【關鍵詞】：托梁拔柱 斷柱反頂  后張法預應力 卸載 結構加固  電子監測

一、前言

   目前，建筑業的發展已由大規模的新建時期轉到新建與維修改造并重時期，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大柱距問題的一種較好的技術方法得到了廣泛應用。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構的情況下實施拆除、更換、接長柱子的一門綜合性技術，包括相關結構加固技術、上部結構頂升技術及斷柱技術等，適用于因使用功能改變及生產工藝更新，要求改變平面布局、增大使用空間的舊建筑廠房改造等。與傳統的大掀蓋改造相比，托梁拔柱法具有對生產及生活影響較小、改造時間短、費用經濟等優點，其缺點是技術要求較高，安全措施必須周密。

二、工程概況

    某商住樓為三層框架結構,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，基礎為樁基。因一層改作電影院使用功能需要，使用方要求擴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,因此拔柱時不能對屋面層上部結構造成影響,特別是不能因拔柱造成上部結構開裂導致泳池滲漏水等。為滿足該建筑抗震和結構安全的需要，經計算復核及論證后采用了斷柱反頂、體內后張拉預應力、化學植筋及加大截面等多種特種技術手段對原結構進行加固處理后，成功安全完成了拔柱改造施工。

三、加固設計思路

    1、拔柱后結構內力變化分析:拔柱后該柱上部梁的跨度增加，同時內力也會隨之發生較大的變化。如圖2（a）所示，拔柱前該柱兩側的梁截面承受較大的負彎矩和正彎矩；拔柱后卻承受較大的正彎矩；另外，拔柱前后結構形式發生改變，導致原來梁的配筋不滿足設計復核要求。結構的受力傳遞路徑在拔柱后也會發生改變，一般有兩種情況：1.原結構僅在一個方向是主框架平面，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.原結構在兩個方向均為主框架平面，則所拔柱上的荷載將通過兩個方向的框架梁傳遞給周邊相鄰的四個柱子。

    2、托梁拔柱設計計算程序是：1、計算拔柱前原結構內力；2、研究確定拔柱后結構新的傳力路線及計算簡圖，并計算其內力。

    3、加固方案選擇與優化：根據工程的實際情況建模計算，分析計算結果表明原結構梁板柱都需加固處理。經比選優化設計中主要采用混凝土框架梁增大截面并加設體內預應力法、同時框架梁雙向跨度變大板下增設十字梁；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滿足了梁體內預應力后張拉的錨固需要。對于鋼筋混凝土結構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、體外預應力法等；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體內預應力張拉技術對托換大梁進行加固，以預應力反拱主動作用抵消托換大梁在托換荷載作用下產生的撓度變形，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，利用千斤頂進行加載預頂，這時上部結構會有微量的頂升反拱，使澆筑后的托換梁的撓度變形量大部分被消除，從而抑制消除了上部結構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、關鍵技術的施工應用

“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，截柱后再實施梁柱加固；二是先做好梁柱加固，再截柱。第1種方案優點體現在可以把框架柱中原混凝土全部替換掉，而缺點是對支撐卸荷措施的要求比較高；第2種方案優點體現在施工比較簡單，支撐卸荷措施簡單易行，而缺點是框架柱中原混凝土無法替換掉而需采用設計措施補強節點處理。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——增設十字梁加固——預應力張拉錨固——拔柱

其中關鍵技術的施工應用包括：

    1、卸載：為了使新老混凝土協同受力，加固梁柱結構體系內力、應力應在低應力（甚至零應力）狀態時進行加固。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生下撓變形，為了保證拔柱后控制下撓度避免產生裂縫，本項目創新采用了斷柱預頂后澆托換梁辦法對其進行反頂預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，千斤頂底頂部以鐵板墊平楔緊。斷柱采用水鉆鉆排孔方式作業。頂升高度是根據上部結構永久荷載、結構自重及活載等通過計算確定。反頂時所有千斤頂統一指揮統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行雙控，同時需嚴格監測密切注意結構及其附屬部分是否有異常，如有應立即停止施工，分析原因并采取正確措施后繼續施工。

    3、體內預應力施工：預應力加固法的受力特點屬主動受力,主要是通過鋼絞線的張拉,讓混凝土收拉區主動受力，相當于在原構件基礎上施加一套與恒載和活載產生的相反效應的等效荷載,和原構件形成桁架的受力形式,可從根本上提高構件的承載能力和控制裂縫及撓度,并縮小甚至閉合裂縫。本工程采用體內預應力，進一步解決了體外預應力防火及后期維護和耐久性問題。

張拉前應對千斤頂與油表由有資質的試驗檢測機構在萬能機上按主動態(即和張拉工作狀態一致)方式進行配套標定。按設計要求,預應力筋采用一端張拉。預應力筋張拉程序如下：0→0.1σcon (量初值) →σcon ( 量終值) →錨固預應力托換大梁施工。先預埋波紋管和錨具，穿入預應力筋，再澆筑混凝土。在澆筑過程中，不時抽動預應力筋以防止漏漿可能造成的不利影響，露出錨固的預應力筋用塑料薄膜及防水膠帶封閉。預應力鋼鉸線需等梁混凝土強度等級達到80%以上時方可進行張拉，張拉過程中及時監測預應力筋伸長值及回縮量。

    4、電子監測：托梁拔柱施工過程的須全程監測。在斷柱的頂升過程中，必須監測柱是否發生平移、傾斜及其他結構變化情況。施工中采取人工、先進的電子監測儀器、電腦相結合的做法。頂升時在梁柱上設貼標尺及應變片等，通過高精確度的電子儀器對頂升量、結構變形、整個施工過程等進行位移及傾斜情況監測，并將所有儀器的監測記錄輸入電腦，通過電腦的匯總、分析與人工觀測結果進行比較，確定施工對結構的影響情況，并對結構變形開裂提供預警，為施工及處理決策提供數據支持和依據，一旦發現問題，及時采取處理措施，確保安全施工。采用的電子監測設備包括：

（1）裂縫寬度測試儀：主要用于檢測并記錄、計量結構表面等裂縫寬度的定量檢測。

（2）電子傾角儀：在結構兩個水平位置及被托換結構頂部安裝此儀器，它利用具備ＭＥＭＳ加速度傳感器技術，并采用信號采集、放大及補償等技術，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：在頂升中，它主要用于測托換時，結構的抬升或沉降量。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。端口可直接連打印機現場打印某個時間段數據。

（4）靜態應變測量系統：:可自動、準確、可靠、快速測量大型結構、模型、及材料應力試驗中多點的靜態應變應力值。可對多點靜態的力、壓力；扭矩、位移等物理量進行測量。

五、施工注意事項

    1、強化頂升過程的施工管理。頂升過程中，應明確現場指揮人員，統一指揮各操作手進行頂升，強調幅度一致、用力均勻、讀數準確，并隨時注意測量高程，保證千斤頂同步、均勻頂升。頂升過程中要及時在斷柱間隙加墊鋼片并楔緊以防千斤頂失穩。

    2、植筋施工若植入梁柱構件打穿還不能滿足錨固要求的，為達到預期的錨固效果，植筋穿透后需與加設的后錨固鋼板（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，施工時需用鋼筋探測儀對擬植入構件進行鋼筋探測，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性降低。為保證施工安全，在鉆孔作業時必須對受影響范圍的樓板及梁柱進行有效支撐卸荷。

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

    6、為了保證施工過程的安全性及驗證理論計算的正確性，對整個施工過程進行全程跟蹤監測、對比及分析以正確指導施工。

六、加固效果評價

本次托梁拔柱順利竣工后，使用裂縫顯微鏡對相關梁板進行了裂縫觀測，未發現任何裂縫，實現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預應力，相對傳統的體外預應力，可以避免體外預應力養護困難、耐久性差的弱點，具有一定的推廣價值。

七、結論

    托梁拔柱往往技術要求高，施工難度大，合理地進行托換結構的加固設計、加強施工過程中各環節的管理和監控，是保證托梁拔柱工程安全可靠的關鍵。

本工程在方案選擇、工藝實施、綠色施工諸多方面均進行了優化，并將斷柱反頂、體內后張拉預應力等多種特種技術手段引入了既有建筑托梁拔柱改造加固工程中,突破了國內目前關于托梁拔柱改造的幾種常規加固方式,取得良好的效果。通過現場跟蹤監測，實測結果和理論計算結果基本吻合，為托梁拔柱的改造方法的探索與創新作出了有益的嘗試,以指導類似工程的設計及施工。

參考文獻

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