钢筋混凝土楼板开洞后,结构梁和板如何加固?
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作者丨范安宁 张建才 苏恺祯
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1、项目简介
江南古城项目位于湖南省益阳市东部新区319国道与高新大道交汇处，北临千年古镇沧水铺古镇，南连城区总面积约4200多亩的深水水库——鱼形山风景区，西北方向为宗教文化旅游区——衡岳72主峰之一的碧云峰。
江南古城项目地处益阳市东部新区核心，是一个集旅游、居住、购物、商务、娱乐、休闲度假等多功能于一体的5A级标准景区。项目总占地面积3500余亩，总体开发分七期，总投资过百亿元。江南古城以湖湘文化为背景，力造湖湘文化新地标。
图1 江南古城概念规划图
图2 江南古城项目规划街景
江南古城项目整体设计为明清时期的徽派仿古建筑，徽派建筑蕴含着徽州从唐宋之时崛起直至明清时期鼎盛的社会经济和文化意识形态，具有重要的历史、艺术、观赏和使用价值。江南古城项目的定位与设计尊重自然，崇尚和谐人居的精神，集山川风景之灵气，融风俗文化之精华，风格独特，结构严谨，雕镂精湛，风格独树一帜。
江南古城项目集成发扬了徽派建筑设计的精髓，民居四合院大多坐落在青山绿水之间，依山傍水，与亭、台、楼、阁、塔、坊等建筑交相辉映，构成“小桥、流水、人家”的优美画面。砖、木、石雕工艺精湛，从入口门罩和八字墙上的砖雕,到登堂入室后,梁架隔扇栏杆上的木雕、彩绘,以及台阶、柱础的石雕,无不精美绝伦。牌坊型制不一，雕刻精细，流檐翘角，宏伟壮丽。这些气势恢宏、拔地而起的牌坊，向来访的人们诉说着一个个忠、孝、节、义的故事。
图3 江南古城已建四合院实景
图4 江南古城天下洞庭牌坊
图5 江南古城已建商住建筑实景
图6 江南古城天问广场牌坊
2、工程概况
目前，江南古城项目在建明清一期和二期，建筑面积约29万㎡，其中住宅约15万㎡，商业约14万㎡；一期已进入交房阶段，二期正在进行室内外装饰工程。江南古城明清一期项目已建建筑中，由于项目整体规划调整并保证消防以及竣工验收，需将原有建筑商业进行变更设计，对部分商铺一层楼板进行开洞，增加由一层入二层的室内钢筋混凝土楼梯；另外，为保证原有结构的承载力及受力性能并满足结构的安全性和耐久性，在将楼板开洞位置处需对原有结构梁、板构件进行加固。
结构加固设计及施工属于专项工程，只有具备专业加固资质的设计单位和施工单位才能承担此项工程。江南古城项目公司经过对市场行情的调研，按照公司及国家招投标相关规定，严格考察三家意向投标单位，经过招标、开标、定标等程序，最终此项工程由山东一家加固单位中标。
图7 已建商住楼相似楼梯设计
图8 需进行楼板开洞及加固梁、板的商住楼
3、加固设计方案
江南古城项目中涉及楼板开洞加固及增加楼梯的已建建筑均为五层商住楼（2+3），底两层为商铺，上部为三层住宅（以39#栋建筑为例）。39#栋商住楼结构形式为现浇混凝土异形柱框架结构；建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度0.05g；安全等级为二级；框架抗震等级为四级；地基基础设计等级为丙级。
根据项目已建建筑情况，对楼板开洞位置处框架梁、主次梁、框架柱和板的配筋（钢筋型号及直径、钢筋间距、钢筋数量）、截面尺寸、混凝土强度等级等参数与原结构施工图进行复核，确定是否按照原结构设计施工图进行施工，为加固设计提供基础资料。
图9 楼板开洞及新增加固梁示意图
图10 新增加固梁节点详图
为保证原结构的承载力，在楼板开洞之后，开洞位置处需进行加固处理，加固设计方案是在原结构主次梁上通过植筋工艺增加悬挑梁，新增楼梯的梯梁也采用植筋工艺与框架柱相连。根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）对植筋锚固的承载力设计值进行计算：
当构件中的一个截面30%以上的受拉钢筋需与所植筋搭接时，其植筋的基本锚固长度lb（或d）应乘以放大系数1.4~2.0；植筋最小锚固长度应满足：
受拉区锚固 lb,min=max{0.6lb;10d;150mm}，
受压区锚固lb,min =max{0.3lb;7d;100mm}，
其中，b为构件截面宽度，d植筋钢筋直径。
为保证植筋钢筋的受拉强度，根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）规定，植筋胶应采用改性环氧类结构胶粘剂或改性乙烯基酯类胶粘剂，当植筋直径大于22mm时，应采用A级结构胶；另外，为保证悬挑梁的承载力，采用比混凝土凝结硬化时间快、强度高的CGM高强无收缩自流灌浆料。
植筋使用的粘结剂分为两类：以水泥为主要成份，与微膨胀剂组成的普通粘结剂和以聚氨酯甲基丙烯酯等组成的高性能粘结剂。锚固胶的性能应通过专门的试验确定，施工时不得随意添加掺料。当被植筋的混凝土结构可提供足够锚固长度，且受静力作用时，可采用普通粘结剂；若被植筋的混凝土结构受动荷载作用，或其构造上难以增大锚固长度而又要求所植钢筋不致发生脆性破坏时，应选用高性能粘结剂。如使用环氧基锚固胶，锚固胶的性能指标应符合《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）的规定。
图11 施工中采用的建筑结构胶
图12施工中采用的灌浆料
4、施工技术
本工程主要施工工艺包括楼板混凝土的剔凿、植筋工艺和新增加固梁的浇筑。楼板混凝土的剔凿施工应做好对已建结构构件的保护以及现场施工的安全防护，避免交叉施工作业；植筋施工及植筋结构胶的各项性能指标须满足《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）及行业现行有关规范技术的要求，钢筋的锚固长度及锚固性能须做拉拔试验，待满足有关规范的要求后再进行本工程的施工。灌浆料应具有自流性好，快硬、早强、高强、无收缩、微膨胀；无毒、无害、不老化、对水质及周围环境无污染，自密性好、防锈等特点，在施工方面具有质量可靠，降低成本，缩短工期和使用方便等优点。
4.1楼板开洞
楼板开洞施工具有一定的危险性，一定要做好安全防护，对施工作业区域安装脚手架支撑，对已施工完楼板尤其是凿除区域周边进行有效支撑，下方区域应设置安全防护网，施工区域设置围挡封闭；支撑牢固后将按加固施工图中所示梁、板混凝土全部剔除干净，原梁、板钢筋暂时保留，待新增梁的钢筋安装到位后再截断并清理干净，剔除完成后严格按照加固设计方案要求处理混凝土新旧结合面，确保工人在作业面区域安全施工；避免交叉作业，在对顶板进行剔凿时，严禁顶板底部施工作业人员靠近；使用机械工具施工时，按照划线区域剔凿混凝土，严禁大打大敲，尽最大程度的减小对原结构的扰动。
图13 楼板开洞增加楼梯放线
图14 楼板混凝土剔凿施工
4.2植筋工艺
植筋是在加固施工工程中通常采用的一种工艺。建筑施工过程中，由于建筑功能变化、设计变更、结构加固改造等情况下需要对原结构进行改造，常使用植筋工艺来满足建筑功能及结构承载力的要求。植筋工艺并不是提倡的主流技术，因为它的锚固强度主要依靠锚固胶而不是钢筋与混凝土之间的粘结力，并且锚固胶代价不菲，虽然植筋长度比钢筋锚固长度短，但造价却比正常的钢筋混凝土锚固要高。
植筋的施工流程为：弹线定位→钻孔→洗孔→钢筋处理→注胶→植筋→固化养护→抗拔试验→绑扎钢筋。
用冲击钻钻孔，钻头直径应比钢筋直径大4～ 8mm左右，钢筋直径为Φ22，钻头选用φ28的合金钻头；钻孔深度按照《混凝土结构加固设计规范》（GB50367－2013）中提供的植筋基本锚固长度确定。
图15 植筋钻孔
图16 钻孔成型
洗孔是植筋中最重要的一个环节，因为孔钻完后内部会有很多混凝土灰渣垃圾，直接影响植筋的质量，所以孔洞应清理干净。可用空压机吹出浮尘，保证孔内干燥无积水。
清孔完成后方可注胶，灌注方式应不妨碍孔洞中空气排出。锚固胶要选用合格的植筋专用胶水，使钢筋植入后孔内胶液饱满，又不能使胶液大量外流，以少许粘结剂外溢为宜，孔内注胶达到孔深的1/3。
孔内注完胶后应立即植筋。将钢筋缓慢插入孔内，同时要求钢筋旋转，使结构胶从孔口溢出，排出孔内空气，钢筋外露部分长度保证工程需要。植筋施工完毕后２４小时之内严禁有任何扰动，以保证结构胶的正常固化。
检测。待植筋胶完全固化后，进行非破损性拉拔试验，检测的数量是植筋总数的10％；检测中，测力计施加的力要小于钢筋的屈服强度，大于设计提供的植筋设计锚固力值。
4.3新增加固梁
楼板混凝土剔凿之后，将板内受力钢筋截断，原结构板的受力发生改变，锚固在框架梁的板底部受力钢筋以及上部受力钢筋将失去锚固作用，故需要新增加结构梁为板内受力钢筋提供锚固支座，来满足结构承载力。由于新增加固梁为悬挑梁，在结构中的重要性以及工作状况的比较复杂，因此要求设计必须规范合理，且应保证结构具有足够的安全度，施工时也应严格按标准执行，确保达到设计的要求。为保证结构的受力性能，浇筑新增加固梁采用性能好、强度高的CGM高强无收缩自流灌浆料，施工质量易于保证，加固后新旧结构共同受力也比较良好。
新增加固梁的施工流程为：在原结构主次梁上植筋→绑扎钢筋→安装模板支撑→剔凿灌浆料浇筑孔→养护。
图17 剔凿灌浆孔
图18 新增加固梁植筋
浇筑新增加固梁采用的是CGM高强无收缩自流灌浆料，具有高流动性、高强度、新老混凝土面结合良好、可自流密实免振捣等特性。而在悬挑梁加固中，因为加大的截面尺寸有限，施工空间狭小；一般情况下，采用“自重灌浆”法，由于CGM具有很好的流动性能，即将浆料直接从预留的灌浆口灌入，完全依靠浆料自重自行流平并填充整个灌注空间。
按产品合格证上推荐的水料比确定加水量，拌和用水应采用饮用水，水温以5～40℃为宜，可采用机械或人工搅拌。采用机械搅拌时，搅拌时间一般为1～2分钟。采用人工搅拌时，宜先加入2/3的用水量搅拌2分钟，其后加入剩余用水量继续搅拌至均匀,标准稠度加水量为12%-14%。
浆料应从一侧灌入，直至另一侧溢出为止，以利于排出内部空气，使灌浆充实，不得从四侧同时进行灌浆；灌浆开始后，必须连续进行，不能间断，并应尽可能缩短灌浆时间；在灌浆过程中不宜振捣，必要时可用竹板条等进行拉动导流。灌浆过程中如发现表面有泌水现象，可布撒少量CGM干料，吸干水份。在灌浆施工过程中直至脱模前，应避免灌浆层受到振动和碰撞，以免损坏未结硬的灌浆层。
灌浆完毕后30分钟内,应立即喷洒养护剂或覆盖塑料薄膜并加盖岩棉被等进行养护,或在灌浆层终凝后立即洒水保湿养护。在不同温度条件下的养护时间和拆模时间应根据实际情况而定；养护措施还应符合现行《钢筋混凝土工程施工验收规范》(GB50204-2015)的有关规定。
图19 新增加固梁进行未拆模养护图
图20 新增楼梯及加固梁、板浇筑完成
5、工程总结
江南古城项目楼板开洞施工是一项专业加固工程，施工过程通过对植筋拉拔强度的测试及试块的抗压强度试验，满足了设计规范，达到了结构设计的承载力要求，使加固设计方案与建筑功能完美结合落地，保证了项目的验收及工程进度。
由于项目工期紧迫，在中垠总部及项目公司的共同努力下，制定了此项工程的专项计划，从立项招标到施工单位进场，从设计加固方案到施工完成，历经两个月的时间；项目公司在此项工程中不断学习，认真总结，积累了宝贵的工程实践经验，为以后公司及其他项目开展类似工程提供借鉴。
——THE END——
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