绕丝加固在钢筋混凝土框架柱加固中应用
前言
江苏沛县大屯矿区第三小学实验准备室、器材室二层两根框架边柱混凝土强度偏低，经该工程设计单位验算鉴定其结构位移延性满足不了抗震要求。设计单位提出了采用绕丝加固对其进行补强的设计文件。施工单位根据该工程建筑装修基本结束、建设单位要求加固施工不得影响学校正常教学等具体制约因素，因地制宜地制定并实施具体加固方案。不仅保证了结构安全，而且有效地减少了拆除量、缩短了加固工期、控制了施工环境对学校正常教学的影响。也为在建工程质量问题处理积累了经验。
绕丝加固法是在被加固构件表面缠绕钢丝及各种纤维丝（碳纤维、玻璃纤维等）使构件受到约束作用，从而提高其承载能力和结构位移延性的一种新型加固方法。它在建筑物的维修、改造和加固中占据重要地位。但对在建工程结构强度缺陷处理，则经常受到处理数量少、后续工程已完成、施工队专业技能欠佳和施工环境限制等条件的制约，需要施工单位根据实际情况科学确定具体的施工方法。
1、工程概况
大屯矿区第三小学实验准备室、器材室是紧邻学校南北教学、办公楼连廊东西两侧而建的两层单跨框架结构。层高3.4米，柱子断面为350*350mm，主梁截面为240*550mm、边梁截面为240*350mm，混凝土强度等级为C25。施工合同要求利用暑假完成除内外涂料、屋面防水和电气、采暖工程外的所有施工任务，确保九月一日学校按正常环境开学。八月二十五日主体验收回弹发现，东侧二层北侧中间两个柱子（2—B、3—B）混凝土强度偏低，验收各方决定这两个柱子内外表面暂不进行后道工序施工。九月二日，东侧二层柱混凝土标养试块报告显示其强度只有19.6MPa。九月三日施工单位委托实验室进行回弹，除北侧中间两柱子外该检验批的其它柱子混凝土强度均超过设计强度，唯有这两个柱子混凝土强度依然低于设计强度，后经取芯检测，实际强度只有19.2MPa和19.6MPa。
经该工程设计单位验算鉴定，这两个柱子因配筋较大，混凝土强度满足正常情况下的安全要求，但其结构位移延性不满足抗震设计规范要求。鉴于该工程建筑施工基本完成，学校已开学，甲方又提出了尽量不改变或少改变建筑外形和使用空间的要求，设计单位提出了按照《混凝土结构加固改造构造图》（06SG311-1）中的绕丝加固法，对这两个柱子进行加固的书面文件。
2、施工难点
该工程按照设计书面文件加固存在以下几个难点：
1）需加固的柱子东西两侧加气混凝土砌块填充墙已砌完，且内外粉刷完毕；2—B柱西侧防盗门、3—B柱西侧塑钢窗框均安装完毕，发泡剂空隙只有35mm左右。按常规拆除需加固柱两侧的门窗和填充墙，不仅工程量大、周期长、成本高，而且施工环境也不允许。需加固柱周围条件 详见图1
2）按照《混凝土结构加固改造构造图》（06SG311-1）及设计要求，钢丝外侧应采用≥C30喷射混凝土保护。受现场环境、施工队机具配备制约无法实现。
3）因边梁偏轴（外偏）且与主梁高度不相等（相差200mm），梁区等代箍筋无法按设计指定的图集施工。
3、加固方案选择
根据设计与甲方要求、现场实际情况，经过反复研究并报施工监理同意，对具体加固选择了如下实施方案。
1）柱子沿建筑外墙侧的局部拆除。①将柱子与金属门框、塑钢窗框间的发泡剂全部清除，但不得松动固定门框、窗框的膨胀螺丝。②在柱子与加气混凝土砌块填充墙之间开出150mm宽的槽，但不得切断砌体拉结筋。
2）因柱子靠门窗框处空间极小（只有35mm左右），钢丝很难缠紧，钢丝间距不易保证，故在柱子内外两侧中间混凝土表面竖向各设置一道4*25的通长扁钢，用于固定、撑紧缠绕的钢丝。
3）钢丝外表面分段支木模后用CGM—2J灌浆料封闭或填充。
4）梁区等代箍筋按较大高度的主梁设置，并由两道增加为三道，中间一道沿边梁下缘紧贴柱子表面布置。该区域表面抹20mm厚1：1.5水泥砂浆分层抹压封闭。
4、加固方案实施
4.1施工顺序：
施工准备→柱子东西两侧清空→柱子四角混凝土磨角→柱子南北侧安装4*25扁钢→绕丝→分段支模、灌浆料→梁区等代箍筋安装、封闭→验收。
4.2各道工序施工要点
1）施工准备：
①外侧搭设门式脚手架脚手架离墙200mm；通过门窗口用脚手架钢管连接；脚手架外侧及两端用密目网封闭，并悬挂安全警示标志。脚手架搭设完经企业安全主管部门和监理共同验收合格后方可投入使用。
②材料准备Ф4冷拔钢丝退火后由监理现场见证取样送矿区中心实验室检测合格。CGM—2J现场见证取样检验，符合要求后方可使用。
③模板及其加固材料准备：准备两套模板。模板采用九夹板、50*50、50*30的方木制作成定型模板，紧固件采用100*100方木和Ф16对拉螺栓。
2）柱子东西两侧清空：
①加气混凝土砌块墙开槽为便于缠绕钢丝、确保砌块墙与柱子间的紧密结合，将柱边砌块墙开出150mmm宽的槽。先用切割机在砌体墙上割出50mmm深的缝，然后用锤和錾子将槽内砌块清除干净。在这过程中不得切断从柱子内伸出的拉墙筋。
②门窗框外侧发泡剂用细钢钎（Ф16）、铲子清理干净，卸下门扇。
3）柱子四周混凝土磨角
先用手提切割机将柱子四角混凝土切去边长30mm的等腰直角三角形，再用手提混凝土磨光机将棱角抹掉，磨成R=30的圆角。
4）柱子南北侧紧固扁钢安装
扁铁安装在柱子中心，扁铁用Ф10的膨胀螺丝穿入扁钢上的孔再焊平。固定点间距为500mm。
4）绕丝
从下往上缠绕，间距按设计要求控制在20mm左右。先按照06SG311-13-30页要求制作安装40*4扁钢箍，并将绕丝下端头焊在扁钢上，空隙内用环氧树脂灌满。再逐渐往上缠绕钢丝。钢丝边缠边拉紧、排匀间距后用铁锤敲击钢丝，使其紧贴柱子表面，立即将钢丝与扁钢间用电焊点焊，避免钢丝松动下滑。最后在梁底处用扁钢箍压钢丝头，并用环氧树脂封闭。
5）分段支模
支模前先用压缩空气将柱子表面清理干净。整个柱子分三段支模。窗台以下为第一段、窗台以上1.8米高均分成两段。支模之前必须由监理对钢丝及其压头进行隐蔽验收合格。支模的关键有以下几点：一是从钢丝最小保护层和CGM-2J灌浆料有效加固厚度出发，除与填充墙连接外，柱子外侧灌浆料加固厚度必须控制在30—35mm之间。二是模板接缝用胶带密封，避免漏浆。三是按墙面普通抹灰的垂直度（4mm）、平整度（4mm）控制各段模板的垂直度和表面平整度，尽量减少柱子粉刷层厚度。模板加固详见图2、图3
6）灌浆
考虑所灌浆部位是柱子加固和所加固柱子与填充墙之间空隙的填充，本工程选用CGM-2J型灌浆料。因每次灌浆料较少，故采用人工搅拌，但搅拌时间不得少于5分钟，保证搅拌均匀。施工中必须控制每次搅拌量在40分钟内用完。灌浆之前必须将模板和原有混凝土表面充分湿润。由于柱子四周加固厚度只有30-35mm宽（与填充墙连接处除外），因此浆料入模必须用特制细管漏斗。下部两层采用四周分层灌浆，最上面一段紧靠梁板，只能从柱子外侧入浆。灌浆过程中适当敲击模板，确保灌浆密实。每次灌浆时现场制作100*100*100的抗压试块，并按相关规定养护、送检。
7）拆模与养护
由于灌浆施工时的日最低气温在15度以上，因此确定灌浆施工24小时后就拆模，拆模后洒水湿润养护7天。
8）验收
两根柱子养护7天后，抗压试块压出7天强度就达到47.2Mpa。据此结果报设计、施工监理、当地质检站联合验收，一致认为达到了预期的效果。加固后的柱子垂直、平整度均小于4mm，小于规范允许偏差。
5、实施效果
1）实施方案科学合理，拆除工程量少、工期短、对学校正常教学没有造成影响。
2）通过本方案的实施不仅增强了柱子位移延性，提高了抗震效果，而且也提高了柱子承载能力。柱子断面尺寸的微量扩大（每边扩大30mm），通过装饰层的调整，对立面效果影响不大（柱子内外侧凸出墙面20mm），基本上达到了建设单位“既不影响美观，又不影响使用空间”的要求。
6）灌浆
考虑所灌浆部位是柱子加固和所加固柱子与填充墙之间空隙的填充，本工程选用CGM-2J型灌浆料。因每次灌浆料较少，故采用人工搅拌，但搅拌时间不得少于5分钟，保证搅拌均匀。施工中必须控制每次搅拌量在40分钟内用完。灌浆之前必须将模板和原有混凝土表面充分湿润。由于柱子四周加固厚度只有30-35mm宽（与填充墙连接处除外），因此浆料入模必须用特制细管漏斗。下部两层采用四周分层灌浆，最上面一段紧靠梁板，只能从柱子外侧入浆。灌浆过程中适当敲击模板，确保灌浆密实。每次灌浆时现场制作100*100*100的抗压试块，并按相关规定养护、送检。
7）拆模与养护
由于灌浆施工时的日最低气温在15度以上，因此确定灌浆施工24小时后就拆模，拆模后洒水湿润养护7天。
8）验收
两根柱子养护7天后，抗压试块压出7天强度就达到47.2Mpa。据此结果报设计、施工监理、当地质检站联合验收，一致认为达到了预期的效果。加固后的柱子垂直、平整度均小于4mm，小于规范允许偏差。
5、实施效果
1）实施方案科学合理，拆除工程量少、工期短、对学校正常教学没有造成影响。
2）通过本方案的实施不仅增强了柱子位移延性，提高了抗震效果，而且也提高了柱子承载能力。柱子断面尺寸的微量扩大（每边扩大30mm），通过装饰层的调整，对立面效果影响不大（柱子内外侧凸出墙面20mm），基本上达到了建设单位“既不影响美观，又不影响使用空间”的要求。
6、结束语
在建工程结构施工受施工队伍素质、原材料质量波动、施工过程质量控制缺陷等因素作用，混凝土强度过低而加固现象时有发生，结构加固具体方案的设计尤为重要。加固方案的成功与否，既要保证结构实体质量满足设计要求，又要满足总工期、建设方满意度、施工成本等各方面的综合要求。
该加固方案的成功实施，给施工单位最大的启示就是要以加固设计文件、国家现行规范、规程、标准为准则，充分考虑建设单位要求，从加固部位、加固数量、加固目的、施工环境和加固成本等方面综合分析、优化施工方案。只有这样才能优质、安全、经济地处理在建工程钢筋混凝土结构的质量缺陷。
在建工程结构施工受施工队伍素质、原材料质量波动、施工过程质量控制缺陷等因素作用，混凝土强度过低而加固现象时有发生，结构加固具体方案的设计尤为重要。加固方案的成功与否，既要保证结构实体质量满足设计要求，又要满足总工期、建设方满意度、施工成本等各方面的综合要求。
该加固方案的成功实施，给施工单位最大的启示就是要以加固设计文件、国家现行规范、规程、标准为准则，充分考虑建设单位要求，从加固部位、加固数量、加固目的、施工环境和加固成本等方面综合分析、优化施工方案。只有这样才能优质、安全、经济地处理在建工程钢筋混凝土结构的质量缺陷。
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