高层建筑地下施工质量问题分析与加固处理

　　1工程概况
　　湖南某高层建筑为一幢三十二层的现浇钢筋混凝土框架-核心简结构，按7度抗震设防，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级。该工程总建筑面积为50000m2，设三层地下室，四层裙房，总建筑高度为99.4m。地下室为停车库，裙房为商业用房，五层以上为写字楼。建筑物地下室平面简图如图1所示。该建筑物柱网跨度大，双核心简集中布置，简体剪力墙是主要抗侧力构件。
　　
　　2工程施工存在的主要质量问题与质量检测
　　2.1主要质量问题
　　该工程地下三层核心筒剪力墙设计混凝土等级为C50，混凝土浇筑施工后，按规范规定的拆模时间（中途进行测温，内外温差相等时）开始拆模。在拆模的过程中，发现筒体墙多处出现蜂窝、部分露筋和墙体裂缝等多种质量问题。本次质量问题主要发生在主楼部分的地下三层东、西两个核心简体剪力墙上，在墙体转角的暗柱、门洞暗柱、暗梁筋密集区以下。从检查结果发现：蜂窝面积较大，且露筋较多。根据建筑工程质量检测评定标准，各项指标均超过标准允许值，对整体结构承载力造成较大影响。
　　2.2工程检测
　　为了查清问题，及时处理，消除隐患，决定对筒体混凝土进行全面回弹，必要时进行抽芯，查出混凝土的实际强度。由于《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-29）能查到的最大强度换算值为49MPa，且地下室因连日阴雨，墙体潮湿，故筒体（混凝土C50）回弹检测意义不大，且数据离散性也大。最后决定采用钻芯法对核心筒混凝土进行检测，以进行区域强度评价。
检测单位对核心筒剪力墙共钻芯取样57处，其中东筒钻芯30处，西筒27处。检测结果核心筒混凝土最大换算强度为66MPa，最小换算强度为21MPa，强度变化较大，达不到设计要求。东、西核心筒混凝土检测换算强度区域代表强度分别详见表1和表2。
　　3施工质量问题产生的原因分析
　　认真分析这次施工发生重大质量问题的原因，认为主要如下：
　　3.1人员状况：现场管理干部素质差，组织和管理水平较差，没有与各有关管理人员和施工操作员有效沟通。施工技术人员力量薄弱，责任不明确。工人素质低，混凝土浇筑工未经培训，没有以往类似工程施工经验。
　　3.2技术原因：未按规范施工，质量保证体系不健全，技术措施不落实，管理人员没有将施工方案里的技术措施向施工人员交底，工序交接没有记录，没有交底。混凝土浇筑方法不对，一次浇筑超高未设溜槽或串筒，致使混凝土在浇筑时出现离析现象，混凝土浇筑时又振捣不足，致使混凝土出现石子与砂浆不分离，石子多的地方出现蜂窝、孔洞，砂浆多的地方强度不足，混凝土体开裂。
　　3.3设备状况：运送混凝土的车辆不足，致使浇筑时不能连续施工，施工缝又没能进行必要的处理；经常出现混凝土输送泵堵管，维修不及时；振动棒等振动器材质量不稳定且数量不足，振动器材经常坏或转动无力，无法使用。
　　4核心筒剪力墙结构强度计算分析与论证
　　甲方委托设计单位对该质量事故进行计算分析并提出加固补强处理方案，确保其承载能力能满足建筑物的安全及使用要求。现将计算分析过程简述如下。
　　4.1核心筒主要是抗侧力构件，在框一剪（或框筒）结构中剪力墙对结构物的位移起控制作用，结构变位取决于构件总体刚度ECJ，设计中地下三层混凝土强度等级为C50，当实际混凝土强度为C40时，其混凝土弹性模量EC的比值为Ec40/Ec80=3.25×104/3.45×101=0.94。在墙体截面不变（即J不变）时，墙体刚度仅降低6%，没有引起刚度突变。从计算分析中得知，不管在风荷载还是地震荷载作用下，底层的层作用力较小，层间位移角小于1/12000，故混凝土的E值变化对底层层间位移角也几乎无影响。对整体结构而言，因其它楼层刚度不变，故顶点位移变化很小，全楼最大层间位移变化甚微，建筑物位移受到影响很小。
　　4.2一般核心筒是个轴压比较小的构件，经计算当混凝土强度等级在C35～C50之间变化时，本工程核心筒各墙肢轴压比最大值为0.66～0.50范围内，主要承受抗侧力的核心筒四周外壁轴压比均小于0.60，混凝土的延性仍能得到保证。
　　4.3轴压比的变化是因混凝土强度等级变化引起的，也就是说构件轴压力几乎没有变化。当核心筒混凝土强度等级按C40计算时，该层各构件内力略有变化，电算分析结果显示，柱轴压比影响不大，柱子配筋仍按构造要求配置；仅核心筒四周外壁墙体各段内力在需要配筋计算的范围内，其余各墙肢（段）按构造要求配筋，暗柱配筋为1.2%Ac，墙体水平筋配筋率为0.25%。本工程实际配筋暗柱多1.2%Ac，墙体水平筋配筋率为：墙厚500为0.536%，墙厚250为0.6%，墙厚200为0.565%，均远大于计算值。
　　4.4在计算分析中，并未考虑地下室外壁的刚度贡献，其实地下室外壁刚度还是相当大的，对结构的变位带来有利影响。本工程三层地下室埋深较大，塔楼采用大直径人工挖孔桩，地下室侧壁外回填土施工控制比较严格，密实度达到0.95以上，可以认为地下室周围有比较可靠的侧限，地下室三层及大直径桩可以祈祷固定端嵌固作用。实际上建筑物水平力进入地面后，已逐渐衰减，地下三层水平力大大减少，地下三层的抗震等级可以降低，实际设计配筋对抵抗水平力有足够保证。
　　综合上述分析可知，由于施工质量造成核心筒混凝土强度等级在不低于C40的情况下，不影响其承载力，结构变位及配筋。因此，不需作整体加固补强措施，仅需对施工中出现的麻面、蜂窝、孔洞等导致混凝土等级降低太多的部位进行局部加固补强。
　　
　　5结构补强与加固处理施工
　　5.1缺陷部位补强处理
　　裂缝：清理墙基面的污垢、松散物体、刷洗干净，用改性环氧化学灌浆液对所以裂缝进行封闭补强。麻面：用钢丝刷清理墙面浮浆，并冲洗干净，充分湿润，用1：2水泥沙浆抹压平整。
　　蜂窝：凿除墙面浮浆浮石，并洗刷干净，充分湿润，用1：2水泥砂浆抹压平整。
　　孔洞：将孔洞处不密实的混凝土和突出的石子颗粒凿除，直至无空隙为止，要凿成斜形，避免死角，已锈蚀的钢筋应除锈。再将凿好的孔洞用水冲洗，清刷干净，充分湿润24小时后，刷水泥浆一道，用C50微膨胀细石混凝土浇灌，细石混凝土的水灰比控制在0.5以内，采用小振捣棒仔细振捣密实，混凝土浇灌应超高超宽浇灌，拆模后将多余混凝土凿除，或采用喷射混凝土施工。
露筋：将外露钢筋上的混凝土残渣、浮浆浮石清除，用钢丝刷刷除锈皮。
　　5.2东、西核心筒剪力墙加固处理
　　由于混凝土强度等级不同程度低于设计混凝土强度等级C50的要求（见表1、表2），故需进行加固处理。本设计采取的补强加固措施，是结合实测混凝土缺陷处及强度较弱（小于C40）处将筒体剪力墙凿成多条竖向加强带，加强带采用微膨胀混凝土，强度等级为C50，加强带凿断面要清刷干净，并充分湿润12h。浇混凝土前，要刷一道水泥浆，混凝土要振捣密实。加强带的具体位置要求见图2，在层顶处设一道加强暗圈梁，以形成整体加强。
　　5.3施工要求
　　5.3.1所有缺陷定义划分，应按照国家标准“建筑安装工程质量检测评定标准”进行划分，分别采取补强措施。
　　5.3.2所有已锈钢筋均应除锈，当钢筋截面锈蚀削弱≥10%（面积比）时，应绑条焊加强。
　　5.3.3所以修补部位的水泥砂浆及细石混凝土均应做好养护，确保砂浆及混凝土强度。
　　5.3.4缺陷补强及加强带位置、范围，放线后要经有关单位核实后方可凿打。
　　5.3.5在缺陷补强时，凿除浮浆、浮石、除锈清刷工作完成后，应通知建设、质检、监理、设计检查满足设计要求后，再做下步工作。
　　5.3.6混凝土凿打，不能采用大锤大力撞打。应采用钢钎凿打，不得损伤旁边的混凝土，不得打断钢筋。
　　
　　6加固处理效果评价
　　按照上述要求补强、加固后，确认整体混凝土的强度等级可达C40。经计算复核：建筑物层间位移及顶点位移满足规范限值要求；筒体剪力墙轴压比均小于0.60，满足设计要求，剪力墙仍保证一定的延性，剪压比控制在规范范围内；筒体剪力墙的配筋按原设计满足要求，承载力满足使用要求，建筑物安全、可靠。对新补混凝土强度进行超声一回弹综合法检测和新旧混凝土结合面超声法检测，按检测结果评定修补构件混凝土强度代表值为48MPa，相当于C49实际强度水平，具95%保证率。为设计强度等级（C50）的97.8%，满足设计要求。修补构件混凝土内部密实度情况良好，无明显蜂窝、孔洞及脱空等缺陷，新旧混凝土结合正常。
　　
　　7结语
　　综上所述，通常地下室核心筒（剪力墙）是一个轴压比较小的构件，且地下室承担的水平力由地面向下逐渐衰减，地下室剪力墙抗震等级可以降低，对该类构件的发生质量问题时不需作整体加固补强措施，只需对缺陷部位进行局部加固补强，即可满足结构抗震承载力要求。