高延性混凝土在历史建筑砌体构件加固中的应用

陈泽鸿

（福建泉州市土地开发有限公司，福建泉州 362000）

引言

洋楼是闽南地区传统建筑的重要组成部分，但由于历史悠久、建筑结构老化、加之年久失修和后期人为破坏等原因，很多已渐渐破败，这些老建筑面临严重的威胁。历史文化建筑的传承和保护要遵循国家及地方政府的相关规定，既满足建筑结构安全，延长其寿命周期，同时又能保留其原有的历史风貌，做到修旧如旧，让这些见证了闽南华侨家国情怀的老洋楼继续讲述那个年代南洋华侨的故事。因此，如何对这些历史文化建筑进行科学有效的加固和修缮保护，是一个亟待解决的问题。

当前国内常见的砌体墙加固方法有钢筋混凝土面层、钢筋网水泥砂浆面层和碳纤维布等，这些方法都能明显提高砌体结构的承载力、抗震性能，但也有其明显的短板。比如，碳纤维布加固方式存在造价成本偏高，所用胶粘剂耐久性较差，碳布与原墙面基层可能产生剥离等问题；钢筋混凝土面层和钢筋网水泥砂浆面层加固方式存在施工过程措施投入增加，对原结构破坏、干扰较大，工期较长，原结构自重增大等问题。

西安建筑科技大学土木工程学院的邓明科教授团队研发的高延性混凝土作为一种新型的建筑材料，在数年的工程实践中取得了良好的应用效果，得到了业界的关注和认可[3]。高延性混凝土面层相比常见的加固方式，具有施工操作简单，节省工期，综合造价合理等优点，且在历史文化建筑加固的应用上能够最大限度的保留其原有风貌。本文就以闽南地区某砖木结构洋楼为例，简单介绍高延性混凝土面层在砌体墙加固中的应用，以期可供读者作为经验参考。

1 项目简介

1.1 项目特点

本文研究的项目位于福建泉州，建造于20 世纪初，建筑总高度约7.21 m，二层五开间洋楼，用地面积1 300 m2，该楼以红色清水砖柱、砖墙等构建，建筑面积约600 m2。作为泉州地区最老的洋楼之一，在建筑类型、风格、工艺及材料等方面，体现了“中西合璧”的特征，总体布局紧凑规整，分区明晰，主次有序，总体风貌错落有致，具有很高的文化艺术价值。在不破坏该建筑历史风貌外观的前提下，遵照“保护为主，抢救第一，合理利用，加强管理”的文物工作方针，遵循最小干预的保护性修缮原则，对该楼作静力工况下的正常承载力能力校核并进行主体结构加固补强，保护性修缮。

1.2 项目存在的问题

该房屋为两层砖木混合结构，竖向承重构件主要是砖墙、砖柱，楼盖为传统的木檩条、木格栅及木板，屋盖为木檩条、木橼及木架等组成。由于年代久远，该洋楼的设计、施工资料缺失，对该建筑现状、结构等进行了检测、测绘。

结果表明，未发现上部主体结构有明显倾斜，未发现因地基变形导致的墙、柱等构件产生沉降裂缝等现象，未发现存在明显的整体倾斜等现象，结合现场情况判断该楼地基基础处于稳定状态。

表1 上部结构侧向位移量测结果汇总表

表2 上部承重结构安全性评级结果

墙体主要存在的问题：部分墙体出现开裂、老化松散现象，砌筑材料强度低，墙体整体性较差，无圈梁和构造柱，内隔墙未见与主要承重结构有拉结措施。经检测单位计算复核分析，部分砌体墙承载能力和构造基本不能满足规范要求。

2 常见墙体加固方式及存在的问题

在不对建筑外立面造成破坏和保留部分内墙原始风貌的原则要求下，根据检测报告的结论，针对该建筑承重墙体存在的问题，常见的加固方式有两种选择：1）钢筋混凝土面层加固；2）钢筋网水泥砂浆面层加固。

2.1 钢筋混凝土面层（板墙）

1）钢筋混凝土面层（板墙）的特点

钢筋混凝土面层（板墙）适用于以外加钢筋混凝土面层加固砌体墙、柱的设计[1]，是当前砖混结构建筑中最为常见的加固技术。加固方式就是在墙体一侧或两侧加设与原墙体连接的钢筋网，支模浇筑或喷射一层钢筋混凝土层，与原始墙体结合形成一道复合墙体，能够有效的提高墙体的承载能力和抗剪能力。

2）钢筋混凝土面层（板墙）的构造要求

根据《砌体结构加固设计规范》（GB 50702-2011）第5.5.1 规定，钢筋混凝土面层的截面厚度不应小于60 mm，当用喷射混凝土施工时，不应小于50 mm[1]；根据《砌体结构加固设计规范》（GB 50702-2011）第5.5.3 规定，纵向钢筋的上下端均应有可靠的锚固，上端应锚入有配筋的混凝土梁垫、梁、板或牛腿内，下端应锚入基础内[1]。

2.2 钢筋网水泥砂浆面层

1）钢筋网水泥砂浆面层的特点

钢筋网水泥砂浆面层适用于各类砌体墙、柱的加固[1]。钢筋网水泥砂浆面层加固是在原始墙体一侧或两侧布设与原始墙体连接的钢筋网，再支模浇筑或者抹压水泥砂浆形成水泥砂浆面层，这种加固方式能够有效加固原墙体，通过这道新的墙体提升原墙体的抗剪承载力。要使钢筋网水泥砂浆面层加固有效，要注意提高砌体受压承载力，同时对原墙体的砌筑砂浆强度等级也提出了相应的要求。

2）钢筋网水泥砂浆面层的构造要求

根据《砌体结构加固设计规范》GB 50702-2011第6.5.1 规定[1]，当采用钢筋网水泥砂浆面层加固砌体承重构件时，其面层厚度，对室内正常湿度环境，应为35～45 mm，对于露天或潮湿环境，应为45～50 mm。

根据《砌体结构加固设计规范》GB 50702-2011第6.5.6 规定[1]，钢筋网四周应与楼板、大梁、柱或墙体可靠连接。墙、柱加固增设的竖向受力钢筋，其上端应锚固在楼层构件、圈梁或配筋的混凝土垫块中；其中伸入地下一端应锚固在基础内。锚固可采用植筋方式。

2.3 两种加固方式存在的问题

1）无论是钢筋混凝土面层（板墙）加固还是钢筋网水泥砂浆面层，《砌体结构加固设计规范》对两种加固方式的面层厚度均做了最低的要求，面层厚度的增加，将会影响到建筑室内的空间，造成使用面积的减少；

2）面层厚度增加也意味着加固后结构自重增大，上部荷载增加又涉及到原基础承载力是否满足要求；

3）两种加固方式中的钢筋网施工要在原墙体上进行打孔植筋，对原墙体会造成一定程度的损坏，对保留原始风貌要求较高的历史文化建筑不利；

4）底层墙体配置钢筋网的构造措施，需与基础锚固就会要求对基础进行大面的开挖，对历史建筑原已稳定的地基基础造成影响。

综上，两种加固方案势必对本工程的造价及工期造成较大的影响。

3 高延性混凝土的应用

面对传统加固技术的特点和不足，高延性混凝土技术的提出，解决了本工程墙体加固的技术、成本、工期等问题。

3.1 高延性混凝土特点

高延性混凝土是由胶凝材料、集料、外加剂和合成纤维等原材料组成，按一定比例加水搅拌、成型之后，具有高强度、高延性、高韧性和高耐损伤能力的特种混凝土[2]。

关于高延性混凝土的众多研究表明，高延性混凝土对提高砖墙的开裂荷载效果明显，开裂后的后继承载力、砖墙的竖向承载力、变形性能、耐损伤能力显著提高；显著改善砖墙的脆性特征，有效约束墙体，从而提高建筑物的抗震能力，增强建筑的整体性能，提高建筑物的使用寿命。高延性混凝土在砌体结构的静力加固中已被广泛的应用。

3.2 高延性混凝土面层的优势

1）砂浆面层具有明显脆性特征，使墙体水平荷载下降较快，不能充分发挥钢筋网的性能。采用单面高延性混凝土加固的墙体承载力下降缓慢，开裂荷载和耗能能力明显高于钢筋网水泥砂浆面层加固[3]；

2）对室内使用空间影响较小：根据陕西省工程建设标准《高延性混凝土应用技术规程》DBJ 61/T 112-2021 第7.5.2 规定，高延性混凝土面层加固砌体受压构件，宜采用双面加固，面层厚度不宜小于15 mm，当采用单面加固时，面层厚度不宜小于20 mm[4]。采用涂抹20 mm 厚高延性混凝土面层的做法，材料用量相比较少，墙体厚度增加小，对结构自重影响小，与砖墙粘结强度高，抗剪承载力提高较多；

3）对原始墙体、基础影响小：不拆除原墙体，墙体交接处增设钢筋混凝土构造柱加强墙体间拉结和整体性，底层墙体的高延性混凝土面层向下延伸至基础顶面，极大减少原基础的开挖量；

4）工期短、施工便捷：面层一次施工到位，质量有保证，构造措施相对简单，工期相比传统加固方式大大缩短；

5）造价较为合理：减少了措施费，减少钢筋用量，材料用量少，综合造价合理。

经过对比分析，针对项目的特点，最终选用高延性混凝土面层加固方式。

3.3 高延性混凝土面层节点做法

高延性混凝土面层节点做法如图1～2 所示。

图1 墙体节点涂抹方式1

图2 墙体节点涂抹方式2

3.4 高延性混凝土面层施工顺序

1）铲除原墙体抹灰层及疏松、风化部位；

2）清理灰缝、浮灰；

3）开槽或钻孔并用水冲刷；

4）提前浇水湿润墙面，不得有积水；

5）压抹高延性混凝土并养护。

3.5 高延性混凝土面层施工要点

1）压抹高延性混凝土面层前，应对墙面进行浇水湿润，并待墙面稍干后再分层压抹，每层压抹厚度不超过15 mm；

2）高延性混凝土面层厚度应符合设计要求，当一次压抹高延性混凝土厚度未达到设计要求时，后一道压抹应在前一道初期硬化后进行施工；

3）应注意构件转角处连续施工，不得在转角处留施工冷缝；

4）高延性混凝土面层施工完成后12 h 内应进行浇水养护，保持湿润状态，夏季应防止阳光暴晒，冬季应采用防冻措施；

5）如果原墙体存在疏松、破损、蜂窝麻面、胀裂、脱落等缺陷应进行修复处理。首先清理缺陷部位至坚实基层，并清洁干净；洒水充分浸润后进行修复。对大体积缺陷，也可以采用灌浆料浇筑进行修复。

3.6 加固后的效果分析

项目加固施工完成后，对墙、梁、柱等构件进行全面的检查，未发现有因沉降引起的变形、开裂等现象，未见柱、墙顶有明显水平位移或倾斜，表面均未见明显的裂缝、缺陷及损伤，其中高延性混凝土施工材料检验报告齐全有效，面层实测厚度、相关力学性能指标等主控项目符合设计要求。通过锤击检查，未发现高延性混凝土面层存在空鼓现象，粘结质量情况良好。通过施工期间及使用期两个阶段的沉降、倾斜观测，数据无异常，判定已达到稳定状态。经有资质的专业检测公司鉴定，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292-2015），项目加固后安全性等级评定为Bsu级，使用性等级评定为Bss级，可靠性等级评定为Ⅱ级，加固效果达到预期的目标。

4 结语

高延性混凝土面层加固砖砌体墙施工方便，工期节省明显，且减少了相应措施的投入，有效节约造价成本，减少施工过程对项目周边环境的影响。

高延性混凝土基于众多试验研究成果及实际项目的应用，其性能已得到了充分验证。本项目利用增设构造柱加上砖墙涂抹高延性混凝土面层的加固方式，加强了结构的整体性，改善砖砌体墙的脆性剪切破坏，有效的限制墙体开裂，大幅提高结构的承载力、延性及其耗能能力，可供相似项目作为经验参考。

在我国，砖砌体结构的历史文化建筑存有量巨大，且多数至今年代久远，建筑老化破败等问题难以避免，缺乏相关的抗震概念设计。另外，历史文化建筑作为一个民族文明传承的重要载体，其文化底蕴的保护更要结合实际情况和需求，选择科学合理的加固方式让其得以展现、保存、延续。当前对于历史文化建筑的加固修缮已迫在眉睫，高延性混凝土这一新型建筑材料的研发应用可以很好的解决这个问题，提升历史文化建筑的安全性、耐久性、稳定性，同时带来社会经济效益、历史文化价值的提升。碳中和目标已列入国家发展战略的顶层设计，推广高延性混凝土的研发和应用，减少水泥、钢筋等高碳排放建筑材料的用量，有利于持续减排工作的推进。