框架结构托梁换柱技术设计及施工

框架结构托梁换柱技术的设计和施工常明1（上海同济工程项目管理咨询有限公司，200092，上海）摘要本文通过对一起框架柱混凝土质量事故的超声波检测分析，介绍了大跨度框架结构的托梁换柱的设计和施工技术。在托梁换柱过程中，采用钢支撑施加预应力法对大跨度框架柱进行托换和控制，采用动态信号分析系统、动态信号采集仪和低频加速度传感器对应力进行监测。经实际应用证明该法安全可靠，置换部位的结构和质量情况良好。关键词框架结构钢支撑应力监测托梁换柱中图分类号TU7563文献标识码；B文章编号DESIGNANDCONSTRUCTIONOFSUPPORTINGBEAMSREPLACINGCOLUMNSTECHNOLOGYFORFRAMEDSTRUCTURECHANGMING（SHANGHAITONGJIPROJECTMANAGEMENTCONSULTINGCOLTD，SHANGHAI200092,CHINA）ABSTRACTBASEDONULTRASONICTESTINGWHICHSHOWEDTHATTHEPORESINSIDETHEFRAMECOLUMNWERESCATTEREDANDUNEVENTHEPAPERINTRODUCESDESIGNANDCONSTRUCTIONOFSUPPORTINGBEAMSREPLACINGCOLUMNSTECHNOLOGYJACKINGFORCETOTHESTEELSUPPORTISAPPLIEDDURINGTHEPROCESSOFSUPPORTINGBEAMSREPLACINGCOLUMNSSTRESSISMONITOREDBYDYNAMICSIGNALANALYSISSYSTEM,DYNAMICSIGNALCOLLECTORANDLOWFREQUENCYACCELERATIONSENSORTHEPRACTICALAPPLICATIONPROVESTHATTHEMETHODISSAFEANDRELIABLETHESTRUCTUREOFREPLACEMENTLOCATIONWORKSWELLKEYWORDSFRAMEDSTRUCTURESTEELSUPPORTSTRESSMONITORINGSUPPORTINGBEAMSREPLACINGCOLUMNS托梁换柱法是在不拆或少拆上部结构情况下，拆除、更换、接长柱子或拆除墙体的一门综合性技术。它与传统的大掀盖改造相比，托梁拔柱法具有相对生产及生活影响小，改造时间短、费用低等优点，其缺点是技术要求较高，安全措施必须严密。1工程概况上海某大型项目地标建筑地面4层、地下一层，主体施工拆模过程中，发现位于一层885M1490M高度范围内的混凝土转换柱（共14根有一根表面蜂窝、麻面及孔洞外观缺陷较为严重，原因分析应是混凝土浇捣过程中局部漏振所致。通过对该柱进行的超声波检测，检测结果显示该框架柱内部孔隙分散且不均匀，质量不能满足设计强度要求。而此时，该框架柱885M标高以上的四层混凝土结构均已完成。为保证结构安全和建筑使用功能，决定采用“托梁换柱”的措施，即采用预应力顶撑托住梁板，之后将原柱子凿除，原位置重新浇制一根新的柱子。该项工作涉及多个工序，且为保证置换区域及周边结构的安全及质量，施工组织计划、方案准备及实施必须环环相扣、周密。本文将以此项目为例，系统的介绍框架结构“托梁换柱”技术的设计和施工方法。2、托梁换柱技术方案21置换结构柱概况待置换转换柱为885M1490M高度范围，柱截面400400，原混凝土强度等级C40，柱配筋为主筋12C20，箍筋C10100（4）。该转换柱周边（1490M标高处）框架梁分布见图1和图2所示，云线圈示位置为需置换混凝土柱。440M标高处为500MM厚混凝土楼板，配筋双层双向C18150。板下为回填土。9E图18850M标高结构平面图图21490M标高结构平面图22置换技术流程置换技术流程如图3所示。图3置换技术流程混凝土外观及强度检验拆除钢支撑支模浇筑混凝土拆模隐蔽验收剔凿缺陷混凝土原钢筋替换混凝土界面处理检查验收搭设脚手架及工作平台钢支撑施加预应力架设临时钢支撑3、施工方法和要点31搭设工作脚手架置换柱周边采用扣件式钢管搭设工作脚手架，以提供剔凿混凝土及支设模板工作面。脚手搭设材料及构造满足建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ1302011）要求。脚手架立杆间距1050MM，底部200MM处设置扫地杆，步距不大于2000MM，四周设置连续剪刀撑。脚手架内侧横杆距置换柱距离300MM，便于人员操作。架体顶部至1490M标高板底。脚手架分2阶段搭设第一阶段搭设主体框架，但留置部分水平横杆不搭设，以便临时钢支撑就位。第二阶段待临时钢支撑安装固定完成后，补缺水平横杆及外围剪刀撑。32临时钢支撑为保证置换过程中现有结构的安全，分别在885M1490M标高、440M885M标高处设置临时支撑。临时钢支撑采用双拼槽钢格构柱，截面尺寸280280，选用28C槽钢，缀板为8200200600。槽钢、缀板及其他吊钩等附件均采用Q235级钢材。钢支撑加工详图如图7所示，钢支撑A、B、C型布置于885M1490M标高范围，钢支撑E型布置于440M885M标高范围。321定位钢支撑将承载置换置凿除后上部结构传递的全部荷载，根据上部结构墙柱位置及操作面需要，确定支撑钢柱定位。钢支撑定位平面图如图4和图5所示。图4钢支撑定位平面图（885M标高处）图5钢支撑定位平面图（440M标高处）基础440M885M标高范围内钢支撑采用钢楔顶紧，如图6所示，使上部荷载传递至底板。图6440M885M标高范围钢支撑连接节点322钢支撑安装钢支撑采用手动葫芦配合滑轮车人工就位，手动葫芦采用M16膨胀螺栓固定于梁底。323885M1490M范围钢支撑预应力施加如图7所示，根据设计计算书，上部传递荷载N176225KN。经计算，885M1490M范围钢支撑A、B、D型内力为570KN，C型内力为6977KN，根据计算内力，利用千斤顶对885M1490M范围钢支撑施加预应力，以达到对置换柱卸载的目的。图7上部传递荷载预应力施加工况如图8所示，每根钢支撑下设置2个千斤顶，根据内力施加预应力。其后采用钢楔将钢支撑底部于885M结构板顶紧，并最终使千斤顶油压读数归零。将钢楔与钢支撑焊接固定后撤出千斤顶。图8预应力施加工况图33预应力施加采用2台40T立式油压千斤顶人工加压施加预应力。使用前应检查各部分是否完好，油液是否干净。油压式千斤顶的安全栓有损坏时严禁使用。使用时应严格遵守主要参数中的规定，切忌超高超载，不得加长手柄，不得超过规定人数操作。千斤顶应位于顶撑牛腿中心位置。千斤顶底面要垫平，如有需要可衬垫坚韧的木材，使千斤顶放置平稳。千斤顶顶升后，应及时用支撑物将重物支撑牢固，禁止将千斤顶作为支撑物使用。使用时，任何人不得站在安全栓的前面。在顶升的过程中，应随着钢支撑的上升在钢支撑下加设保险垫层，到达顶升高度后应及时将钢支撑垫牢。用两台及两台以上千斤顶同时顶升时，千斤顶的总起重能力应不小于荷重的两倍。顶升时应由专人统一指挥，确保各千斤顶的顶升速度及受力基本一致。千斤顶的下降速度必须缓慢，严禁在带负荷的情况下使其突然下降。为控制预应力的有效施加，钢支撑上将安装电阻式应变片，以监测钢支撑轴向力。当钢支撑轴力达到设计要求值时，立即将钢支撑底部垫牢并焊紧。钢支撑底部连接稳固后，观察应力监测装置，确认应力无损失后缓慢降下千斤顶并撤除。34应力监测确定应力监测所使用的设备如表1所示。表1监测设备表检测项目检测仪器名称型号仪器编号动态信号分析系统INV3020CFQ15008FA动态信号采集仪INV1861FO03001FA动载试验低频加速度传感器941BFS02003FA以上作业施工前，确保885M、1490M标高处相应区域无堆载、无施工机械、无人员，并张拉警戒线，加派安全管理人员看守。35剔凿缺陷混凝土混凝土剔凿采取风镐结合人工凿除的方式进行。剔凿前根据超声波检测初步结论划定剔凿区域，并用红色油漆进行明显表示。剔凿过程中必须注意保护主筋，不得损伤、割断置换柱主筋。为便于剔凿，将箍筋割除。柱主筋周围混凝土采用人工手工剥除，接近剔凿区域上下端边界100MM处采用人工剔凿。剔凿过程中，操作面以下500MM处张拉密目网防坠网，以防止人员及碎石坠落。脚手架外围张拉密目安全网，防止碎石飞溅。36替换柱子钢筋混凝土剔凿后确保柱主筋完整、无损伤。为保证置换后混凝土与钢筋粘结力，将剔凿区域柱主筋进行割除替换。替换钢筋型号规格同原设计要求。保留剔凿完成面外部分钢筋，以便于同替换钢筋连接。对主筋进行割除，切割界面按下图施工。相邻主筋错开700MM（35D）,短钢筋距离剔凿完成面300MM。保留段钢筋采用钢刷对其表面进行清理，去除锈斑及残留混凝土浆液。钢筋连接采用手工电弧焊，双面5D搭接焊，搭接长度100MM。焊条采用E5003。钢筋原材检验、加工、焊接作业，严格标准执行。主筋替换完成后，按原设计要求的规格、间距补全箍筋。37混凝土界面处理371界面打毛原构件混凝土界面（粘合面）经修整露出骨料新面后，应采用砂轮机进行打毛。砂轮机宜采用输出功率不小于340W的粗砂轮机，在混凝土粘合面上打出方向垂直于构件轴线、纹深为3MM4MM、间距约50MM的横向纹路。在完成上述加工后，用钢丝刷等工具清除原构件混凝土表面松动的骨料、砂砾、浮渣和粉尘，并用清洁的压力水冲洗干净。372界面胶（剂）涂刷原构件混凝土的界面，在打毛、清洁后，要求涂刷结构界面胶（剂）。界面胶（剂）的涂刷方法及质量要求应符合该产品使用说明书及施工图说明的规定。界面胶（剂）涂刷质量应均匀，无漏刷。界面胶（剂）的进场复验，应符合建筑结构加固工程施工质量验收规范（GB505502010）中第492条的规定。界面胶（剂）采用SIKADUR32LP环氧粘结界面剂，相关技术数据详见附件中的产品技术说明书。373置换柱模板支设柱模采用全新防水木模，其材料及搭设要求按原结构施工阶段施工方案执行。38浇筑混凝土381浇筑口设置为保证浇筑质量及压力，在1490M标高结构板处开设4个200MM200MM浇筑口，混凝土由该浇注口往柱内浇筑。4个浇筑口开设过程中采用人工凿除混凝土，严禁切断结构板钢筋。待拆模后，凿除浇筑口多余混凝土。382混凝土配比要求新浇筑混凝土采用自密实混凝土，添加微膨胀剂，且在原有混凝土强度等级要求上提高一个级配，即C45自密实微膨胀混凝土。在自密实混凝土拌制材料应符合规范的要求。383浇捣过程质量控制新浇筑混凝土采用泵送浇筑。在柱模顶部开设侧面浇注口。混凝土泵送施工应符合现行行业标准混凝土泵送施工技术规程JGJ/T10的规定。自密实混凝土入模温度不宜超过35，浇筑自密实混凝土时，现场应有专人进行监控。混凝土泵送和浇筑过程应保持连续性。自密实混凝土不使用插入式振捣器振捣，采用在模板外侧进行辅助敲击的方式振捣。384养护要求拆模后立即进行养护。采用塑料薄膜包裹覆盖，并应保持塑料薄膜内有凝结水。养护时间不得少于14D。39混凝土外观及强度检验拆模后，按规范中混凝土结构工程施工质量验收规范（GB502042011）中相关条文进行检查。待置换柱养护完成后，对新浇筑混凝土密实度进行超声法缺陷检查。对两次浇筑混凝土之间的结合面进行超声法质量检测。超声法检测严格按超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS212000）相关条文进行。4结论采用托梁换柱置换局部柱身混凝土的方法，不仅工作量大，而且施工难度大。在进行结构柱托换前，需要对加固区域结构进行充分检测，根据工程的具体情况和设计图纸对相关柱轴力、梁抗剪及加固后混凝土收缩变形、压缩变形等项目进行验算，并充分考虑结构的受力及变形因素。在托换过程中，须严格