高层住宅局部剪力墙置换施工技术

朱永军 马永强 赵 军 曹团结 张 军

1. 西安建工实业集团有限公司 陕西 西安 710065；2. 西安市建总工程集团有限公司 陕西 西安 710065

在建筑剪力墙结构施工过程中，受到一些不利因素的影响，有可能出现局部剪力墙混凝土抗压强度达不到设计标准的情况，导致建筑整体结构的质量和安全性降低，这时就要采取措施予以处理。

工程中常用的处理方法有：对问题部位及上部结构拆除重建法、加大截面法、外包型钢法、包碳纤维法、置换法等[1-3]。

拆除重建固然是风险最小且结构安全最有保障的方法，但该方法经济性差、会极大地延长建设工期；加大截面法是通过加大剪力墙横截面面积来提高其承载力，这样会增加结构自重，减少建筑物的使用空间，不适合在住宅建筑剪力墙加固时使用。

采用外包型钢法和包碳纤维法处理，后期剪力墙强度理论上可提高，但难以定量，经加固后的剪力墙与其他混凝土墙柱在抗震时的延性不匹配，仍存在一定的安全隐患，且该做法会造成建设单位交房困难，影响用户后期装修和使用。

置换法仅对强度不符合设计要求的剪力墙混凝土进行完全凿除，保留钢筋，再用高于设计强度一个等级的混凝土重新浇筑[4]，该做法经济性好，工期较短，加固成功后无任何后顾之忧且不影响建筑物的使用面积，是处理住宅建筑局部剪力墙混凝土强度不足的优选。

本文结合工程实例，对某高层住宅局部剪力墙结构混凝土置换加固技术进行介绍，包括置换前的支撑体系设计、选材、搭设，“跳仓法”置换施工全过程及上部结构变形监测等。

1 工程概况

某栋住宅楼为18层，剪力墙结构，现场主体结构施工至6层时，施工单位回弹检测发现第3层结构10轴/B-C轴、11轴/ B-C 轴及11轴/ C-D轴的墙体混凝土强度未达到C40的设计强度标准，通过对回弹强度检测值修正后得出其实际强度仅能达到C25，不满足设计要求，必须进行加固处理。

在综合考量且与建设单位和设计单位沟通后，本着坚持质量第一且不给业主留质量隐患的原则，决定采用剪力墙混凝土置换施工方案，置换剪力墙位置如图1所示。

图1 置换区域示意

2 工艺原理

混凝土置换法是采用新浇筑混凝土部分或全部置换存在缺陷的混凝土，以达到在原截面保持不变的条件下，承载力和耐久性满足原设计要求的加固方法。其主要技术特征是对已完成的上部结构进行安全支撑，然后将不合格墙体混凝土凿除后，整理钢筋及预埋电线管等，二次支模并浇筑新置换的混凝土。核心是通过方案设计将整段剪力墙划分为多段墙体，通过逐段墙体的置换完成整段墙体的置换，在多道墙体施工中采用“跳仓法”置换保证了结构安全和施工质量，可以从根本上解决建筑剪力墙结构的缺陷，特别适用于处理局部的不合格墙体质量问题，具有施工时间较短、成本较低、返工影响面小、效果好的优点[5-7]。

3 施工工艺流程及要点

3.1 工艺流程

安全支撑设计与施工→置换墙体编号划分→墙体第1次剔凿拆除→墙体钢筋、预埋线管整理、增补→墙体支模板→墙体浇筑混凝土→拆模→墙体养护→墙体第2次剔凿拆除→墙体钢筋、预埋线管整理、增补→墙体支模板→墙体浇筑混凝土→墙体拆模→墙体养护→墙体验收

3.2 施工要点

3.2.1 支撑体系设计

该栋楼现状是墙体置换施工层位于第3层，主体混凝土结构已施工至6层，5层和6层顶板未拆除支模满堂脚手架及模板。因该栋楼已暂停施工，置换墙体承受第3层顶梁板及以上混凝土结构自重荷载，同时承受5层及6层未拆模的施工恒荷载，因此安全支撑设计计算时不考虑上部的活荷载。在墙体拆除前必须对以上结构进行支撑，卸除置换墙体承受的上部荷载，所以结构安全支撑成为本工程最重要的施工环节。

支撑体系在置换施工层的搭设范围是沿垂直剪力墙方向两侧各扩大一个跨度开间，同时对2层和4层中，与3层墙体置换施工范围对应位置内的梁板进行二次支撑卸荷，支撑设于剪力墙两侧及梁底回撑。经统计上部荷载，2层支撑承受的竖向荷载约为400 kN（按4层考虑），支撑体系设计采用0.8 m×0.8 m满堂脚手架支撑并附加梁底0.6 m间距的独立构造支撑，经计算，上述措施满足安全要求，满堂脚手架搭设如图2所示。

图2 满堂脚手架搭设示意

3.2.2 支撑体系的选材及搭设

支撑采用满堂钢管架加方木形成稳定的安全支撑体系，钢管用φ48 mm×3.6 mm钢管，方木用项目在用的40 mm×60 mm方木。支撑体系承受楼板的自重及楼板上施工荷载。钢管立杆间距0.8 m，下设方木垫板，与置换墙间留出500～600 mm的操作面，在支撑立杆最顶部安装U形顶托，同条直线上相邻U形顶托上安装40 mm×60 mm方木作为支撑小梁与原有现浇楼板紧密相接，承受、分散上部荷载。在支撑立杆竖向搭设3道水平杆连接，根据现场实际情况选择适当部位安装架体剪刀撑，增强整体刚度。

3.2.3 墙体分段置换的长度设计

依据设计计算结果及置换论证方案，按照置换原则“先次要后主要，先中间后两边”，分批置换墙体且每次拆除和恢复的墙体长度不大于2 000 mm。根据结构工程师提供的方案，在梁底增加梁底回撑，与满堂脚手架支撑体系共同承担由被拆除的剪力墙承受的上部墙体及楼板、施工荷载。对要剔凿拆除的墙体采用“跳仓法”（根据结构工程师的建议及现场墙体情况采用间一隔一或隔二法）拆除。

3.2.4 预置换混凝土墙剔凿拆除

1）满堂脚手架安全支撑体系搭设完成且自检合格后，上报监理、建设单位验收，合格后，可按方案设计的拆除顺序开始墙体的拆除施工。按照置换原则每次拆除和恢复的墙体长度不大于2 000 mm，在本工程中置换的墙体拆除施工分2次完成，第1次从一侧对墙体拆除置换，当置换墙体混凝土强度达到设计强度后，可开始第2次拆除。2次混凝土墙体间施工缝接触面用混凝土界面剂处理。剪力墙墙体跳仓法置换编号如图3所示。

图3 墙体跳仓法置换编号

2）置换墙体拆除采取风镐、小电镐剔凿相结合的施工方法，拆除时可以由上至下逐步剔凿拆除，直至剔凿拆除完成。凿除不合格混凝土时，应在明显分界线处多凿30 mm，确保将不合格混凝土凿除清理彻底。施工时，首先人工剔凿掉墙体局部保护层，露出钢筋或用钢筋扫描仪扫描墙体，找出钢筋的位置，观察钢筋的分布情况，根据原墙体钢筋的设计间距，可以在墙体上标出钢筋的位置，以便剔凿时避免或少伤钢筋，为以后修复钢筋创造良好的基础。注意不可直接剔凿钢筋，在接近钢筋位置时应采用人工剔凿。对钢筋、预埋线管要整理、修复并验收合格后方可安装模板。拆除的混凝土垃圾应及时清运，不得堆积在楼板上。

3）新旧混凝土交界面处理时，应对旧混凝土表面进行凿毛，然后用高压水冲洗清理，并涂刷高质量混凝土界面黏合剂，达到新旧混凝土协同受力，防止销栓效应。涂刷结构界面剂前，应对原构件表面界面处理质量进行复查，不得有漏剔除的松动石子、浮砂，以及漏补的裂缝和漏清除的其他污垢等。另外，剪力墙新旧界面上不宜留通长冷缝，应做分段处理。

3.2.5 钢筋工程

对剔除混凝土后的钢筋，依据原设计图纸、施工规范整理，对受损钢筋进行修复、更换、补强。钢筋表面留存的混凝土等杂物可采用人工剔凿、钢丝刷等清理干净；在拆除过程中弯折的钢筋采用人工钢筋扳手调直；对于在拆除过程中遭到电镐剔凿破坏的钢筋，可以将此处钢筋切断，新增加钢筋与原钢筋进行焊接，焊接长度符合规范要求；可对暗柱部分采用补强措施。剪力墙钢筋网片的质量应符合GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定。

3.2.6 模板施工

混凝土置换墙模的支设需在钢筋绑扎达到标准要求后进行，且要求墙体凿除清理干净。选用方木、竹胶模板、对拉螺杆及钢管加固的模板体系，模板与原结构接缝处粘贴双面海绵条防漏浆。

安装模板前要检查模板、对拉螺杆和钢管等材料的刚度和稳定性，混凝土模板的质量和支护必须按照国家现行标准要求进行设置，确保模板不出现变形。模板顶部预留的混凝土浇筑口应设置为喇叭口[8]。

置换墙体模板支设完成后，除应对模板及其支撑进行验收外，还应对下列项目进行隐蔽工程验收：补配钢筋或箍筋的品种、级别、规格、数量、位置等；补配钢筋和原钢筋的连接方式及质量；界面处理及结构界面剂涂刷的质量。

3.2.7 置换剪力墙浇筑混凝土及成品养护

1）高位混凝土料口设计：混凝土浇筑采用高位进料，在置换层顶板上层墙体的两侧根部安装楔形进料口，设计尺寸为150 mm×150 mm，用人工对此部位混凝土凿除，避免损伤原有钢筋，预置补浆口及排气口、漏斗形混凝土进料口高于浇筑完成标高200～300 mm。

2）采用外购预拌混凝土，粗骨料粒径宜为10～20 mm，流动性良好，采用C45早强微膨胀细石混凝土（比原设计强度提高一个强度级别）。

3）混凝土浇筑必须连续进行，合理设置较短浇筑时间。插入式振捣器振捣，严格依据施工交底及GB 50166—2011《混凝土结构施工规范》的相应规定执行。在墙体混凝土强度达到70%及以上即可拆除此施工部位模板，所有墙体置换完成且混凝土强度达到设计强度后，方可拆除安全支撑体系。

4）混凝土浇筑完成后，安排专职人员加强养护，保湿养护时间不少于14 d。

3.2.8 上部结构变形监测

首先在置换剪力墙上一层（即第4层）同位置墙体上安装水平标高监测标志，在相邻不置换的墙体上设置水平标高标志作为监测参照标志，拆除施工过程中实时监测置换层上层墙体的水平标高监测标志与相邻墙体水平监测参照标志的数据变化值，若监测数值变化较大（接近安全值）或变化率较快时，应立即停止施工，启动应急措施并且评估确认安全后方可继续施工。本工程实际施工全过程未出现明显变形，表明施工时对内力和位移的控制是合理和有效的[9]。

4 施工效果

本工程历时10 d成功置换了3面剪力墙，既保证了整体工程进度，又确保了施工质量和安全，置换效果显著。在置换施工完成后，经原检测机构复检，剪力墙混凝土强度等级均达到C40以上，外表未见加固痕迹，不影响后期室内装饰装修施工。同时，经过后期观测，新旧混凝土结合面位置没有裂缝产生，周围结构也未出现变形过大或开裂等异常现象。施工结果表明，置换加固法有效处理了高层住宅局部混凝土剪力墙强度不满足设计要求的质量问题，确保了结构安全，满足了用户的使用功能要求。同时，与整体拆除重新施工的方法相比[10-11]，置换法施工最大限度地节省了工期，节约了施工费用，经济效益明显，且该工艺施工难度不高，由项目现场土建人员即可完成全部剪力墙置换施工任务。

5 结语

本工程缺陷混凝土剪力墙的置换施工实践，为解决建筑剪力墙结构缺陷提供了技术积累。尤其是结构中间层混凝土墙体质量事故，受制于客观条件，不便从上到下全部拆除，而混凝土墙体置换施工技术提供了一个较根本、效果较好的解决方法。通过该工程的具体实施，可得出高层住宅局部剪力墙置换施工的实施要点：

1）剪力墙置换加固施工时，各墙肢宜按先中间后两边的置换顺序施工，可根据实际情况采用更多的分段数，但必须严格控制分段置换量。

2）在混凝土浇筑完成且强度达到70%以上后可拆除模板，但安全支撑体系在混凝土强度达到100%后方可拆除。

3）新置换加固的混凝土应选择比原设计强度提高一个强度等级的早强微膨胀细石混凝土，防止新老混凝土之间产生收缩裂缝。

4）在拆除过程中应实时观测拆除置换层墙体上层墙体的水平标高监测标志与相邻墙体水平监测参照标志的变化情况，当发现监测数值变化较大或变化率较快时，应立即停止拆除施工，采取应急措施后方可继续施工。