措施處理后方可繼續(xù)施工。

      (c) 對受火影響構(gòu)件進(jìn)行加固,不得損傷原有結(jié)構(gòu),使原混凝土結(jié)構(gòu)的安全性符合設(shè)計(jì)或相關(guān)規(guī)范要求。

      (d)進(jìn)行表面處理的部位,在施工前必須清理干凈且基層必須干燥,嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量,按照混凝土配合比進(jìn)行施工,確保混凝土強(qiáng)度。

      (e)對植筋經(jīng)拉拔試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一道工序,并提供拉拔檢測合格報(bào)告。組織專人進(jìn)行監(jiān)督施工,嚴(yán)格工序交接,遵守驗(yàn)收程序。

      5 方案實(shí)施

      針對檢測結(jié)果,將火災(zāi)區(qū)域的受火構(gòu)件分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級3 種情況分別進(jìn)行處理。

      5.1 梁Ⅲ級受損構(gòu)件加固

      梁兩側(cè)及梁底加大100 mm,梁底主筋同原設(shè)計(jì)并錨入兩端柱或墻中,U形箍筋錨入板中并與梁側(cè)植筋綁扎固定;混凝土強(qiáng)度提高一級且采用自密實(shí)混凝土即混凝土,強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)C40調(diào)整為C45。

      操作工藝為:鑿除→清洗→鉆孔→清孔→注膠→植筋固化→鋼筋綁扎→模板支設(shè)→混凝土澆筑→拆?!鷱?qiáng)度檢測驗(yàn)證。具體操作方法為:

      (a)鑿除:用手錘、釘子鑿除板松散、過火損壞的混凝土至新鮮、堅(jiān)實(shí)的混凝土基面,不得用力過猛,避免造成構(gòu)件二次損傷。

      (b)清洗:用高壓水清洗混凝土表面。

      (c)鉆孔、注膠、植筋等:沿框梁兩側(cè)受火面按間距不大于150 mm進(jìn)行沖擊鉆孔、孔徑略大于U形箍筋直徑、深度為80 mm,植筋設(shè)直角彎頭便于與U形箍筋綁扎連接,確保與混凝土的錨固質(zhì)量;梁底植入原設(shè)計(jì)梁底筋,規(guī)格數(shù)量直徑不變,深度不小于鋼筋直徑的15 倍,并按照規(guī)范要求錯(cuò)開接頭;U形箍筋植筋于現(xiàn)澆板中,間距100 mm、深度不小于80 mm,用吹風(fēng)噴嘴清孔至無塵后注膠固化,經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格為宜。

      (d)鋼筋綁扎:綁扎梁鋼筋,要求與U形箍筋綁扎牢靠,U形箍與梁側(cè)的植筋固定牢靠無漏綁。

      (e)模板支設(shè):支設(shè)梁模板,立桿距梁側(cè)300 mm、縱向間距900 mm、設(shè)掃地桿1 道,同時(shí)在基礎(chǔ)梁頂設(shè)1 道水平桿,以上水平桿按照間距不大于1 200 mm設(shè)置,并與滿堂架相連(若相應(yīng)部位無滿堂架應(yīng)增沿架體兩側(cè)設(shè)剪刀撐);模板應(yīng)清理干凈并充分濕潤并認(rèn)真填堵縫隙,減少漏漿。

      (f)混凝土澆筑:采用比原設(shè)計(jì)梁板混凝土高一個(gè)強(qiáng)度等級的自密實(shí)混凝土澆筑,嚴(yán)格控制坍落度及擴(kuò)散度,同時(shí)安排專人隨混凝土流淌進(jìn)展部位不斷敲擊模板,確?;炷撩軐?shí),并留取同條件試塊不少于3 組,以隨時(shí)掌握混凝土強(qiáng)度增長情況。

      (g)拆模:待混凝土強(qiáng)度達(dá)100%后,進(jìn)行模板拆除,后現(xiàn)場清理。

      (h)強(qiáng)度檢測驗(yàn)證:采用回彈儀進(jìn)行現(xiàn)場檢測,確保強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

      5.2 板Ⅲ級受損構(gòu)件加固

      板厚在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上加大50 mm,單層雙向布置板鋼筋,鋼筋直徑、規(guī)格、間距同原設(shè)計(jì),并錨入梁側(cè)或墻內(nèi)。搭設(shè)滿堂腳手架,混凝土強(qiáng)度提高一級且采用自密實(shí)微膨脹混凝土即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)C40調(diào)整為C45。主要操作如下:

      (a)滿堂架體搭設(shè):立桿間距雙向不大于900 mm、設(shè)掃地桿1 道,間距不大于1 200 mm,并與周圍框架柱拉結(jié),必要時(shí)需設(shè)置斜撐。

      (b)鉆孔、注膠、植筋等:沿板底及周圍梁側(cè)受火面按原設(shè)計(jì)板鋼筋分布間距進(jìn)行沖擊鉆孔、孔徑略大于板筋直徑、深80 mm、長度沿梁側(cè)為300 mm、600 mm并錯(cuò)開布置,用吹風(fēng)噴嘴清孔至無塵后注膠固化,經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格為宜。板底植筋設(shè)直角彎頭便于與板鋼筋綁扎,確保與混凝土的錨固質(zhì)量。

      (c)模板支設(shè)及鋼筋綁扎:彈板底標(biāo)高控制線,按照實(shí)際位置支設(shè)模板并進(jìn)行微調(diào)確保平整。在受火樓板面鉆孔,Φ100 mm、梅花形布置、間距1 000 mm,鉆孔時(shí)應(yīng)不損壞樓板鋼筋。在鉆孔處注入清水沖洗模板充分濕潤并認(rèn)真填堵縫隙,減少漏漿;嚴(yán)格控制鋼筋下料長度,板筋通長布置且與梁側(cè)及板底植筋均勻綁扎固定牢靠,無漏綁。

      (d)混凝土澆筑及拆模板:從梅花形布置、Φ100 mm的孔中自上而下澆筑自密實(shí)混凝土,安排專人隨混凝土流淌進(jìn)展部位不斷敲擊模板,并留取同條件試塊,以隨時(shí)掌握混凝土強(qiáng)度增長情況;待混凝土強(qiáng)度達(dá)100%后拆除模板。

      5.3 柱Ⅲ級受損構(gòu)件加固

      增大柱截面(四邊均加大100 mm;扶壁柱沿墻縱向加大200 mm,其余加大100 mm),主筋按柱原設(shè)計(jì)直徑、根數(shù)植筋于基礎(chǔ)梁、筏板或墻中,頂部90°錨入柱中;箍筋間距、直徑按照原設(shè)計(jì)不變(扶壁柱采用U形箍),尺寸相應(yīng)加大;混凝土強(qiáng)度提高一級的細(xì)石混凝土,即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)C45調(diào)整為C50。具體操作如下:

      (a)鑿除:用手錘、釘子鑿除柱松散、過火損壞的混凝土至新鮮、堅(jiān)實(shí)的混凝土基面,深度滿足未碳化混凝土層深度且確保原有柱子箍筋全部外露,不得用力過猛,造成構(gòu)件二次損傷。

      (b)清洗:用高壓水清洗混凝土表面。

      (c) 鉆孔、注膠、植筋等:將柱子截面四邊均加大100 mm,按照原有柱主筋直徑及間距沿增大截面后柱四周均布,用沖擊鉆鉆孔(應(yīng)注意避開其他鋼筋);植筋深度以柱筋直徑的15 倍為宜用吹風(fēng)噴嘴清孔至無塵后注膠固化,經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格后進(jìn)行箍筋綁扎;箍筋直徑同被加固柱箍筋,間距同被加固柱箍筋間距。對附墻柱應(yīng)增大外露截面尺寸長邊200 mm、短邊100 mm,按照原有柱截面主筋直徑間距沿增大截面均布,用沖擊鉆鉆孔;植筋深度以柱筋直徑的15 倍為宜,進(jìn)入頂板深度以板厚的2/3為宜,用吹風(fēng)噴嘴清孔至無塵后注膠固化,經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格后進(jìn)行箍筋綁扎,箍筋直徑及間距同被加固柱,箍筋植筋深度不小于墻厚的2/3見圖5、圖6、圖7。

      圖5 附墻柱加固剖面

      圖6 框柱增大截面剖面

      圖7 柱增大截面加固立面

      (d)鋼筋綁扎:綁扎柱鋼筋,規(guī)格同原柱。

      (e)模板支設(shè):沿柱子周圍搭設(shè)支撐架,支撐間距不大于300 mm且與支撐架相連成整體;沿模板高度方向設(shè)置澆筑混凝土口共4 個(gè),沿柱子側(cè)面對稱布置,寬300 mm,高250 mm。鋼筋綁扎完后沿線支設(shè)柱模板,確保無脹無漏,并充分澆水濕潤。

      (f)混凝土澆筑:采用比原設(shè)計(jì)柱混凝土高一個(gè)強(qiáng)度等級的同性能細(xì)石混凝土澆筑,嚴(yán)格控制坍落度不小于200 mm,選用微型振動(dòng)棒振搗,連續(xù)澆筑不間斷,確?;炷撩軐?shí)。同時(shí)安排專人不斷敲擊模板,確?;炷敛话l(fā)生漏振或孔洞,并留取同條件試塊不少于3 組,以掌握混凝土強(qiáng)度增長情況。

      (g) 拆模:澆筑完12 h后模板拆除,塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)、持續(xù)養(yǎng)護(hù)不少于7 d。

      (h) 強(qiáng)度檢測驗(yàn)證:采用回彈儀進(jìn)行現(xiàn)場檢測,確保強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

      5.4 墻Ⅲ級受損構(gòu)件加固

      加大剪力墻截面100 mm,按照原設(shè)計(jì)鋼筋間距、直徑進(jìn)行植筋綁扎,混凝土強(qiáng)度提高一級,即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)C35調(diào)整為C40。具體操作如下:

      (a)清理鑿除已脫落的混凝土至新鮮混凝土基層,按照原設(shè)計(jì)墻體配筋規(guī)格、間距等要求進(jìn)行錯(cuò)位鉆孔植筋,長度露出墻面80 mm。

      (b)鋼筋綁扎及模板支設(shè):利用原墻體拉桿進(jìn)行模板加固,搭設(shè)斜撐間距不大于900 mm,設(shè)置水平鋼管固定就位,后校正復(fù)核至規(guī)范要求。

      (c)混凝土澆筑:在模板上口預(yù)留下料口或在樓板開洞,孔徑100 mm、間距500 mm,確?;炷琳駬v密實(shí)。

      (d)模板拆除、清理。

      5.5 基礎(chǔ)梁Ⅲ級受損構(gòu)件處理

      增寬截面150 mm,采用植入筏板的倒U形箍,鋼筋規(guī)格直徑同設(shè)計(jì)箍筋,間距100 mm,兩側(cè)增加直徑不小于14 mm的腰筋各2 根;混凝土采用強(qiáng)度提高一級的細(xì)石混凝土澆筑,即混凝土強(qiáng)度由原設(shè)計(jì)C35調(diào)整為C40。具體操作如下:

      (a) 鑿除受損基礎(chǔ)梁頂面及梁側(cè)至新鮮、堅(jiān)實(shí)的混凝土。

      (b) 在基礎(chǔ)梁兩側(cè)50 mm處沿縱向鉆孔植筋,間距100 mm、孔深100 mm、孔徑略大于基礎(chǔ)梁箍筋直徑,用吹風(fēng)噴嘴清孔至無塵后注膠固化,經(jīng)拉拔檢驗(yàn)合格。

      (c)沿基礎(chǔ)梁縱向支設(shè)模板,鋼管間距500 mm并設(shè)斜撐加固確保模板無移位,基礎(chǔ)梁高度不變;采用細(xì)石混凝土及微振動(dòng)棒振搗、并不斷敲擊模板的方法澆筑混凝土,確?;炷僚c原基礎(chǔ)梁結(jié)合牢固。

      5.6 梁板柱墻Ⅱ級受損構(gòu)件處理

      清理后用環(huán)氧樹脂水泥砂漿抹面。

      (a)清理基層至潔凈無塵。

      (b)配置環(huán)氧樹脂水泥砂漿,比例為環(huán)氧樹脂∶水泥∶石英砂=1∶1∶2.5,用電動(dòng)攪拌器攪拌均勻,時(shí)間不少于5 min,配合完畢后應(yīng)在30 min內(nèi)用完。

      (c) 涂膜環(huán)氧樹脂水泥砂漿,構(gòu)件平面可一次成型,但構(gòu)件平面的厚度不應(yīng)大于50 mm,否則應(yīng)分次進(jìn)行。立面應(yīng)支設(shè)簡易模板防流墜,待強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行模板拆除。

      (d) 1∶2.5水泥砂漿抹面處理至搟實(shí)壓光。

      (e)最后進(jìn)行面層涂料處理。

      5.7 梁板柱墻Ⅰ級受損構(gòu)件清理

      用掃把進(jìn)行清理后再用清水沖洗,最后用10% NaOH溶液清洗并用清水沖洗至干凈。

      6 安全措施

      地下室的光線必須充足,除作業(yè)面外還有進(jìn)出地下室通道的光線。加強(qiáng)通風(fēng)效果,減低安全隱患。專人清理施工道路及作業(yè)區(qū)內(nèi)的垃圾,尤其是地面上的鋼筋頭等,防止造成人員跌倒受傷及材料損失。

      另外,安檢員定期巡查,及時(shí)排除各類安全隱患。施工人員配發(fā)勞保品、現(xiàn)場設(shè)醫(yī)務(wù)室,器械、藥品等應(yīng)急物資齊全有效。

      7 結(jié)語

      火災(zāi)發(fā)生后,通過權(quán)威機(jī)構(gòu)對構(gòu)件及時(shí)進(jìn)行受損結(jié)果鑒定,根據(jù)鑒定結(jié)果,出具處理方案,針對不同的構(gòu)件不同的受損級別、相同構(gòu)件不同受損級別采取有針對性的加固、修復(fù)方法,在實(shí)施過程中嚴(yán)格過程控制,加強(qiáng)現(xiàn)場質(zhì)量實(shí)施管理。

      按照上述方法實(shí)施加固修復(fù)后,經(jīng)檢測混凝土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求,效果良好,滿足了使用功能。

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