高層建筑地下核心筒－剪力墻結構施工質量問題分析與加固處理
2008-12-31 00:00
摘要：本文結合工程實例，詳細闡述了某高層建筑地下核心筒剪力墻結構施工存在的主要質量問題和工程質量檢測，分析了產生質量問題的原因；提出合理有效的補強加固處理方案，并對其結構補強加固處理施工及處理效果進行了評價和總結。
關鍵詞：高層建筑；核心筒-剪力墻結構；施工質量問題；加固處理
1工程概況
湖南某高層建筑為一幢三十二層的現澆鋼筋混凝土框架-核心簡結構，按7度抗震設防，框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為二級。該工程總建筑面積為50000m2，設三層地下室，四層裙房，總建筑高度為99.4m。地下室為停車庫，裙房為商業(yè)用房，五層以上為寫字樓。建筑物地下室平面簡圖如圖1所示。該建筑物柱網跨度大，雙核心簡集中布置，簡體剪力墻是主要抗側力構件。
2工程施工存在的主要質量問題與質量檢測
2.1主要質量問題
該工程地下三層核心筒剪力墻設計混凝土等級為C50，混凝土澆筑施工后，按規(guī)范規(guī)定的拆模時間（中途進行測溫，內外溫差相等時）開始拆模。在拆模的過程中，發(fā)現筒體墻多處出現蜂窩、部分露筋和墻體裂縫等多種質量問題。本次質量問題主要發(fā)生在主樓部分的地下三層東、西兩個核心簡體剪力墻上，在墻體轉角的暗柱、門洞暗柱、暗梁筋密集區(qū)以下。從檢查結果發(fā)現：蜂窩面積較大，且露筋較多。根據建筑工程質量檢測評定標準，各項指標均超過標準允許值，對整體結構承載力造成較大影響。
2.2工程檢測
為了查清問題，及時處理，消除隱患，決定對筒體混凝土進行全面回彈，必要時進行抽芯，查出混凝土的實際強度。由于《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》（JGJ/T23-29）能查到的最大強度換算值為49MPa，且地下室因連日陰雨，墻體潮濕，故筒體（混凝土C50）回彈檢測意義不大，且數據離散性也大。最后決定采用鉆芯法對核心筒混凝土進行檢測，以進行區(qū)域強度評價。 [Page]
檢測單位對核心筒剪力墻共鉆芯取樣57處，其中東筒鉆芯30處，西筒27處。檢測結果核心筒混凝土最大換算強度為66MPa，最小換算強度為21MPa，強度變化較大，達不到設計要求。東、西核心筒混凝土檢測換算強度區(qū)域代表強度分別詳見表1和表2。
3施工質量問題產生的原因分析
認真分析這次施工發(fā)生重大質量問題的原因，認為主要如下：
3.1人員狀況：現場管理干部素質差，組織和管理水平較差，沒有與各有關管理人員和施工操作員有效溝通。施工技術人員力量薄弱，責任不明確。工人素質低，混凝土澆筑工未經培訓，沒有以往類似工程施工經驗。
3.2技術原因：未按規(guī)范施工，質量保證體系不健全，技術措施不落實，管理人員沒有將施工方案里的技術措施向施工人員交底，工序交接沒有記錄，沒有交底?；炷翝仓椒ú粚Γ淮螡仓呶丛O溜槽或串筒，致使混凝土在澆筑時出現離析現象，混凝土澆筑時又振搗不足，致使混凝土出現石子與砂漿不分離，石子多的地方出現蜂窩、孔洞，砂漿多的地方強度不足，混凝土體開裂。
3.3設備狀況：運送混凝土的車輛不足，致使?jié)仓r不能連續(xù)施工，施工縫又沒能進行必要的處理；經常出現混凝土輸送泵堵管，維修不及時；振動棒等振動器材質量不穩(wěn)定且數量不足，振動器材經常壞或轉動無力，無法使用。 [Page]
4核心筒剪力墻結構強度計算分析與論證
甲方委托設計單位對該質量事故進行計算分析并提出加固補強處理方案，確保其承載能力能滿足建筑物的安全及使用要求?，F將計算分析過程簡述如下。
4.1核心筒主要是抗側力構件，在框一剪（或框筒）結構中剪力墻對結構物的位移起控制作用，結構變位取決于構件總體剛度ECJ，設計中地下三層混凝土強度等級為C50，當實際混凝土強度為C40時，其混凝土彈性模量EC的比值為Ec40/Ec80=3.25×104/3.45×101=0.94。在墻體截面不變（即J不變）時，墻體剛度僅降低6%，沒有引起剛度突變。從計算分析中得知，不管在風荷載還是地震荷載作用下，底層的層作用力較小，層間位移角小于1/12000，故混凝土的E值變化對底層層間位移角也幾乎無影響。對整體結構而言，因其它樓層剛度不變，故頂點位移變化很小，全樓最大層間位移變化甚微，建筑物位移受到影響很小。
4.2一般核心筒是個軸壓比較小的構件，經計算當混凝土強度等級在C35～C50之間變化時，本工程核心筒各墻肢軸壓比最大值為0.66～0.50范圍內，主要承受抗側力的核心筒四周外壁軸壓比均小于0.60，混凝土的延性仍能得到保證。
4.3軸壓比的變化是因混凝土強度等級變化引起的，也就是說構件軸壓力幾乎沒有變化。當核心筒混凝土強度等級按C40計算時，該層各構件內力略有變化，電算分析結果顯示，柱軸壓比影響不大，柱子配筋仍按構造要求配置；僅核心筒四周外壁墻體各段內力在需要配筋計算的范圍內，其余各墻肢（段）按構造要求配筋，暗柱配筋為1.2%Ac，墻體水平筋配筋率為0.25%。本工程實際配筋暗柱多1.2%Ac，墻體水平筋配筋率為：墻厚500為0.536%，墻厚250為0.6%，墻厚200為0.565%，均遠大于計算值。
4.4在計算分析中，并未考慮地下室外壁的剛度貢獻，其實地下室外壁剛度還是相當大的，對結構的變位帶來有利影響。本工程三層地下室埋深較大，塔樓采用大直徑人工挖孔樁，地下室側壁外回填土施工控制比較嚴格，密實度達到0.95以上，可以認為地下室周圍有比較可靠的側限，地下室三層及大直徑樁可以祈禱固定端嵌固作用。實際上建筑物水平力進入地面后，已逐漸衰減，地下三層水平力大大減少，地下三層的抗震等級可以降低，實際設計配筋對抵抗水平力有足夠保證。
綜合上述分析可知，由于施工質量造成核心筒混凝土強度等級在不低于C40的情況下，不影響其承載力，結構變位及配筋。因此，不需作整體加固補強措施，僅需對施工中出現的麻面、蜂窩、孔洞等導致混凝土等級降低太多的部位進行局部加固補強。
5結構補強與加固處理施工
5.1缺陷部位補強處理
裂縫：清理墻基面的污垢、松散物體、刷洗干凈，用改性環(huán)氧化學灌漿液對所以裂縫進行封閉補強。麻面：用鋼絲刷清理墻面浮漿，并沖洗干凈，充分濕潤，用1：2水泥沙漿抹壓平整。
蜂窩：鑿除墻面浮漿浮石，并洗刷干凈，充分濕潤，用1：2水泥砂漿抹壓平整。
孔洞：將孔洞處不密實的混凝土和突出的石子顆粒鑿除，直至無空隙為止，要鑿成斜形，避免死角，已銹蝕的鋼筋應除銹。再將鑿好的孔洞用水沖洗，清刷干凈，充分濕潤24小時后，刷水泥漿一道，用C50微膨脹細石混凝土澆灌，細石混凝土的水灰比控制在0.5以內，采用小振搗棒仔細振搗密實，混凝土澆灌應超高超寬澆灌，拆模后將多余混凝土鑿除，或采用噴射混凝土施工。
露筋：將外露鋼筋上的混凝土殘渣、浮漿浮石清除，用鋼絲刷刷除銹皮。
5.2東、西核心筒剪力墻加固處理 [Page]
由于混凝土強度等級不同程度低于設計混凝土強度等級C50的要求（見表1、表2），故需進行加固處理。本設計采取的補強加固措施，是結合實測混凝土缺陷處及強度較弱（小于C40）處將筒體剪力墻鑿成多條豎向加強帶，加強帶采用微膨脹混凝土，強度等級為C50，加強帶鑿斷面要清刷干凈，并充分濕潤12h。澆混凝土前，要刷一道水泥漿，混凝土要振搗密實。加強帶的具體位置要求見圖2，在層頂處設一道加強暗圈梁，以形成整體加強。
5.3施工要求
5.3.1所有缺陷定義劃分，應按照國家標準“建筑安裝工程質量檢測評定標準”進行劃分，分別采取補強措施。
5.3.2所有已銹鋼筋均應除銹，當鋼筋截面銹蝕削弱≥10%（面積比）時，應綁條焊加強。
5.3.3所以修補部位的水泥砂漿及細石混凝土均應做好養(yǎng)護，確保砂漿及混凝土強度。
5.3.4缺陷補強及加強帶位置、范圍，放線后要經有關單位核實后方可鑿打。
5.3.5在缺陷補強時，鑿除浮漿、浮石、除銹清刷工作完成后，應通知建設、質檢、監(jiān)理、設計檢查滿足設計要求后，再做下步工作。
5.3.6混凝土鑿打，不能采用大錘大力撞打。應采用鋼釬鑿打，不得損傷旁邊的混凝土，不得打斷鋼筋。
6加固處理效果評價
按照上述要求補強、加固后，確認整體混凝土的強度等級可達C40。經計算復核：建筑物層間位移及頂點位移滿足規(guī)范限值要求；筒體剪力墻軸壓比均小于0.60，滿足設計要求，剪力墻仍保證一定的延性，剪壓比控制在規(guī)范范圍內；筒體剪力墻的配筋按原設計滿足要求，承載力滿足使用要求，建筑物安全、可靠。對新補混凝土強度進行超聲一回彈綜合法檢測和新舊混凝土結合面超聲法檢測，按檢測結果評定修補構件混凝土強度代表值為48MPa，相當于C49實際強度水平，具95%保證率。為設計強度等級（C50）的97.8%，滿足設計要求。修補構件混凝土內部密實度情況良好，無明顯蜂窩、孔洞及脫空等缺陷，新舊混凝土結合正常。
7結語
綜上所述，通常地下室核心筒（剪力墻）是一個軸壓比較小的構件，且地下室承擔的水平力由地面向下逐漸衰減，地下室剪力墻抗震等級可以降低，對該類構件的發(fā)生質量問題時不需作整體加固補強措施，只需對缺陷部位進行局部加固補強，即可滿足結構抗震承載力要求。
參考文獻：
[1] 高層建筑混凝土結構技術規(guī)范.JGJ3-2002.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
[2] 建筑地基基礎設計規(guī)范.GB50007-2002.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
[3] 混凝土結構設計規(guī)范.GB50010-2002.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
[4] 建筑抗震設計規(guī)范.GB50011-2001.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.
[5] 王濟川，卜良桃編著. 建筑工程結構鑒定、改造與加固. 湖南科學技術出版社，1999.
[6] 李國勝. 建筑結構裂縫及加固疑難問題的處理-附實例. 中國建筑工業(yè)出版社，2006.
原作者： 謝高鴻
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
關鍵詞：高層建筑；核心筒-剪力墻結構；施工質量問題；加固處理
1工程概況
湖南某高層建筑為一幢三十二層的現澆鋼筋混凝土框架-核心簡結構，按7度抗震設防，框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為二級。該工程總建筑面積為50000m2，設三層地下室，四層裙房，總建筑高度為99.4m。地下室為停車庫，裙房為商業(yè)用房，五層以上為寫字樓。建筑物地下室平面簡圖如圖1所示。該建筑物柱網跨度大，雙核心簡集中布置，簡體剪力墻是主要抗側力構件。
2工程施工存在的主要質量問題與質量檢測
2.1主要質量問題
該工程地下三層核心筒剪力墻設計混凝土等級為C50，混凝土澆筑施工后，按規(guī)范規(guī)定的拆模時間（中途進行測溫，內外溫差相等時）開始拆模。在拆模的過程中，發(fā)現筒體墻多處出現蜂窩、部分露筋和墻體裂縫等多種質量問題。本次質量問題主要發(fā)生在主樓部分的地下三層東、西兩個核心簡體剪力墻上，在墻體轉角的暗柱、門洞暗柱、暗梁筋密集區(qū)以下。從檢查結果發(fā)現：蜂窩面積較大，且露筋較多。根據建筑工程質量檢測評定標準，各項指標均超過標準允許值，對整體結構承載力造成較大影響。
2.2工程檢測
為了查清問題，及時處理，消除隱患，決定對筒體混凝土進行全面回彈，必要時進行抽芯，查出混凝土的實際強度。由于《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》（JGJ/T23-29）能查到的最大強度換算值為49MPa，且地下室因連日陰雨，墻體潮濕，故筒體（混凝土C50）回彈檢測意義不大，且數據離散性也大。最后決定采用鉆芯法對核心筒混凝土進行檢測，以進行區(qū)域強度評價。 [Page]
檢測單位對核心筒剪力墻共鉆芯取樣57處，其中東筒鉆芯30處，西筒27處。檢測結果核心筒混凝土最大換算強度為66MPa，最小換算強度為21MPa，強度變化較大，達不到設計要求。東、西核心筒混凝土檢測換算強度區(qū)域代表強度分別詳見表1和表2。
3施工質量問題產生的原因分析
認真分析這次施工發(fā)生重大質量問題的原因，認為主要如下：
3.1人員狀況：現場管理干部素質差，組織和管理水平較差，沒有與各有關管理人員和施工操作員有效溝通。施工技術人員力量薄弱，責任不明確。工人素質低，混凝土澆筑工未經培訓，沒有以往類似工程施工經驗。
3.2技術原因：未按規(guī)范施工，質量保證體系不健全，技術措施不落實，管理人員沒有將施工方案里的技術措施向施工人員交底，工序交接沒有記錄，沒有交底?；炷翝仓椒ú粚Γ淮螡仓呶丛O溜槽或串筒，致使混凝土在澆筑時出現離析現象，混凝土澆筑時又振搗不足，致使混凝土出現石子與砂漿不分離，石子多的地方出現蜂窩、孔洞，砂漿多的地方強度不足，混凝土體開裂。
3.3設備狀況：運送混凝土的車輛不足，致使?jié)仓r不能連續(xù)施工，施工縫又沒能進行必要的處理；經常出現混凝土輸送泵堵管，維修不及時；振動棒等振動器材質量不穩(wěn)定且數量不足，振動器材經常壞或轉動無力，無法使用。 [Page]
4核心筒剪力墻結構強度計算分析與論證
甲方委托設計單位對該質量事故進行計算分析并提出加固補強處理方案，確保其承載能力能滿足建筑物的安全及使用要求?，F將計算分析過程簡述如下。
4.1核心筒主要是抗側力構件，在框一剪（或框筒）結構中剪力墻對結構物的位移起控制作用，結構變位取決于構件總體剛度ECJ，設計中地下三層混凝土強度等級為C50，當實際混凝土強度為C40時，其混凝土彈性模量EC的比值為Ec40/Ec80=3.25×104/3.45×101=0.94。在墻體截面不變（即J不變）時，墻體剛度僅降低6%，沒有引起剛度突變。從計算分析中得知，不管在風荷載還是地震荷載作用下，底層的層作用力較小，層間位移角小于1/12000，故混凝土的E值變化對底層層間位移角也幾乎無影響。對整體結構而言，因其它樓層剛度不變，故頂點位移變化很小，全樓最大層間位移變化甚微，建筑物位移受到影響很小。
4.2一般核心筒是個軸壓比較小的構件，經計算當混凝土強度等級在C35～C50之間變化時，本工程核心筒各墻肢軸壓比最大值為0.66～0.50范圍內，主要承受抗側力的核心筒四周外壁軸壓比均小于0.60，混凝土的延性仍能得到保證。
4.3軸壓比的變化是因混凝土強度等級變化引起的，也就是說構件軸壓力幾乎沒有變化。當核心筒混凝土強度等級按C40計算時，該層各構件內力略有變化，電算分析結果顯示，柱軸壓比影響不大，柱子配筋仍按構造要求配置；僅核心筒四周外壁墻體各段內力在需要配筋計算的范圍內，其余各墻肢（段）按構造要求配筋，暗柱配筋為1.2%Ac，墻體水平筋配筋率為0.25%。本工程實際配筋暗柱多1.2%Ac，墻體水平筋配筋率為：墻厚500為0.536%，墻厚250為0.6%，墻厚200為0.565%，均遠大于計算值。
4.4在計算分析中，并未考慮地下室外壁的剛度貢獻，其實地下室外壁剛度還是相當大的，對結構的變位帶來有利影響。本工程三層地下室埋深較大，塔樓采用大直徑人工挖孔樁，地下室側壁外回填土施工控制比較嚴格，密實度達到0.95以上，可以認為地下室周圍有比較可靠的側限，地下室三層及大直徑樁可以祈禱固定端嵌固作用。實際上建筑物水平力進入地面后，已逐漸衰減，地下三層水平力大大減少，地下三層的抗震等級可以降低，實際設計配筋對抵抗水平力有足夠保證。
綜合上述分析可知，由于施工質量造成核心筒混凝土強度等級在不低于C40的情況下，不影響其承載力，結構變位及配筋。因此，不需作整體加固補強措施，僅需對施工中出現的麻面、蜂窩、孔洞等導致混凝土等級降低太多的部位進行局部加固補強。
5結構補強與加固處理施工
5.1缺陷部位補強處理
裂縫：清理墻基面的污垢、松散物體、刷洗干凈，用改性環(huán)氧化學灌漿液對所以裂縫進行封閉補強。麻面：用鋼絲刷清理墻面浮漿，并沖洗干凈，充分濕潤，用1：2水泥沙漿抹壓平整。
蜂窩：鑿除墻面浮漿浮石，并洗刷干凈，充分濕潤，用1：2水泥砂漿抹壓平整。
孔洞：將孔洞處不密實的混凝土和突出的石子顆粒鑿除，直至無空隙為止，要鑿成斜形，避免死角，已銹蝕的鋼筋應除銹。再將鑿好的孔洞用水沖洗，清刷干凈，充分濕潤24小時后，刷水泥漿一道，用C50微膨脹細石混凝土澆灌，細石混凝土的水灰比控制在0.5以內，采用小振搗棒仔細振搗密實，混凝土澆灌應超高超寬澆灌，拆模后將多余混凝土鑿除，或采用噴射混凝土施工。
露筋：將外露鋼筋上的混凝土殘渣、浮漿浮石清除，用鋼絲刷刷除銹皮。
5.2東、西核心筒剪力墻加固處理 [Page]
由于混凝土強度等級不同程度低于設計混凝土強度等級C50的要求（見表1、表2），故需進行加固處理。本設計采取的補強加固措施，是結合實測混凝土缺陷處及強度較弱（小于C40）處將筒體剪力墻鑿成多條豎向加強帶，加強帶采用微膨脹混凝土，強度等級為C50，加強帶鑿斷面要清刷干凈，并充分濕潤12h。澆混凝土前，要刷一道水泥漿，混凝土要振搗密實。加強帶的具體位置要求見圖2，在層頂處設一道加強暗圈梁，以形成整體加強。
5.3施工要求
5.3.1所有缺陷定義劃分，應按照國家標準“建筑安裝工程質量檢測評定標準”進行劃分，分別采取補強措施。
5.3.2所有已銹鋼筋均應除銹，當鋼筋截面銹蝕削弱≥10%（面積比）時，應綁條焊加強。
5.3.3所以修補部位的水泥砂漿及細石混凝土均應做好養(yǎng)護，確保砂漿及混凝土強度。
5.3.4缺陷補強及加強帶位置、范圍，放線后要經有關單位核實后方可鑿打。
5.3.5在缺陷補強時，鑿除浮漿、浮石、除銹清刷工作完成后，應通知建設、質檢、監(jiān)理、設計檢查滿足設計要求后，再做下步工作。
5.3.6混凝土鑿打，不能采用大錘大力撞打。應采用鋼釬鑿打，不得損傷旁邊的混凝土，不得打斷鋼筋。
6加固處理效果評價
按照上述要求補強、加固后，確認整體混凝土的強度等級可達C40。經計算復核：建筑物層間位移及頂點位移滿足規(guī)范限值要求；筒體剪力墻軸壓比均小于0.60，滿足設計要求，剪力墻仍保證一定的延性，剪壓比控制在規(guī)范范圍內；筒體剪力墻的配筋按原設計滿足要求，承載力滿足使用要求，建筑物安全、可靠。對新補混凝土強度進行超聲一回彈綜合法檢測和新舊混凝土結合面超聲法檢測，按檢測結果評定修補構件混凝土強度代表值為48MPa，相當于C49實際強度水平，具95%保證率。為設計強度等級（C50）的97.8%，滿足設計要求。修補構件混凝土內部密實度情況良好，無明顯蜂窩、孔洞及脫空等缺陷，新舊混凝土結合正常。
7結語
綜上所述，通常地下室核心筒（剪力墻）是一個軸壓比較小的構件，且地下室承擔的水平力由地面向下逐漸衰減，地下室剪力墻抗震等級可以降低，對該類構件的發(fā)生質量問題時不需作整體加固補強措施，只需對缺陷部位進行局部加固補強，即可滿足結構抗震承載力要求。
參考文獻：
[1] 高層建筑混凝土結構技術規(guī)范.JGJ3-2002.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
[2] 建筑地基基礎設計規(guī)范.GB50007-2002.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
[3] 混凝土結構設計規(guī)范.GB50010-2002.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
[4] 建筑抗震設計規(guī)范.GB50011-2001.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.
[5] 王濟川，卜良桃編著. 建筑工程結構鑒定、改造與加固. 湖南科學技術出版社，1999.
[6] 李國勝. 建筑結構裂縫及加固疑難問題的處理-附實例. 中國建筑工業(yè)出版社，2006.
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