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技术知识

喷射混凝土技术在火灾后框架结构主体加固中的应用

标签:[db:TAG]    浏览次数:     时间:2017-09-19 14:44:06

喷射混凝土技术在火灾后框架结构主体加固中的应用

董 玲1 郭杰标2 刘劲松2

湖南大学土木工程学院

摘 要:长沙市某市场两栋框架房屋火灾后加固工程为背景,介绍了喷射混凝土技术在火灾后框架结构主体加固工程中的应用,阐述了选择喷射混凝土施工的原因、喷射混凝土施工的相关技术、施工难题及解决措施,从技术和经济两方面对其加固进行评估,对于喷射混凝土在火灾后加固工程中的运用有参考价值。

关键词:喷射混凝土,火灾,框架结构

1前言

城市火灾事故频繁发生除了对人身安全及财产带来损害,还会对建筑结构的安全性带来损害,因此如何对火灾后的结构进行合理加固是处理火灾事故的一个关键环节。建筑结构加固作为一门新兴学科,主要研究如何使受损建筑物重新恢复使用功能,或使建筑物满足其使用功能改变所带来的相应要求…。其中,火灾后建筑结构的加固是建筑结构加固学科中不可或缺的一项重要组成,而喷射混凝土技术以其独特的优越性在火灾后加固工程中的应用得以推广。

喷射混凝土是上世纪初发展起来的一种特殊的混凝土施工工艺,它是用喷射机将水泥、砂、石子、水配合的拌合料,以高压料束的形式喷射到岩石和混凝土表面,依靠高速喷射时集料的反复连续撞击压密混凝土,使喷射料与被喷面之间获得较高的粘结力。相较于普通混凝土,喷射混凝土施工工艺简单,施工工期短,早强且不影响其他生产。由于本工程位于闹市为小商品批发市场,人流量较大,修复过程中不宜影响该建筑的使用功能。因此为保证工程质量和工期,必须突破传统的施工方式,以寻求在保证工程质量的前提下快速完成工程施工,因此在工程施工中采用了喷射混凝土施工技术。

2工程概况

该工程共两栋房屋发生火灾(以下称为“东栋”和“西栋”),东栋为10层(结构层次由下至上分别为:地下一层、一层、一层夹层、二~七层、梯顶间层)的框架结构房屋,建筑面积约为10200㎡;房屋地下一层~三层为商铺或仓库、四层—七层为住宅;基础形式不详;围护和填充墙体大部分为采用混凝土空心砌块砌筑的200mm厚墙;房屋各层楼面均为预制楼板,楼梯为现浇钢筋混凝土楼梯;西栋该房屋设计、施工、监理单位均不详,约于1998年左右竣工。西栋为9层(结构层次由下至上分别为:地下一层、一层~八层)的底部三层框架一砌体结构房屋,建筑面积约为14300㎡;房屋地下一层~二层为商铺、三层~八层为住宅;基础形式不详;房屋三层以上承重墙体为采用烧结黏土普通砖砌筑的240mm厚墙;房屋一层楼面~三层楼面均为现浇钢筋混凝土板,四层楼面及以上为主要为预制板(卫生间和部分跨度较大客厅为现浇钢筋混凝土板),屋面为预制板和现浇钢筋混疑土板相结合中的平屋面,楼梯为现浇钢筋混凝土楼梯;房屋砖混部分各层均设置有圈梁和构造柱。其中,东栋一层平面布置图如图1所示:

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图1 东栋一层平面布置图

火灾后经现场检测调查,东栋过火区域为一层、一层夹层、二层~四层的局部区域,西栋过火区域为二层(转换层)全部和三层局部区域。其中,东栋过火区域内的框架柱、框架梁和预制板等结构构件受损较严重,西栋过火区域内的框架柱、框架梁(或转换梁)和板(含预制板和现浇板)等结构构件受损较严重,导致两栋房屋存在安全隐患。东栋一层过火范围示意图如图2所示:

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图2东栋一层过火范围示意图

3加固范围及方法3.1加固范围

根据相关规范对建筑结构构件的损伤程度进行评级,其中东栋二层楼面板损伤示意图如图3所示。综合考虑结构构件的损伤程度、检测与试验结果、上部荷载情况以及原设计结构状况及对其验算结果等因素对该工程东栋一、三、四层柱;二、四、五层楼面梁和楼面板以及西栋二层柱、三层楼面梁和楼面板进行加固。

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图3东栋二层楼面板损伤示意图

3.2加固原则和方法

为确保两栋房屋在后续原设计使用年限内的安全和正常使用,该工程以恢复构件原状为原则,对相关构件进行排危加固处理。该工程采用了改性混凝土增大截面、植钢筋、高性能水泥复合砂浆等方法对房屋进行加固施工,具有一定的施工难度,‘由有加固专业资质和类似工程施工经验的队伍进行施工。具体加固设计图4所示:

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图4框架柱、梁、楼板增大截面加固

(a)框架柱增大截面加固;(b)粱增大截面加固;(c)楼板增大截面加固

1-16φ50;2-C35改性混凝土;3-凿除表面受损层,清洗;4-楼面标高;5-(b12@200;6-φ8@100;7-φ8@400; 8-φ8@100/200(2);9-5φ22; 10-损伤楼面板;11-φ8@500x 500锚固筋,梅花状布置;12-φ8@100双向,端部植入原结构梁中

其中,在改性混凝土增大截面加固方法施工中采用喷射混凝土技术,其中对混凝土施工技术本文进行了如表1所示的比选。

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3.3加固主要材料

本工程混凝土采用C35改性混凝土,该改性混凝土中掺入占水泥重16%的ZM混凝土外力口剂为免振捣自流密实成型、无收缩、微膨胀混凝土。混凝土砂为中砂,石子粒径为5~10mm,水泥:P42.5级。

4喷射混凝土技术的应用4.1施工工艺的选择

在喷射混凝土施工工艺的选择上,结合该工程结构形式、工期要求、经济性、施工难易、周边环境及喷筑条件等多方面因素,在做了如表2所示的全面分析后,最后确定采用湿式喷射工艺进行喷射混凝土的施工。

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4.2施工流程

湿式喷射使用湿式喷射是用喷射机压送按一定配合比拌制的水泥、粗细骨料和水的拌合物至喷枪,在喷嘴处加入外加剂,借助压缩空气将拌合物喷射到作业面上。图5是湿式喷射混凝土工艺流程图。湿喷时,水与其他材料拌合较均匀,产生的粉尘和回弹少[引。

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图5 湿式混凝土施工流程

相较于其他构件,楼板喷射面积大,要求高,其喷射工艺具有其独特性。隧道顶部为弧形,利于喷射料堆积。楼板不同于隧道顶部,其底面均匀无堆积空间,厚度只有3~ Scm。鉴于现场实际情况,必须调整喷枪与界面的角度直至最佳,实验发现调整角度为90。效果最好,即垂直喷射。采用垂直喷射后楼底面有明显的混凝土粘结,但仍需对空气压力进行调整。经试验观察,空气压力在5kg以内时喷射,混凝土容易自由掉落;空气压力超过7kg时,混凝土容易被冲掉;空气压力稳定在6kg左右时,混凝土在楼板底部粘结的强度最高,效果最好,反弹率基本控制在20 010以内。

4.3质量控制关键点

该工程主要就以下几点对质量进行控制:(1)新旧混凝土粘结面处理。影响新旧混凝土粘结性能的因素中,最主要的是表面的粗糙度。为了不影响周围居民正常生活,本工程选用高压水射法对原结构钢筋混凝土火烧碳化的部分进行剔除,能在不损伤钢筋的情况下为钢筋除锈提供整体受力的保证,而且能对混凝土表面进行湿润,有利于获得良好粘结,使界面粘结强度高。(2)减少混凝土回弹与粉尘。总结试喷经验,一方面控制工作风压,将风压控制在0.05~ 0.07MPa之间;另一方面施工严格按照确定的配合比,从而使混凝土表面平整,呈水量光泽,粉尘和回弹均较少。(3)严格按照相关验收规范进行检查与验收。

5加固效果

该建筑主体结构加固工程达到了以下效果:(1)经专家检查该工程两栋房屋的应急排危加固验收合格,三层及以上住户可以回迁居住。(2)该工程使用喷射混凝土技术大大缩短了施工工期,建筑得以提早恢复使用。(3)从改造经济性考虑,该加固工程根据构件的火灾受损情况不同,对火灾受损构件采取不同加固措施,在满足构件安全性及正常使用性的同时,把加固费用降到了最低。其中,东栋因2015年4月再次遭受火灾的部位加固修缮的费用约为150~200万元。

6结语

喷射混凝土作为一种独特的混凝土施工方法,有很丰富的内涵,包含技术施工以及养护管理等多项施工技术,结合工程实际使用情况,可以看出喷射混凝土技术具有良好的应用价值和综合效益。随着我国工程建筑行业现代化和专业化程度的不断提高,各相关主体应该共同努力,不断提高建筑工程喷射混凝土施工技术以及相关管理水平,促进喷射混凝土施工的科学化和现代化发展。

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