一种剪力墙的加固方法与流程

1.本发明属于建筑修复和加固技术领域，具体涉及一种剪力墙的加固方法。
技术背景
2.剪力墙又称抗震墙，目前，钢筋混凝土剪力墙结构已经广泛应用在高层建筑中，是建筑物中主要承受水平荷载和竖向荷载的重要结构。在建筑的建造或使用过程中，有些剪力墙会因为使用的混凝土强度不够或者其它的原因导致剪力墙整体或部分强度不符合要求，出现承载力不足的情况，继续使用存在较大安全隐患，因此需要对存在问题的剪力墙进行加固。
3.现有技术中对剪力墙的加固方法主要有增大截面法、粘贴钢板加固法和混凝土置换加固法等，其中混凝土置换加固法可以从根本上解决剪力墙存在的问题，但在置换过程中，需要布置支撑，支撑布置对施工技术要求较高，并且通常需要对剪力墙进行分块逐步更换，速度较慢，影响工期。而在一些特殊的建筑结构部位，剪力墙周测没有足够空间进行支撑的布置，导致置换加固无法正常实施，如何对剪力墙进行有效加固，同时提高置换速度、减小支撑设置难度是目前仍未解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决上述问题，提供一种剪力墙的加固方法，尤其是一种将混凝土置换和增大截面结合在一起剪力墙加固方法。
5.本发明采用了以下技术方案：
6.一种剪力墙的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.s1.凿除：凿除原有剪力墙的墙面保护层，再依据原有剪力墙内钢筋11绑扎位置，将纵向钢筋和水平钢筋间露出的混凝土向墙内方向凿出凹陷坑；
8.s2.加固：使用新增混凝土填充s1中凿出的凹陷坑，并用使用新增混凝土重塑原有剪力墙墙面保护层，同时增大原有剪力墙的截面积，形成加强剪力墙。所述增大原有剪力墙的截面积中，截面积在原有剪力墙两侧截面上为均匀增加。
9.优选的，所述步骤s1中，凹陷坑的边缘与该凹陷坑对应的纵向钢筋和水平钢筋的边缘均保持20mm
±
2mm距离，凹陷坑以碗状或柱状向原有剪力墙墙体内凹，所述凹陷坑底面面积小于或等于其敞口面积。
10.优选的，所述步骤s1中，单个凹陷坑的凿除深度d的确定方法如下：
11.计算原有剪力墙需求承载力n，计算加强剪力墙的承载力n’：
[0012][0013]
其中，为受压构件即加强剪力墙的稳定系数；f
c0
为原有剪力墙10设计使用混凝土的轴心抗压强度设计值；a
c0
原有剪力墙扣除新增混凝土置换厚度后剩余厚度；αc为置换部分的新增混凝土轴心抗压强度设计值，fc为新增混凝土轴心抗压强度设计值，所述新增混凝土轴心抗压强度设计值以高出原有剪力墙设计使用混凝土的轴心抗压强度两个等级
的新增混凝土为梯度递增，并带入公式计算；αc为新增混凝土置换加增大截面积即增加截面部分的总厚度，即αc＝2倍的凿除深度d 增加截面厚度；f
′
y0
为原有剪力墙纵向受压钢筋的抗压强度设计值；、α
′
s0
为原有剪力墙纵向受压钢筋的截面面积；
[0014]
当剪力墙承载力n’＞原有剪力墙设计承载力值n时，f
c0
处新增混凝土轴心抗压强度设计值对应的混凝土强度为新增混凝土强度等级。
[0015]
优选的，对原有剪力墙的一面凿出凹陷坑后，使用新增混凝土填补该面的凹陷坑，置换原有剪力墙该面面层，再在原有剪力墙厚度基础上加厚剪力墙一段设定，6-8d后，待新增混凝土定型，再凿除原有剪力墙的另一面，使用新增混凝土填补凹陷坑，置换原有剪力墙面层，并增大原有剪力墙截面积。
[0016]
优选的，当增加截面厚度大于原有剪力墙的保护层的厚度时，所述步骤s1和步骤s2之间还包括增设钢筋网步骤。
[0017]
优选的，所述步骤s2还包括支浇筑模板。
[0018]
优选的，当所述原有剪力墙仅允许单面施工时，直接以2倍的凿除深度d为单个凹陷坑凿除深度对原有剪力墙的施工面进行保护层和原有剪力墙内钢筋间混凝土的凿除，使墙面形成凹陷坑。
[0019]
优选的，当所述原有剪力墙仅允许单面施工时，所述步骤s2还包括支浇筑模板和植筋步骤。
[0020]
优选的，所述新增混凝土替换为高强灌浆料。
[0021]
本发明的有益效果在于：
[0022]
1)本发明在原有剪力墙内水平钢筋和竖向钢筋交错间露出在表面的混凝土向墙内方向凿出凹陷坑，一方面增加了新增混凝土和原墙面间的结合力，另一方面由于凹陷坑深度方向间的混凝土留余很少或仅有钢筋，当新增混凝土填补上后，相当于在不扰动原有钢筋基础上置换了一部分原有剪力墙的混凝土，增加了原有剪力墙的抗压强度。
[0023]
2)现有技术中，当剪力墙的实际强度远低于设计强度时，需要对剪力墙混凝土进行完全置换，这时需要将一片剪力墙划分为多个区域，逐一置换，此过程中，对支撑设置要求较高，且容易破坏原有剪力墙内钢筋。本发明在钢筋间凿出凹陷坑，最大限度的避免了对钢筋的扰动，使施工过程更加安全。
[0024]
3)本发明在填补凿出的凹陷坑后，使用新增混凝土对剪力墙两面墙体加厚，增大了剪力墙的截面面积，使新增混凝土和原有剪力墙内的剩余混凝土形成夹心剪力墙，在提高剪力墙承载力的同时，降低了置换成本。
[0025]
4)由于本发明凿除的墙面深度较小，因此可以对剪力墙的一面进行同期施工，则一片剪力墙分两次即可施工完成，缩短了传统剪力墙加固的工期，提高了效率。
附图说明
[0026]
图1为本发明原有剪力墙的凿除示意图；
[0027]
图2为本发明加强剪力墙的结构示意图；
[0028]
图3为图1中a向的凹陷坑凿除示意图；
[0029]
图4为本发明原有剪力墙单侧加固的加强示意图；
[0030]
图5为图2中a向的钢筋网设置示意图；
[0031]
图6为实施例1中原有剪力墙的有限元模拟应力分析；
[0032]
图7为实施例1中加强剪力墙的有限元模拟应力分析。
[0033]
图中标注符号的含义如下：
[0034]
10-原有剪力墙 11-原有剪力墙内钢筋 111-纵向钢筋 112-水平钢筋
[0035]
12-保护层 20-凹陷坑 30-钢筋网 31-竖向钢筋 32-横向钢筋
[0036]
40-新增拉结筋 50-增加截面 60-植筋
具体实施方式
[0037]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做出更为具体的说明：
[0038]
实施例1
[0039]
某高层住宅楼，地上33层,地下1层，建筑总高度96.00m。其结构体系为剪力墙结构，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，场地类别为iii类，设计地震分组为第1组，特征周期值为0.45s，抗震设防类别为丙类，剪力墙抗震等级二级。
[0040]
经第三方检测单位检测，第三层原有剪力墙的混凝土强度实测值达不到设计要求，需要对存在安全隐患的原有剪力墙进行加固补强，以达到满足原设计及现行国家规范的要求。
[0041]
1.计算需加固的原有剪力墙占比
[0042]
第3层原有剪力墙10 26片，总截面面积约21.8m2，将原有剪力墙实测混凝土强度值输入yjk软件中计算，统计得到轴压比超限的墙肢约10片，其截面面积约8.85m2，占比约40％。
[0043]
2.计算凿除厚度
[0044]
根据《混凝土结构加固设计规范》gb50367中增大截面加固钢筋混凝土轴心受压构件公式计算凿除厚度，其正截面受压承载力计算公式如下：
[0045][0046]
其中：n-构件加固后的轴向压力设计值(kn)；
[0047]-受压构件稳定系数，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》gb50010的规定值采用；
[0048]
α
c-置换部分新增混凝土的强度利用系数，当置换过程无支顶时，取αc＝0.8；当置换过程采取有效的支顶措施时，取αc＝1.0；
[0049]fc0
、f
c-分别为原构件混凝土和置换部分新混凝土的抗压强度设计值(n/mm2)；
[0050]ac0
、α
c-分别为原构件截面扣去置换部分后的剩余截面面积和置换部分的截面面积(mm2)，本实施例中统一以厚度带入计算。
[0051]f′
y0
、α
′
s0-分别为原构件纵向受压钢筋的抗压强度设计值(n/mm2)和原构件纵向受压钢筋的截面面积(mm2)，本实施例中不予考虑。
[0052]
则本实施例中，置换部分新增混凝土的强度系数取0.8，按轴心受压构件，取1米剪力墙为计算模型。原有剪力墙10取厚度200mm，混凝土强度检测批推定值为38.5mpa，实际最小混凝土芯样推定值为38mpa，c35混凝土轴心抗压强度设计值为16.7mpa，则c38折算为16.7x38/35＝18.1mpa；
[0053]
原有剪力墙10设计图纸使用c50混凝土，c50混凝土轴心抗压强度设计值为23.1，
新增混凝土轴心抗压强度值需大于原有剪力墙10设计使用的混凝土等级，以混凝土等级标准中两级为一个梯度计算新增混凝土的强度和凿除厚度关系。混凝土等级标准参考gb50010《混凝土结构设计规范》规定，普通混凝土划分为十四个等级，即：c15，c20，c25，c30，c35，c40，c45，c50，c55，c60，c65，c70，c75，c80。
[0054]
原有剪力墙10厚度200mm，将其单边凿除深度设为d，以原有剪力墙10抹灰厚度为增加截面50宽度，抹灰厚度两边合计为40mm，那么，
[0055]
原有剪力墙10需求承载力n≤0.9
×
23.1
×
1000
×
200＝4158000n，若采用c60置换并增加截面后，总墙厚变为240mm，c60混凝土轴心抗压强度设计值为27.5mpa，则承载力n’≤0.9
×
1000
×
(27.5
×
(40 2d)
×
0.8 18.1
×
(200-2d))＞4158000n，得出d＞15.38mm，考虑设计富余量，取整数20mm为凿除深度。则，40 2
×
20＝80，其中“80”为新增混凝土的置换加拓宽后部分的总截面厚度；200-2
×
20＝160，“160”为墙体剩余未置换的混凝土截面厚度，故使用c60混凝土加固后的剪力墙受压承载力满足原设计要求。c60混凝土可以使用a60高强灌浆料替代。
[0056]
本实施例中保护层12厚度15mm，原有剪力墙内钢筋11间的凹陷坑20深度8mm；实际工况中，保护层12凿除后原有剪力墙内钢筋11即露出，由于误差存在，凿出凹陷坑20深度为8mm，则取20mm为平均凿除深度d，符合上述规定。
[0057]
3.验算
[0058]
原有剪力墙10双面共凿除40mm厚度，占墙厚比40/200＝0.2即为20％。剪力先施工一单面再施工另一侧面，则每次凿除的原有剪力墙占比为40％
×
20％
×
0.5＝4％，4％＜最大可控误差范围5％，对主体结构影响十分微小，可以使用。
[0059]
4.凿除
[0060]
凿除需先凿除原有剪力墙10的墙面保护层12，再依据原有剪力墙内钢筋11绑扎位置，将纵向钢筋111和水平钢筋112间露出的混凝土面向墙内方向凿出凹陷坑20，凿除时避免扰动纵向钢筋111和水平钢筋112。本实施例中，原有剪力墙10内纵向钢筋111和水平钢筋112以200
×
200mm间距设置，凿除时，凹陷坑20的边缘与纵向钢筋111及水平钢筋112间均留出20mm的空隙以避免扰动到原有剪力墙内钢筋11。
[0061]
为防止扰动到墙内钢筋，在凿除保护层12前可以先使用钢筋扫描仪等检测仪器对原有剪力墙内钢筋11进行定位，若对钢筋造成了轻微扰动，需将钢筋进行调直、回位。
[0062]
5.增设钢筋网
[0063]
由于增加截面厚度较大，为了增加新增混凝土与墙面的结合力并抗裂，在原有剪力墙内钢筋11基础上增设一层钢筋网30。钢筋网30设置在新增截面内侧，与原有剪力墙内钢筋11相互独立，包括横向钢筋31和竖向钢筋32，横向钢筋31和竖向钢筋32的直径为10mm，以间距150mm布置并通过细铁丝绑扎成网状。钢筋网30通过新增拉结筋40固定，新增拉结筋40采用直径4mm钢筋，按间距600的梅花状穿过原有剪力墙10墙体，且其一端与原有剪力墙10先施工的一面增设的钢筋网30连接，另一端与原有剪力墙10后施工的一面增设的钢筋网30连接。
[0064]
钢筋网30具体设置可以使用现有技术中的设置方式。
[0065]
钢筋网30中横向钢筋31的一端或两端和竖向钢筋32的两端植入原有剪力墙10墙体或梁中。
[0066]
6.支浇筑模版浇筑
[0067]
以现有技术支第一面浇筑模板，先支原有剪力墙10先施工的一面，固定后在第一面浇筑模板和剪力墙之间浇筑新增混凝土，并确保新增混凝土振捣密实。浇筑前采用高压水冲刷干净新老混凝土的粘结面，在混凝土充分湿润后，用水泥净浆或专业界面剂涂刷一层，再进行浇筑。6-7d后新增混凝土基本凝固，再对原有剪力墙10的另一面进行施工。
[0068]
在原有剪力墙10的另一面设置完钢筋网30后，支第二面浇筑模板，在第二面浇筑模板和剪力墙之间浇筑新增混凝土，等待凝固。
[0069]
7.加强剪力墙养护
[0070]
待浇筑的混凝土完全凝固后，拆除浇筑模板，按照需求对加强剪力墙进行养护。
[0071]
利用有限元程序对剪力墙加固前后进行分析，选用midas fea软件，选取一片墙肢，按照原设计图纸输入原有剪力墙10的厚度200mm，层高2900mm，混凝土强度等级c35，钢筋hrb400，约束边缘构件等信息，建立有限元模型。
[0072]
以本实施例凹陷坑20凿除深度d为20mm，施工阶段重力荷载代值选取10212kn(活载取0，考虑0.5kn/m2的附加恒载)，计算结果如图6所示，从图中可以看出，原有剪力墙10的主要区域应力值约为11.6n/mm2，小于c35的混凝土抗压设计强度值16.7n/mm2。
[0073]
填补凹陷坑20及增加截面50后，取正常使用阶段重力荷载代值为12290kn计算，荷载增量为12290-10212＝2078kn，计算结果如图7所示，从图中可以看出，原芯墙主要区域增加应力值约为1.6n/mm2，芯墙的混凝土叠加应力为11.6 1.6＝13.2n/mm2，小于c35混凝土抗压强度设计值16.7n/mm2，亦小于实测混凝土强度等级c38，其混凝土抗压强度设计值为18.1n/mm2，显示出了较好的加固效果。
[0074]
实施例2
[0075]
仅允许单面施工的剪力墙加固
[0076]
当原有剪力墙10仅允许单面施工时，本实施例中对数据的计算和凿除步骤同实施例1，不同的是，单面上单个凹陷坑20的凿除深度为2d，浇筑模板单面设置，墙内采用植筋60方式代替实施例1中的新增拉结筋40进行新增混凝土加固，植筋60的步骤包括：
[0077]
s71.钻孔清尘：按设计要求的孔位、孔径、孔深钻孔，钻孔避开原有剪力墙内钢筋11位置；用吹风机与刷子清理钻出的孔道直至孔内壁无浮尘水渍为止。
[0078]
s72.注胶植筋60：注胶采用粘胶灌注器边注边缓慢拔出灌注器；植筋60用钢筋必须顺直，植筋60前应对原钢筋进行除锈，且除锈长度大于植筋60长度，将处理好的钢筋旋转缓慢插入孔道内，使植筋60胶均匀附着在钢筋表面及螺纹缝隙中。插好的钢筋或锚栓不可再扰动，等待注胶固化。
[0079]
s73.检验养护：当植筋60胶养护期结束后才进行增设钢筋网30、支浇筑模板及其他各项工作。在后续施工前，需进行非破损性拉拔试验，用来检测工作状态下的植筋60质量是否复合设计要求。
[0080]
本实施例中的植筋60可以采用现有技术中的植筋60方法按具体方案需求进行施工。
[0081]
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保
护范围之内。