建筑工程技術-抗震、加固與監(jiān)測技術

9 抗震、加固與監(jiān)測技術

9.1 消能減震技術

9.1.1技術內容

消能減震技術是將結構的某些構件設計成消能構件，或在結構的某些部位裝設消能裝置。在風或小震作用時，結構具有足夠的側向剛度以滿足正常使用要求；當出現(xiàn)大風或大震作用時，隨著結構側向變形的增大，消能構件或消能裝置率先進入非彈性狀態(tài)，產生較大阻尼，大量消耗輸入結構的地震或風振能量，使主體結構避免出現(xiàn)明顯的非彈性狀態(tài)，且迅速衰減結構的地震或風振反應（位移、速度、加速度等），保護主體結構及構件在強地震或大風中免遭破壞或倒塌，達到減震抗震的目的。

消能部件一般由消能器、連接支撐和其他連接構件等組成。

消能部件中的消能器（又稱阻尼器）分為速度相關型如粘滯流體阻尼器、粘彈性阻尼器、粘滯阻尼墻、粘彈性阻尼墻；位移相關型如金屬屈服型阻尼器、摩擦阻尼器等和其它類型,如調頻質量阻尼器（TMD）、調頻液體阻尼器（TLD）等。

采用消能減震技術的結構體系與傳統(tǒng)抗震結構體系相比，具有更高安全性、經濟性和技術合理性。

9.1.2技術指標

建筑結構消能減震設計方案，應根據建筑抗震設防類別、抗震設防烈度、場地條件、建筑結構方案和建筑使用要求，與采用抗震設計的設計方案進行技術和經濟可行性的對比分析后確定。采用消能減震技術結構體系的設計、施工、驗收和維護應按現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011和《建筑消能建筑技術規(guī)程》JGJ 297進行，設計安裝做法可參考國家建筑標準設計圖集《建筑結構消能減震(振)設計》09SG610-2，其產品應符合現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑消能阻尼器》JG/T 209的規(guī)定。

9.1.3適用范圍

消能減震技術主要應用于多高層建筑，高聳塔架，大跨度橋梁，柔性管道、管線(生命線工程)，既有建筑的抗震（或抗風）性能的改善，文物建筑及有紀念意義的建（構）筑物的保護等。

9.1.4工程案例

江蘇省宿遷市建設大廈、北京威盛大廈等新建工程，以及北京火車站、北京展覽館、西安長樂苑招商局廣場4號樓等加固改造工程。

9.2 建筑隔震技術

9.2.1技術內容

基礎隔震系統(tǒng)是通過在基礎和上部結構之間，設置一個專門的隔震支座和耗能元件（如鉛阻尼器、油阻尼器、鋼棒阻尼器、粘彈性阻尼器和滑板支座等），形成剛度很低的柔性底層，稱為隔震層。通過隔震層的隔震和耗能元件，使基礎和上部結構斷開，將建筑物分為上部結構、隔震層和下部結構三部分，延長上部結構的基本周期，從而避開地震的主頻帶范圍，使上部結構與水平地面運動在相當程度上解除了耦連關系，同時利用隔震層的高阻尼特性，消耗輸入地震動的能量，使傳遞到隔震結構上的地震作用進一步減小，提高隔震建筑的安全性。目前除基礎隔震外，人們對層間隔震的研究和應用也越來越多。

隔震技術已經系統(tǒng)化、實用化，它包括摩擦滑移系統(tǒng)、疊層橡膠支座系統(tǒng)、摩擦擺系統(tǒng)等，其中目前工程界最常用的是疊層橡膠支座隔震系統(tǒng)。這種隔震系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠，采用專門的疊層橡膠支座作為隔震元件，是由一層層的薄鋼板和橡膠相互疊置，經過專門的硫化工藝粘合而成，其結構、配方、工藝需要特殊的設計，屬于一種橡膠厚制品。目前常用的橡膠隔震支座有天然橡膠支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。

9.2.2技術指標

采用隔震技術后的上部結構地震作用一般可減小3～6倍，地震時建筑物上部結構的反應以第一振型為主，類似于剛體平動。其地震反應很小，結構構件和內部設備都不會發(fā)生破壞或喪失正常的使用功能，在內部工作和生活的人員不僅不會遭受傷害，也不會感受到強烈的搖晃，強震發(fā)生后人員無需疏散，房屋無需修理或僅需一般修理，從而保證建筑物的安全甚至避免非結構構件如設備、裝修破壞等次生災害的發(fā)生。

建筑隔震設計方案，應根據建筑抗震設防類別、抗震設防烈度、場地條件、建筑結構方案和建筑使用要求，與采用抗震設計的設計方案進行技術、經濟可行性的對比分析后確定。采用隔震技術結構體系的計算分析應按現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011進行，設計安裝做法可參考國家建筑標準設計圖集《建筑結構隔震構造詳圖》03SG610-1，其產品應符合現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑隔震橡膠支座》JG 118的規(guī)定。

9.2.3適用范圍

建筑隔震技術一般應用于重要的建筑，一般指甲、乙類等特別重要的建筑；也可應用于有特殊性使用要求的建筑，傳統(tǒng)抗震技術難以達到抗震要求的或有更高抗震要求的某些建筑，也可用于抗震性能不滿足要求的既有建筑的加固改造，文物建筑及有紀念意義的建（構）筑物的保護等。

9.2.4工程案例

北京三里河七部委聯(lián)合辦公樓、北京地鐵復八線、福建省防震減災中心大樓、昆明新機場等。

9.3 結構構件加固技術

9.3.1技術內容

結構構件加固技術常用的有鋼絞線網片聚合物砂漿加固技術和外包鋼加固技術。

鋼絞線網片聚合物砂漿加固技術是在被加固構件進行界面處理后，將鋼絞線網片敷設于被加固構件的受拉部位，再在其上涂抹聚合物砂漿。其中鋼絞線是受力的主體，在加固后的結構中發(fā)揮其高于普通鋼筋的抗拉強度；聚合物砂漿有良好的滲透性、對氯化物和一般化工品的阻抗性好，粘結強度和密實程度高，一方面可起保護鋼絞線網片的作用，另一方面將其粘結在原結構上形成整體，使鋼絞線網片與原結構構件變形協(xié)調、共同工作，以有效提高其承載能力和剛度。

外包鋼加固法是在鋼筋混凝土梁、柱四周包型鋼的一種加固方法，可分為干式和濕式兩種。濕式外包鋼加固法，是在外包型鋼與構件之間采用改性環(huán)氧樹脂化學灌漿等方法進行粘結，以使型鋼與原構件能整體共同工作。干式外包鋼加固法的型鋼與原構件之間無粘結（有時填以水泥砂漿），不傳遞結合面剪力，與濕式相比，干式外包鋼法施工更方便，但承載力的提高不如濕式外包鋼法有效。

9.3.2技術指標

鋼絞線網片聚合物砂漿加固的材料和設計計算及施工應符合行業(yè)標準《鋼絞線網片聚合物砂漿加固加固技術規(guī)程》JGJ 337的要求；外包鋼加固的設計計算和膠粘劑的要求應符合國家現(xiàn)行標準《混凝土結構加固設計規(guī)范》GB 50367和行業(yè)標準《建筑抗震加固技術規(guī)程》JGJ 116的規(guī)定，關于鋼材、焊縫設計及其施工的要求應符合現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017的規(guī)定。

9.3.3適用范圍

鋼絞線網片聚合物砂漿加固技術適用于砌體結構磚墻、鋼筋混凝土結構梁、板、柱和節(jié)點的加固。外包鋼加固技術適用于需要提高截面承載能力和抗震能力的鋼筋混凝土梁、柱結構的加固。

9.3.4工程案例

鋼絞線網片聚合物砂漿與外包鋼加固技術已在北京火車站、北京工人體育場、北京工人體育館、中國國家博物館、廈門鄭成功紀念館、廈門特區(qū)紀念館等加固改造工程中應用。

9.4 建筑移位技術

9.4.1技術內容

建筑物移位技術是指在保持房屋建筑與結構整體性和可用性不變的前提下，將其從原址移到新址的既有建筑保護技術。建筑物移位具有技術要求高、工程風險大的特點。建筑物移位包括以下技術環(huán)節(jié)：新址基礎施工、移位基礎與軌道布設、結構托換與安裝行走機構、牽引設備與系統(tǒng)控制、建筑物移位施工、新址基礎上就位連接。其中結構托換是指對整體結構或部分結構進行合理改造，改變荷載傳力路徑的工程技術，通過結構托換將上部結構與基礎分離，為安裝行走機構創(chuàng)造條件；移位軌道及牽引系統(tǒng)控制是指移位過程中軌道設計及牽引系統(tǒng)的實施，通過液壓系統(tǒng)施加動力后驅動結構在移位軌道上行走；就位連接是指建筑物移到指定位置后原建筑與新基礎連接成為整體，其中可靠的連接處理是保證建筑物在新址基礎上結構安全的重要環(huán)節(jié)。

9.4.2技術指標

采用建筑移位技術的結構設計可依據國家現(xiàn)行行業(yè)標準《建（構）筑物移位工程技術規(guī)程》JGJ/T 239及《建筑物移位糾傾增層改造技術規(guī)范》CECS225進行，變形監(jiān)測做法可按現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8執(zhí)行。

9.4.3適用范圍

適用于具有使用價值或保留價值或歷史價值的既有建（構）物的整體移位，對于這些既有建（構）物因規(guī)劃調整、小區(qū)平面布置改變等原因，需整體從原址移位到附近新址，其移位方式包括平移、旋轉及局部頂升?？煽紤]進行移位的建（構）筑物為：一般工業(yè)與民用建筑，其層數為多層，其結構形式可包括砌體結構、鋼筋混凝土結構、磚木結構、鋼結構等；其他構筑物；古建筑、歷史建筑與特殊建筑。

9.4.4工程案例

廈門市人民檢察院綜合樓6層鋼筋混凝土框架結構平移工程、泉州佳麗彩印廠專家樓平移工程、北京英國大使館（國家一級文物）整體平移工程、濟南宏濟堂歷史建筑整體移位工程等。

9.5 結構無損性拆除技術

9.5.1技術內容

無損性拆除技術主要包括金剛石無損鉆切技術和水力破除技術，這兩種技術對結構產生的擾動小，對保留結構基本無沖擊，不損壞保留結構的性能狀態(tài)，同時它具有低噪聲、輕污染、效率高的特點。主要用于既有建（構）物結構改造時部分結構與構件的無損性拆除。

（1）金剛石無損鉆切技術

利用金剛石工具包括金剛石繩鋸、金剛石圓盤鋸、金剛石薄壁鉆等，通過其對既有混凝土結構構件進行鋸切、切削與鉆孔形成切割面，將結構需切割拆除的部分與保留的結構分離，滿足保留既有混凝土結構的受力性能和使用壽命的技術要求。

（2）水力破除技術

水力破除技術是采用高速水射流來破除混凝土的靜力銑刨技術?；炷潦嵌嗫撞牧锨铱估瓘姸认鄬^低，高速水射流穿透混凝土孔隙時產生內壓，當內壓超過混凝土的抗拉強度時，混凝土即被破除，而水流對鋼筋沒有影響，故鋼筋可以原樣保留。

9.5.2技術指標

（1）金剛石無損鉆切技術

1）金剛石繩鋸：

繩索的變向是通過導向輪的組合安裝來實現(xiàn)的，施工過程中導向輪的安裝與主動驅動輪中的位置關系應巧妙的設計，以滿足切割要求。

繩索切割線速度不低于18m/s。

金剛石繩索的質量標準應滿足切割過程中最大張拉強度的要求。

2）金剛石圓盤鋸 ：

切割鋸片與切割深度的關系見表9.1。

表9.1 切割鋸片與切割深度關系表

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切割鋸的軌道安裝偏差控制在3mm以內，鋸片固定完成后檢查調整鋸片與切割面的垂直度，平行于墻體切割樓板時，距離墻邊最小切割距離為30mm。

3）金剛石薄壁鉆：

采用十字畫線法確定鉆孔中心，孔位偏差不超過3mm。

利用連續(xù)鉆孔進行切割時，鉆孔采用Φ89mm或Φ108mm孔徑施工，1m長度方向上布置鉆孔數為11～13個。切割直線偏差小于20mm。

（2）水力破除技術

水力破除技術參數主要為壓力、流量、沖程；如壓力大、流量小則施工效率會大大降低，壓力小、流量大則無法破除混凝土，沖程大則破除深度大，沖程小則破除深度小，三者有著密不可分，應針對不同標號強度、級配的混凝土參數的進行設定。具體參數詳見表9.2。

表9.2水力破除技術參數表

?

9.5.3適用范圍

適用于各類既有鋼筋混凝土結構建筑的局部結構拆改及有保留結構要求的工程施工。

9.5.4工程案例

北京三元橋(跨京順路)橋梁快速大修工程、京港澳高速公路石安段支漳河特大橋改擴建工程、北京牡丹園公寓2號樓拆除工程等。

9.6 深基坑施工監(jiān)測技術

9.6.1技術內容

基坑工程監(jiān)測是指通過對基坑控制參數進行一定期間內的量值及變化進行監(jiān)測，并根據監(jiān)測數據評估判斷或預測基坑安全狀態(tài)，為安全控制措施提供技術依據。

監(jiān)測內容一般包括支護結構的內力和位移、基坑底部及周邊土體的位移、周邊建筑物的位移、周邊管線和設施的位移及地下水狀況等。

監(jiān)測系統(tǒng)一般包括傳感器、數據采集傳輸系統(tǒng)、數據庫、狀態(tài)分析評估與預測軟件等。

通過在工程支護（圍護）結構上布設位移監(jiān)測點，進行定期或實時監(jiān)測，根據變形值判定是否需要采取相應措施，消除影響，避免進一步變形發(fā)生的危險。監(jiān)測方法可分為基準線法和坐標法。

在水平位移監(jiān)測點旁布設圍護結構的沉降監(jiān)測點，布點要求間隔15～25m布設一個監(jiān)測點，利用高程監(jiān)測的方法對圍護結構頂部進行沉降監(jiān)測。

基坑圍護結構沿垂直方向水平位移的監(jiān)測，用測斜儀由下至上測量預先埋設在墻體內測斜管的變形情況，以了解基坑開挖施工過程中基坑支護結構在各個深度上的水平位移情況，用以了解和推算圍護體變形。

臨近建筑物沉降監(jiān)測，利用高程監(jiān)測的方法來了解臨近建筑物的沉降，從而了解其是否會引起不均勻沉降。

在施工現(xiàn)場沉降影響范圍之外，布設3個基準點為該工程臨近建筑物沉降監(jiān)測的基準點。臨近建筑物沉降監(jiān)測的監(jiān)測方法、使用儀器、監(jiān)測精度同建筑物主體沉降監(jiān)測。

9.6.2技術指標

（1）變形報警值。水平位移報警值，按一級安全等級考慮，最大水平位移≤0.14％H；按二級安全等級考慮，最大水平位移≤0.3％H。

（2）地面沉降量報警值。按一級安全等級考慮，最大沉降量≤0.1％H；按二級安全等級考慮，最大沉降量≤0.2％H。

（3）監(jiān)測報警指標一般以總變化量和變化速率兩個量控制，累計變化量的報警指標一般不宜超過設計限值。若有監(jiān)測項目的數據超過報警指標，應從累計變化量與日變量兩方面考慮。

9.6.3適用范圍

用于深基坑鉆、挖孔灌注樁、地連墻、重力壩等圍（支）護結構的變形監(jiān)測。

9.6.4工程案例

深圳中航廣場工程、上海萬達商業(yè)中心等。

9.7 大型復雜結構施工安全性監(jiān)測技術

9.7.1技術內容

大型復雜結構是指大跨度鋼結構、大跨度混凝土結構、索膜結構、超限復雜結構、施工質量控制要求高且有重要影響的結構、橋梁結構等，以及采用滑移、轉體、頂升、提升等特殊施工過程的結構。

大型復雜結構施工安全性監(jiān)測以控制結構在施工期間的安全為主要目的，重點技術是通過檢測結構安全控制參數在一定期間內的量值及變化，并根據監(jiān)測數據評估或預判結構安全狀態(tài)，必要時采取相應控制措施以保證結構安全。監(jiān)測參數一般包括變形、應力應變、荷載、溫度和結構動態(tài)參數等。

監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器、數據采集傳輸系統(tǒng)、數據庫、狀態(tài)分析評估與顯示軟件等。

9.7.2技術指標

監(jiān)測技術指標主要包括傳感器及數據采集傳輸系統(tǒng)測試穩(wěn)定性和精度，其穩(wěn)定性指標一般為監(jiān)測期間內最大漂移小于工程允許的范圍，測試精度一般滿足結構狀態(tài)值的5％以內。監(jiān)測點布置與數量滿足工程監(jiān)測的需要，并滿足《建筑與橋梁結構監(jiān)測技術規(guī)范》GB50982等國家現(xiàn)行監(jiān)測、測量等規(guī)范標準要求。

9.7.3適用范圍

大跨度鋼結構、大跨度混凝土結構、索膜結構、超限復雜結構、施工質量控制要求高且有重要影響的建筑結構和橋梁結構等，包含有滑移、轉體、頂升、提升等特殊施工過程的結構。

9.7.4工程案例

武漢綠地中心、上海中心、深圳平安金融中心、天津津塔、上海東方明珠塔、廣州電視塔等超高層與高聳結構、國家體育場鋼結構、五棵松體育館鋼結構、國家大劇院鋼結構、深圳會展中心鋼結構、昆明新機場、上海大劇院、2010年上海世博會世博軸鋼結構與索膜結構、中國航海博物館結構；大同大劇院鋼筋混凝土薄殼結構等大跨空間結構，CCTV新臺址異形結構；大同美術館三角錐鋼結構頂推滑移工程，貴州盤縣大橋頂推工程，中航技研發(fā)中心頂升工程等。

9.8 爆破工程監(jiān)測技術

9.8.1技術內容

在爆破作業(yè)中爆破振動對基礎、建筑物自身、周邊環(huán)境物均會造成一定的影響，無論從工程施工的角度還是環(huán)境安全的需要，均要對爆破作業(yè)提出控制，將爆破引發(fā)的各類效應列為控制和監(jiān)測爆破影響的重要項目。

爆破監(jiān)測的主要項目主要包括：（1）爆破質點振動速度；（2）爆破動應變；（3）爆破孔隙動水壓力；（4）爆破水擊波、動水壓力及涌浪；（5）爆破有害氣體、空氣沖擊波及噪聲；（6）爆破前周邊建筑物的檢測與評估；（7）爆破中周邊建筑物振動加速度、傾斜及裂縫。

振動速度加速度傳感器、應變計、滲壓計、水擊波傳感器、脈動壓力傳感器、傾斜計、裂縫計等分別與各類數據采集分析裝置組成監(jiān)測系統(tǒng)；對有害氣體的分析可采用有毒氣體檢測儀；空氣沖擊波及噪聲監(jiān)測可采用專用的爆破噪聲測試系統(tǒng)或聲級計。

9.8.2技術指標

爆破監(jiān)測在具體實施中應符合國家現(xiàn)行標準《爆破安全規(guī)程》GB6722、《作業(yè)場所空氣中粉塵測定方法》GB5748、《水電水利工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》DL/T5333。

9.8.3適用范圍

適用于市政工程、海港碼頭、鐵路、公路、水利水電工程中的巖石類爆破。

9.8.4工程案例

三峽水利樞紐三期上游圍堰拆除工程、小浪底水利樞紐的左右岸開挖工程、秦山核電站大型基坑開挖爆破、重慶輕軌三號線江北機場站工程、南水北調丹江口水庫加高工程、西北熱力穿山隧道爆破施工。

9.9 受周邊施工影響的建（構）筑物檢測、監(jiān)測技術

9.9.1技術內容

周邊施工指在既有建（構）筑物下部或臨近區(qū)域進行深基坑開挖降水、地鐵穿越、地下頂管、綜合管廊等的施工，這些施工易引發(fā)周邊建（構）筑物的不均勻沉降、變形及開裂等，致使結構或既有線路出現(xiàn)開裂、不均勻沉降、傾斜甚至坍塌等事故，因此有必要對受施工影響的周邊建（構）筑物進行檢測與風險評估，并對其進行施工期間的監(jiān)測，嚴格控制其沉降、位移、應力、變形、開裂等各項指標。

各類穿越既有線路或穿越既有建（構）筑物的工程，施工前應按施工工藝及步驟進行數值模擬，分析地表及上部結構變形與內力，并結合計算結果調整和設定施工監(jiān)控指標。

9.9.2技術指標

檢測主要是對既有結構的現(xiàn)狀、結構性態(tài)進行檢測與調查，記錄結構外觀缺陷與損傷、裂縫、差異沉降、傾斜等作為施工前結構初始值，并對結構進行承載力評定及預變形分析。結構承載力評定應包含較大差異沉降、傾斜或缺陷的作用；監(jiān)測及預警主要為受影響的建（構）筑物結構內部變形及應力，傾斜與不均勻沉降，典型裂縫的寬度與開展，其他典型缺陷等。

9.9.3適用范圍

周邊施工包含深基坑施工、地鐵穿越施工、地下頂管施工、綜合管廊施工等。

9.9.4工程案例

天津老城廂深基坑開挖對周邊居民樓影響監(jiān)測，天津地下管廊頂管施工對周邊居民樓影響監(jiān)測，北京地鐵10號線穿越施工過程檢測監(jiān)測，合肥地鐵3號線穿越施工對上部建筑影響檢測監(jiān)測與評估。

9.10 隧道安全監(jiān)測技術

9.10.1技術內容

對隧道襯砌結構變形監(jiān)測，根據監(jiān)測數據判定隧道的安全性，實現(xiàn)隧道安全監(jiān)測。

監(jiān)測系統(tǒng)應包括監(jiān)測斷面測點棱鏡、自動全站儀、通訊裝置、控制計算機以及數據中心服務器，采用實時在線控制方式，可實現(xiàn)數據的受控采集和實時分析，同時實現(xiàn)監(jiān)測數據和報警信息的實時發(fā)布。

系統(tǒng)實施具體要求如下：

（1）在隧道襯砌結構表面設置監(jiān)測斷面，監(jiān)測斷面應設置在變形影響區(qū)內，監(jiān)測斷面間距一般5～15m，特殊地質地段和重要構筑物附近的斷面應適當加密；

（2）每個監(jiān)測斷面設置監(jiān)測棱鏡若干，一般要在拱頂、拱腰、拱腳等部位設置監(jiān)測點；

（3）在監(jiān)測區(qū)域外的穩(wěn)定區(qū)布置基準斷面，可以在監(jiān)測區(qū)外布置2個基準斷面，每斷面設置棱鏡2～5個，兩基準斷面之間棱鏡組成基線，采用自動全站儀進行基于基線的變形測量；

（4）自動全站儀應盡量設置在兩個基準斷面之間，同時要避讓最大變形區(qū)域，減少監(jiān)測過程中具有有限角度補償的自動全站儀的人工糾偏工作量；

（5）監(jiān)測報警閾值根據現(xiàn)場實際情況計算設置，同時符合相關規(guī)范。

9.10.2技術指標

監(jiān)測實施過程應符合現(xiàn)行國家標準《工程測量規(guī)范》GB50026、《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB50308等。

9.10.3適用范圍

施工和運營中的隧道安全監(jiān)測。

9.10.4工程案例

深圳地鐵9號線,深圳地鐵9號線西延線等。

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