淺議混凝土結(jié)構(gòu)加固方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)選
2016-02-29
混凝土構(gòu)筑物因出現(xiàn)功能性改變，如接建、增加荷載等，或在出現(xiàn)質(zhì)量問題，如配筋不足、災(zāi)后修補(bǔ)、混凝土強(qiáng)度不夠等，都需要進(jìn)行加固。其加固施工及加固方案的設(shè)計(jì)尤為重要，對于需要加固的構(gòu)筑物，應(yīng)根據(jù)構(gòu)筑物的不同情況設(shè)計(jì)不同的加固方案。
一、混凝土結(jié)構(gòu)的加固的一般方法
混凝土結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的方法和配套的技術(shù)。
1、直接加固的一般方法
?。?）加大截面加固法。在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層，可增加截面有效高度，擴(kuò)大截面面積，從而提高構(gòu)件正截面抗彎，斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。
?。?）置換混凝土加固法。該法的優(yōu)點(diǎn)與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時(shí)間長的缺點(diǎn)；適用于受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。
（3）有粘結(jié)外包型鋼加固法。外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊，外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應(yīng)采用濕式外包法，即采用環(huán)氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)傭粘結(jié)成一整體，加固后的構(gòu)件，由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高，因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。該法也稱濕式外包鋼加固法，受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護(hù)的情況下用于600C以上高溫場所；適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
?。?）粘鋼加固法。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件外部粘鋼加固是在構(gòu)件承載力不足區(qū)段（正截面受拉區(qū)、正截面受壓區(qū)或斜截面）表面粘貼鋼板，這樣可提高被加固構(gòu)件的承載力，且施工方便。
?。?）粘貼纖維增強(qiáng)塑料加固法。外貼纖維加固是用膠結(jié)材料把纖維增強(qiáng)復(fù)合材料貼于被加固構(gòu)件的受拉區(qū)域，使它與被加固截面共同工作，達(dá)到提高構(gòu)件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，但需要專門的防火處理，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。
?。?）繞絲法該法的優(yōu)缺點(diǎn)與加大截面法相近；適用于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜截面承載力不足的加固，或需對受壓構(gòu)件施加橫向約束力的場合。
?。?）錨栓錨固法該法適用于混凝土強(qiáng)度等級為C20～C60的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固；不適用于已嚴(yán)重風(fēng)化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。
2、間接加固的一般方法有：
?。?）預(yù)應(yīng)力加固法。①預(yù)應(yīng)力水平拉桿固法。預(yù)應(yīng)力水平拉桿加固的混凝土受彎構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力和新增外部荷載的共同作用，拉桿內(nèi)產(chǎn)生軸向拉力，該力通過桿端錨固偏心地傳遞到構(gòu)件上（當(dāng)拉桿與梁板底面緊密貼合時(shí)，拉桿會與構(gòu)件共同找曲，此時(shí)尚有一部分壓力直接傳遞給構(gòu)件底面），在構(gòu)件中產(chǎn)生偏心受壓作用，該作用克服了部分外荷載產(chǎn)生的彎矩，減少了外荷載效應(yīng)，從而提高了構(gòu)件的抗彎能力。同時(shí)，由于拉桿傳給構(gòu)件的壓力作用，構(gòu)件裂縫發(fā)展得以緩解、控制、斜截面抗剪承載力也隨之提高。②預(yù)應(yīng)力下?lián)卫瓧U加固法。鋼筋混凝土構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固定后，形成一個(gè)由被加固構(gòu)件和下?lián)问嚼瓧U組成的復(fù)合超靜定結(jié)構(gòu)體系，在外荷載和預(yù)應(yīng)力共同作用下，拉桿中產(chǎn)生軸向力并通過與構(gòu)件的結(jié)合點(diǎn)（下?lián)吸c(diǎn)和桿端錨固點(diǎn)）傳遞給被加固構(gòu)件，抵消了部分外荷載，改變了原構(gòu)件截面內(nèi)力特征，從而提高了構(gòu)件的承載能力。
?。?）增加支承加固法。增設(shè)支點(diǎn)加固法是通過減少受彎構(gòu)件的計(jì)算跨度，達(dá)到減少作用在被加固構(gòu)件上的載載效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)承載水平的目的。該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間；適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
?。?）其它加固法。輔助結(jié)構(gòu)加固法是采用另制的輔助構(gòu)件，如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁，部分或全部分擔(dān)被加固梁的荷載。
二、加固方案的優(yōu)選
混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)今應(yīng)用最為廣泛,在施工和使用中出現(xiàn)各種問題也層出不窮,因此混凝土加固技術(shù)也得到了很大的發(fā)展,出現(xiàn)問題的成因主要有設(shè)計(jì)、施工、材料質(zhì)量等方面,比如因施工原因造成的配筋位置偏差過大,混凝土強(qiáng)度不夠,混凝土內(nèi)部夾雜、缺陷、狗洞等；還有因功能性改變,如接層、增加荷載等原因都需要進(jìn)行加固。因此,加固方案的比較和選擇就顯得十分重要,加固方案的制定應(yīng)根據(jù)不同情況有針對的制定,同時(shí)要遵循安全、經(jīng)濟(jì)、快捷、施工方便的原則。
1、首先要把是否具有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全優(yōu)秀的加固方案具體體現(xiàn)在其施工作業(yè)方便、施工技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效果好、加固質(zhì)量高等四方面的特點(diǎn)。施工作業(yè)方便、快捷作為主要考慮的問題,但工程很多加固方案往往沒有良好的經(jīng)濟(jì)性、安全性,這是阻礙加固工程施工的一個(gè)很大的障礙。有的加固方案雖然可以解決問題,但是,由于其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工性不足,而造成施工工期長,勞動用工大,安全系數(shù)低的弊端,結(jié)果是將影響到加固質(zhì)量。例如，某技工學(xué)校辦公樓因冬季施工，摻加不合格防凍劑，超標(biāo)的氯離子破壞了鋼筋鈍化膜，致使十架大梁產(chǎn)生嚴(yán)重裂縫，需要進(jìn)行加固，原施工設(shè)計(jì)方案之一是采取簡易修補(bǔ)法，即，將大梁裂縫處出現(xiàn)的酥松混凝土鑿除，露出鋼筋后，將銹蝕的鋼筋周圈進(jìn)行除銹后，用環(huán)氧砂漿進(jìn)行封閉，達(dá)到加固目的；方案之二是采取加大截面加固法，即，通過增大構(gòu)件的截面和配筋，用以提高構(gòu)件的強(qiáng)度、鋼度、穩(wěn)定性和抗裂性，并達(dá)到修補(bǔ)裂縫的目的。經(jīng)對設(shè)
計(jì)方案分析，此兩種方案除具有工程造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)外，還有以下不足之處：
（1）技術(shù)可行性差，由于此大梁跨度大，鑿除混凝土梁則需分段進(jìn)行，要用大量的臨時(shí)支撐進(jìn)行安全防護(hù)，造成周轉(zhuǎn)材料不必要的浪費(fèi)。
?。?）勞動強(qiáng)度高，在鑿除混凝土梁時(shí)，因分段施工時(shí)，只能鑿一米挪一米，成倍增加了勞動強(qiáng)度。
?。?）工效低，大量的重復(fù)勞動和落后的施工作業(yè)方法，延誤了施工工期并導(dǎo)致勞動效率下降。
（4）安全性差，因所有大梁必須將鋼筋鑿除外露，大梁承載力減小，在施工時(shí)，須時(shí)刻注意防護(hù)措施是否到位，麻痹大意則易出現(xiàn)意外事故。
?。?）產(chǎn)值效益小，大量的周轉(zhuǎn)材料和人工費(fèi)用的浪費(fèi)，加大了生產(chǎn)成本，減少了生產(chǎn)效益。
?。?）大的截面影響房屋外觀和空間尺寸?；谶@些原因，經(jīng)與甲方和設(shè)計(jì)院商討，改變加固方案，采用先進(jìn)的外包鋼加固施工方法，應(yīng)用QR型建筑工程結(jié)構(gòu)膠粘錨技術(shù)，對這十架大梁進(jìn)行加固，由于技術(shù)先進(jìn)，加固性能好，占用空間小，施工周期短，材料消耗少，工藝簡便、安全并減輕了勞動強(qiáng)度，提高了加固質(zhì)量。取得了良好的綜合效益。
2、要根據(jù)現(xiàn)場施工條件決定加固方案加固工程方案的優(yōu)劣，首先要把是否具有施工作業(yè)方便作為必要條件，沒有良好的施工性是阻礙加固工程施工的一個(gè)攔路虎。有的加固方案雖然具有解決問題的可行性，但是，由于其方案在施工過程中增加了一定的施工難度，而造成施工工期長，勞動用工大，安全系數(shù)低的弊端，結(jié)果是將影響到加固質(zhì)量。一般來說，加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法和改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法等，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝進(jìn)行工程加固的方法，如，化學(xué)灌漿法、粘鋼錨固法、碳纖維加固法應(yīng)運(yùn)而生，并開始廣泛應(yīng)用于各類加固工程中。具體那個(gè)方案最能體現(xiàn)加固工程所要求的短、平、快、省的特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)需要加固的構(gòu)件情況，綜合確定加固方案。以框架柱的加固為例，較為常見的加固方法有外包鋼加固法，即，在混凝土柱四周包以型鋼進(jìn)行加固，這樣既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承載力，具體方法又分干法作業(yè)與濕作業(yè)法兩種形式：干式加固法是將型鋼（一般是角鋼）直接外包于需要加固的混凝土柱四周，型鋼與混凝土之間無連接，由于與混凝土沒有形成一個(gè)整體，所以不能確保結(jié)合面?zhèn)鬟f剪力。濕式加固法一是用乳膠水泥漿或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等材料，將角鋼粘貼在混凝土柱上，二是角鋼與混凝土之間留一定間距，中間澆筑混凝土，達(dá)到外包鋼材與混凝土相結(jié)合。兩種作業(yè)方法相比較，干式作業(yè)法施工更為簡單，價(jià)格低，施工時(shí)間短，但其承載力提高不如濕式作業(yè)法好。在方案選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)加固要求和原構(gòu)件情況，合理挑選適當(dāng)?shù)姆桨高M(jìn)行加固。
3、加固工程方案要在注重新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用優(yōu)秀的加固工程方案要在工法上體現(xiàn)出其可行性、科學(xué)性、先進(jìn)性。隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,各種新型材料不斷涌現(xiàn),新技術(shù)、新材料、新工藝往往能達(dá)事半功倍的效果,比如近幾年出現(xiàn)的粘碳纖維就是典型,與其它加固工藝相比,更具有耐濕耐潮、抗腐蝕強(qiáng)、自重輕、強(qiáng)度高、施工方便質(zhì)量好的特點(diǎn),加固性能均優(yōu)于目前其它加固方法。可見,選擇加固工程方案要有針對性,不同的加固工程應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施,其方案需要在進(jìn)行價(jià)格比、性能比的同時(shí),還要體現(xiàn)出其工藝技術(shù)的科學(xué)性和先進(jìn)性,這樣的加固方案才是優(yōu)秀的加固方案。
4、要注重多種加固方法的合理的有機(jī)的結(jié)合應(yīng)用現(xiàn)在可選擇的加固方法很多，各種方法都有其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，有時(shí)多種加固方法的有機(jī)的結(jié)合能充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢,揚(yáng)長避短,取得很好的效果。例如地下室加固頂板就可采用外粘型鋼法、粘鋼板加固法、錨栓技術(shù)、裂縫修法補(bǔ)法等多種方法聯(lián)合進(jìn)行加固。
三、結(jié)束語
可見，在選擇加固工程方案要有針對性，不同的加固工程應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，其方案需要在進(jìn)行價(jià)格比、性能比、質(zhì)量比的同時(shí)，還要體現(xiàn)出其工藝技術(shù)的科學(xué)性和先進(jìn)性，這樣的加固方案才是優(yōu)秀的加固方案。
