【關(guān)鍵詞】：托梁拔柱 斷柱反頂  后張法預(yù)應(yīng)力 卸載 結(jié)構(gòu)加固  電子監(jiān)測

一、前言

   目前，建筑業(yè)的發(fā)展已由大規(guī)模的新建時(shí)期轉(zhuǎn)到新建與維修改造并重時(shí)期，一些原有建筑物都面臨著改造加固問題，托梁拔柱作為解決擴(kuò)大柱距問題的一種較好的技術(shù)方法得到了廣泛應(yīng)用。托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墻及托梁拔柱的總稱，是在不拆或少拆上部結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)施拆除、更換、接長柱子的一門綜合性技術(shù)，包括相關(guān)結(jié)構(gòu)加固技術(shù)、上部結(jié)構(gòu)頂升技術(shù)及斷柱技術(shù)等，適用于因使用功能改變及生產(chǎn)工藝更新，要求改變平面布局、增大使用空間的舊建筑廠房改造等。與傳統(tǒng)的大掀蓋改造相比，托梁拔柱法具有對生產(chǎn)及生活影響較小、改造時(shí)間短、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是技術(shù)要求較高，安全措施必須周密。

二、工程概況

    某商住樓為三層框架結(jié)構(gòu),其中地下兩層（層高3.8m）、地上一層（層高8.8m）,屋面層為露天景觀和空中泳池，基礎(chǔ)為樁基。因一層改作電影院使用功能需要，使用方要求擴(kuò)大使用空間需將兩根原框架柱拔掉,位置如圖1所示。由于該商住樓住宅已交付使用,因此拔柱時(shí)不能對屋面層上部結(jié)構(gòu)造成影響,特別是不能因拔柱造成上部結(jié)構(gòu)開裂導(dǎo)致泳池滲漏水等。為滿足該建筑抗震和結(jié)構(gòu)安全的需要，經(jīng)計(jì)算復(fù)核及論證后采用了斷柱反頂、體內(nèi)后張拉預(yù)應(yīng)力、化學(xué)植筋及加大截面等多種特種技術(shù)手段對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理后，成功安全完成了拔柱改造施工。

三、加固設(shè)計(jì)思路

    1、拔柱后結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化分析:拔柱后該柱上部梁的跨度增加，同時(shí)內(nèi)力也會隨之發(fā)生較大的變化。如圖2（a）所示，拔柱前該柱兩側(cè)的梁截面承受較大的負(fù)彎矩和正彎矩；拔柱后卻承受較大的正彎矩；另外，拔柱前后結(jié)構(gòu)形式發(fā)生改變，導(dǎo)致原來梁的配筋不滿足設(shè)計(jì)復(fù)核要求。結(jié)構(gòu)的受力傳遞路徑在拔柱后也會發(fā)生改變，一般有兩種情況：1.原結(jié)構(gòu)僅在一個(gè)方向是主框架平面，則所拔柱上的荷載絕大部份將傳遞給主框架平面兩邊的柱；2.原結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向均為主框架平面，則所拔柱上的荷載將通過兩個(gè)方向的框架梁傳遞給周邊相鄰的四個(gè)柱子。

    2、托梁拔柱設(shè)計(jì)計(jì)算程序是：1、計(jì)算拔柱前原結(jié)構(gòu)內(nèi)力；2、研究確定拔柱后結(jié)構(gòu)新的傳力路線及計(jì)算簡圖，并計(jì)算其內(nèi)力。

    3、加固方案選擇與優(yōu)化：根據(jù)工程的實(shí)際情況建模計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果表明原結(jié)構(gòu)梁板柱都需加固處理。經(jīng)比選優(yōu)化設(shè)計(jì)中主要采用混凝土框架梁增大截面并加設(shè)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力法、同時(shí)框架梁雙向跨度變大板下增設(shè)十字梁；混凝土框架柱采用增大截面法既解決柱剛度突變問題同時(shí)滿足了梁體內(nèi)預(yù)應(yīng)力后張拉的錨固需要。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固通常有如下幾種方法:增大截面法、外包鋼法、粘貼鋼板或碳纖維法、體外預(yù)應(yīng)力法等；上述加固方法中，增大截面法、外包鋼法和外貼鋼板或碳纖維法等被動加固方法在一定的適用條件下存在應(yīng)力滯后變形大的局限性。由于本工程托換梁上部為景觀及泳池，荷載較大，因此托換梁承受的彎矩也較大，按安全使用及裂縫控制至泳池不開裂滲漏則要求托換梁需有較大的剛度，同時(shí)為了降低托換梁的高度和控制托換梁的變形開裂，決定采用加大截面并加設(shè)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)對托換大梁進(jìn)行加固，以預(yù)應(yīng)力反拱主動作用抵消托換大梁在托換荷載作用下產(chǎn)生的撓度變形，減小裂縫寬度。另外附加的特殊措施是在托換梁澆筑前斷柱反頂，利用千斤頂進(jìn)行加載預(yù)頂，這時(shí)上部結(jié)構(gòu)會有微量的頂升反拱，使?jié)仓蟮耐袚Q梁的撓度變形量大部分被消除，從而抑制消除了上部結(jié)構(gòu)的變形開裂而滿足泳池不開裂滲漏安全耐久使用的要求。 

四、關(guān)鍵技術(shù)的施工應(yīng)用

“托梁拔柱”加固工程施工順序一般有2種方案。一是先做好支撐卸荷，截柱后再實(shí)施梁柱加固；二是先做好梁柱加固，再截柱。第1種方案優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在可以把框架柱中原混凝土全部替換掉，而缺點(diǎn)是對支撐卸荷措施的要求比較高；第2種方案優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在施工比較簡單，支撐卸荷措施簡單易行，而缺點(diǎn)是框架柱中原混凝土無法替換掉而需采用設(shè)計(jì)措施補(bǔ)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)處理。本工程采用第1種施工方法。整體施工主要流程如下：支撐卸載——斷柱反頂——框架梁柱增大截面加固——增設(shè)十字梁加固——預(yù)應(yīng)力張拉錨固——拔柱

其中關(guān)鍵技術(shù)的施工應(yīng)用包括：

    1、卸載：為了使新老混凝土協(xié)同受力，加固梁柱結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力、應(yīng)力應(yīng)在低應(yīng)力（甚至零應(yīng)力）狀態(tài)時(shí)進(jìn)行加固。本工程采用了滿堂支撐卸荷，保證加固的有效及施工過程的安全。

    2、斷柱反頂：由于拔柱后托換梁受荷會產(chǎn)生下?lián)献冃危?img alt="" src="/UploadFiles_new/6/a-362-7-20123131521185794543.jpg" align="right" border="0" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; width: 250px; height: 318px; " />為了保證拔柱后控制下?lián)隙缺苊猱a(chǎn)生裂縫，本項(xiàng)目創(chuàng)新采用了斷柱預(yù)頂后澆托換梁辦法對其進(jìn)行反頂預(yù)起拱的特殊方式處理。先在柱下部采用型鋼抱柱法形成上下托盤平臺，托盤平臺間安裝4臺千斤頂，千斤頂?shù)醉敳恳澡F板墊平楔緊。斷柱采用水鉆鉆排孔方式作業(yè)。頂升高度是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)永久荷載、結(jié)構(gòu)自重及活載等通過計(jì)算確定。反頂時(shí)所有千斤頂統(tǒng)一指揮統(tǒng)一加壓并等速頂升保證頂升增量一致。反頂過程采用頂升位移與支頂反力進(jìn)行雙控，同時(shí)需嚴(yán)格監(jiān)測密切注意結(jié)構(gòu)及其附屬部分是否有異常，如有應(yīng)立即停止施工，分析原因并采取正確措施后繼續(xù)施工。

    3、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力施工：預(yù)應(yīng)力加固法的受力特點(diǎn)屬主動受力,主要是通過鋼絞線的張拉,讓混凝土收拉區(qū)主動受力，相當(dāng)于在原構(gòu)件基礎(chǔ)上施加一套與恒載和活載產(chǎn)生的相反效應(yīng)的等效荷載,和原構(gòu)件形成桁架的受力形式,可從根本上提高構(gòu)件的承載能力和控制裂縫及撓度,并縮小甚至閉合裂縫。本工程采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力，進(jìn)一步解決了體外預(yù)應(yīng)力防火及后期維護(hù)和耐久性問題。

張拉前應(yīng)對千斤頂與油表由有資質(zhì)的試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)在萬能機(jī)上按主動態(tài)(即和張拉工作狀態(tài)一致)方式進(jìn)行配套標(biāo)定。按設(shè)計(jì)要求,預(yù)應(yīng)力筋采用一端張拉。預(yù)應(yīng)力筋張拉程序如下：0→0.1σcon (量初值) →σcon ( 量終值) →錨固預(yù)應(yīng)力托換大梁施工。先預(yù)埋波紋管和錨具，穿入預(yù)應(yīng)力筋，再澆筑混凝土。在澆筑過程中，不時(shí)抽動預(yù)應(yīng)力筋以防止漏漿可能造成的不利影響，露出錨固的預(yù)應(yīng)力筋用塑料薄膜及防水膠帶封閉。預(yù)應(yīng)力鋼鉸線需等梁混凝土強(qiáng)度等級達(dá)到80%以上時(shí)方可進(jìn)行張拉，張拉過程中及時(shí)監(jiān)測預(yù)應(yīng)力筋伸長值及回縮量。

    4、電子監(jiān)測：托梁拔柱施工過程的須全程監(jiān)測。在斷柱的頂升過程中，必須監(jiān)測柱是否發(fā)生平移、傾斜及其他結(jié)構(gòu)變化情況。施工中采取人工、先進(jìn)的電子監(jiān)測儀器、電腦相結(jié)合的做法。頂升時(shí)在梁柱上設(shè)貼標(biāo)尺及應(yīng)變片等，通過高精確度的電子儀器對頂升量、結(jié)構(gòu)變形、整個(gè)施工過程等進(jìn)行位移及傾斜情況監(jiān)測，并將所有儀器的監(jiān)測記錄輸入電腦，通過電腦的匯總、分析與人工觀測結(jié)果進(jìn)行比較，確定施工對結(jié)構(gòu)的影響情況，并對結(jié)構(gòu)變形開裂提供預(yù)警，為施工及處理決策提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)采取處理措施，確保安全施工。采用的電子監(jiān)測設(shè)備包括：

（1）裂縫寬度測試儀：主要用于檢測并記錄、計(jì)量結(jié)構(gòu)表面等裂縫寬度的定量檢測。

（2）電子傾角儀：在結(jié)構(gòu)兩個(gè)水平位置及被托換結(jié)構(gòu)頂部安裝此儀器，它利用具備ＭＥＭＳ加速度傳感器技術(shù)，并采用信號采集、放大及補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，其縱橫向精度為２秒，直接顯示角度值、測量角度范圍寬、定量化測量偏離水平面方向的角度的功能。

（3）電子位移計(jì)：在頂升中，它主要用于測托換時(shí)，結(jié)構(gòu)的抬升或沉降量。顯示屏是自帶的，能直接顯示測值。通過下欄的菜單修改參數(shù)。端口可直接連打印機(jī)現(xiàn)場打印某個(gè)時(shí)間段數(shù)據(jù)。

（4）靜態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)：:可自動、準(zhǔn)確、可靠、快速測量大型結(jié)構(gòu)、模型、及材料應(yīng)力試驗(yàn)中多點(diǎn)的靜態(tài)應(yīng)變應(yīng)力值。可對多點(diǎn)靜態(tài)的力、壓力；扭矩、位移等物理量進(jìn)行測量。

五、施工注意事項(xiàng)

    1、強(qiáng)化頂升過程的施工管理。頂升過程中，應(yīng)明確現(xiàn)場指揮人員，統(tǒng)一指揮各操作手進(jìn)行頂升，強(qiáng)調(diào)幅度一致、用力均勻、讀數(shù)準(zhǔn)確，并隨時(shí)注意測量高程，保證千斤頂同步、均勻頂升。頂升過程中要及時(shí)在斷柱間隙加墊鋼片并楔緊以防千斤頂失穩(wěn)。

    2、植筋施工若植入梁柱構(gòu)件打穿還不能滿足錨固要求的，為達(dá)到預(yù)期的錨固效果，植筋穿透后需與加設(shè)的后錨固鋼板（10mm厚）焊接連接，其他鋼筋駁接采用套筒連接。

    3、由于采用了后錨固的植筋技術(shù)，施工時(shí)需用鋼筋探測儀對擬植入構(gòu)件進(jìn)行鋼筋探測，以免把鋼筋打斷。

    4、梁增大截面或新增梁施工時(shí)需在原梁或柱上鉆孔穿筋，鉆孔必會損失截面，原梁柱承載力會有臨時(shí)性降低。為保證施工安全，在鉆孔作業(yè)時(shí)必須對受影響范圍的樓板及梁柱進(jìn)行有效支撐卸荷。

    5、梁柱增大截面澆筑混凝土或灌漿料灌注施工時(shí)，要求模板拼合嚴(yán)密，接縫處采用膠條密封，確保不跑漿，以期澆筑或灌注密實(shí)、外觀平整。

    6、為了保證施工過程的安全性及驗(yàn)證理論計(jì)算的正確性，對整個(gè)施工過程進(jìn)行全程跟蹤監(jiān)測、對比及分析以正確指導(dǎo)施工。

六、加固效果評價(jià)

本次托梁拔柱順利竣工后，使用裂縫顯微鏡對相關(guān)梁板進(jìn)行了裂縫觀測，未發(fā)現(xiàn)任何裂縫，實(shí)現(xiàn)了上部水池安全與不開裂滲漏的目的。并且由于使用了體內(nèi)預(yù)應(yīng)力，相對傳統(tǒng)的體外預(yù)應(yīng)力，可以避免體外預(yù)應(yīng)力養(yǎng)護(hù)困難、耐久性差的弱點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值。

七、結(jié)論

    托梁拔柱往往技術(shù)要求高，施工難度大，合理地進(jìn)行托換結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)、加強(qiáng)施工過程中各環(huán)節(jié)的管理和監(jiān)控，是保證托梁拔柱工程安全可靠的關(guān)鍵。

本工程在方案選擇、工藝實(shí)施、綠色施工諸多方面均進(jìn)行了優(yōu)化，并將斷柱反頂、體內(nèi)后張拉預(yù)應(yīng)力等多種特種技術(shù)手段引入了既有建筑托梁拔柱改造加固工程中,突破了國內(nèi)目前關(guān)于托梁拔柱改造的幾種常規(guī)加固方式,取得良好的效果。通過現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測，實(shí)測結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，為托梁拔柱的改造方法的探索與創(chuàng)新作出了有益的嘗試,以指導(dǎo)類似工程的設(shè)計(jì)及施工。

參考文獻(xiàn)

[1] 勝特公司榮獲廣東省第三屆“詹天佑故鄉(xiāng)杯”獎(jiǎng)的《深圳地鐵五號線南城百貨商廈托換工程》科研成果資料

[2] 混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50367-2006）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006

[3] 杜拱辰.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005

[4]  劉航等.預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換梁在托梁拔柱中運(yùn)用[J].建筑技術(shù)，1999，30（12）：855-857