混凝土結構工程加固方案之探討
2015-07-27
混凝土構筑物因出現功能性改變，如接建、增加荷載等，或在出現質量問題，如配筋不足、災后修補、混凝土強度不夠等，都需要進行加固。其加固施工及加固方案的制定尤為重要，對于需要加固的構筑物，應根據構筑物的不同情況制定不同的加固方案。方案的確定要遵循安全、經濟、快捷、施工方便的原則，只有這樣，加固工程才能收到良好的社會效益和經濟效益。
優(yōu)秀的加固方案具體體現在其施工作業(yè)方便、施工技術先進、經濟效果好、加固質量高等四方面的特點。
1.良好的施工性是加固工程方案必須考慮的條件之一
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，安全系數低的弊端，結果是將影響到加固質量。例如，某工地大梁產生嚴重裂縫，需要加固處理，其設計的在砼加固施工方案為兩種：分別是采取簡易修補法（即，將大梁裂縫處出現的酥松混凝土鑿除，露出鋼筋后，將銹蝕的鋼筋周圈進行除銹后，用環(huán)氧砂漿進行封閉，達到加固目的）和加大截面加固法（即，通過增大構件的截面和配筋，用以提高構件的強度、鋼度、穩(wěn)定性和抗裂性，并達到修補裂縫的目的）。經對設計方案分析，此兩種方案除具有工程造價低的優(yōu)點外，還存在以下幾點不足之處：1）技術可行性差，由于此大梁跨度大，鑿除混凝土梁則需分段進行，要用大量的臨時支撐進行安全防護，造成周轉材料不必要的浪費；2）勞動強度高，在鑿除混凝土梁時，因分段施工時，只能鑿一米挪一米，成倍增加了勞動強度；3）工效低，大量的重復勞動和落后的施工作業(yè)方法，延誤了施工工期并導致勞動效率下降；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，須時刻注意防護措施是否到位，麻痹大意則易出現意外事故；5）產值效益小，大量的周轉材料和人工費用的浪費，加大了生產成本，減少了生產效益；6）加大的截面影響房屋外觀和空間尺寸。
基于這些原因，經與甲方和設計院商討，改變加固方案，采用先進的外包鋼加固施工方法，應用QR型建筑工程結構膠粘錨技術，對這些大梁進行加固，由于技術先進，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度，提高了加固質量。取得了良好的綜合效益。
2.不同類型加固工程與加固方案分析
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、預應力加固法和改變結構傳力途徑加固法等，隨著科學技術的不斷進步，應用新技術、新材料、新工藝進行工程加固的方法，如，化學灌漿法、粘鋼錨固法、碳纖維加固法應運而生，并開始廣泛應用于各類加固工程中。具體那個方案最能體現加固工程所要求的短、平、快、省的特點，應根據需要加固的構件情況，綜合確定加固方案。
?。?）以框架梁的加固為例，個人認為，較為合理、經濟、技術先進的加固方案當屬粘鋼錨固法和碳纖維加固法，前者以造價低，施工簡單，占用空間小，加固效果好，明顯優(yōu)于加大截面法和預應力加固法，后者除材料費用高外，則各種優(yōu)勢盡顯其中，重要表現在自重輕，材料自身幾乎不增加重量；強度高，固化后的碳纖維強度比鋼材高達十幾倍；勞動強度小，一個作業(yè)面只需一至兩人操作即可；施工工期短，熟練工人每人每天可完成近200m2左右。但是，應用其在負彎矩部位進行加固效果不如鋼板性能好。
?。?）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整體，所以不能確保結合面?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，達到外包鋼材與混凝土相結合。兩種作業(yè)方法相比較，干式作業(yè)法施工更為簡單，價格低，施工時間短，但其承載力提高不如濕式作業(yè)法好。在方案選擇時，應根據加固要求和原構件情況，合理挑選適當的方案進行加固。如，新鄉(xiāng)市泰和賓館由于功能改變，原設計一層柱子采用的是干式加固方案，將L100×6的角鋼包于柱子四周并用綴條連接，已完全滿足加固需求：而新鄉(xiāng)市某機電工程學校四、五層柱子，由于內置鋼筋銹蝕，致使混凝土柱產生裂縫，采取的是濕式加固方案，對局部柱角用石英砂配置的高標號水泥砂漿和環(huán)氧砂漿將L80×6的角鋼粘貼到混凝土柱四周，達到整體加固補強目的。兩種加固方法均取得良好效果。
另外，對于加固工程，還有焊接補筋加固法、套箍加固法、噴射混凝土補強法、化學灌漿修補法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等，每種加固方法各有其特點及適應范圍，只要行之有效，技術成熟，既滿足加固要求，又經濟實用，均可采用。
3.加固工程方案要在新技術、新材料、新工藝上寫文章
優(yōu)秀的加固工程方案要在工法上體現出其可行性、科學性、先進性。個人認為，化學補強法不失為當前加固工程中首選的一種最為先進的工法。眾所周知，一些加固工程采用過時的加固方法需要大量的人力、物力和時間，已不能滿足當前加固工程質量、工期、安全、經濟的要求，而化學補強加固方法越來越以其明顯的優(yōu)勢成為加固工程中的優(yōu)選方案。例如，在我負責施工的南寧市動物園10#職工住宅綜合樓工程的加固部分，就是采取化學補強的方法，應用QR型建筑工程結構膠粘劑，對其第五層、第六層框架梁進行粘鋼加固，滿足了住宅綜合樓荷栽加大情況下的正常使用要求，充分顯示出新技術、新材料、新工藝在加固工程中的應用成果。
在化學補強方法中，除粘鋼加固外，碳纖維加固工藝也不失為一種先進的加固工法，與其它一般加固工藝相比，其更具有耐濕耐潮、抗腐蝕強、自重輕、強度高、施工便捷、質量好的特點，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，不同的加固工程應采取相應的加固措施，其方案需要在進行價格比、性能比、質量比的同時，還要體現出其工藝技術的科學性和先進性，這樣的加固方案才是優(yōu)秀的加固方案。
4.幾種典型加固方法的工程施工要求
工程加固的目的就是要通過加固施工達到修復、補強、提高承載力、增強使用功能、滿足使用要求，因此，選擇加固方案要以提高加固工程質量為根本目的。對于不同的加固方案也有不同的施工方法和質量評定標準。根據《混凝土結構加固技術規(guī)范》（CECS25：90）中幾種典型的加固方法，依照施工經驗，不同的加固方法在施工時應做到的重點。
4.1外包鋼加固法
要把表面處理包括加固結合面和鋼板貼合面處理作為加固施工過程中的關鍵，對于干式加固施工，為了使角鋼能緊貼構件表面，混凝土表面必須打磨平整，無雜物和塵土：當采用混式加固施工時，應先在處理好的角鋼及混凝土表面抹上乳膠水泥漿或配制環(huán)氧樹脂化學灌漿料，對鋼板進行除銹，混凝土進行除塵并用丙酣或二甲苯清洗鋼板及混凝土表面，進行粘、灌。
4.2預應力加固法
采用預應力拉桿加固時，在安裝前必須對拉桿事先進行調直校整，拉桿尺寸和安裝位置必須準確，張拉前應對焊接接頭、螺桿、螺帽質量進行檢驗，保證拉桿傳力正確可靠，避免張拉過程中斷裂或滑動，造成安全和質量事故；采用預應力撐桿加固時，要注意撐桿末端處角鋼（及其熱板）與混凝土構件之間的嵌入深度傳力焊縫的質量檢驗，檢驗合格后，將撐桿兩端用螺拴臨時固定，然后用環(huán)氧砂漿或高強度水泥砂漿進行填襟，加固的壓桿肢、連接板、綴板和拉緊螺栓等均應涂防銹漆進行防腐。
4.3改變結構傳力途徑加固法
增設支點若采用濕式連接，在接點處梁及支柱與后澆混凝土的接觸面，應進行鑿毛，清除浮渣，灑水濕潤，一般以微膨脹混凝土澆筑為宜。若采用型鋼套箍干式連接，型鋼套箍與梁接觸面間應用水泥砂漿座漿，待型鋼套箍與支柱焊牢后，再用較干硬砂漿將全部接縫隙塞緊填實；對于楔塊頂升法，頂升完畢后，應將所有楔塊焊連，再用環(huán)氧砂漿封閉。
4.4混凝土構件外部粘鋼加固法
此法施工較為簡單，但首先需要著重注意混凝土和鋼板的表面處理，對于舊、臟嚴重的混凝土構件的粘合面，應先用硬毛刷沾高效洗滌劑，刷除表面油垢污物后用水沖洗，再對粘合面進行打磨，除去2~3mm厚表層，露出新面和平整，將粉塵清除干凈；對于混凝土表面較好的，則可直接對粘合面進行打磨，去掉1~2mm厚表層，使之平整，清去粉塵，再用丙酮擦試表面即可：鋼板表面處理應根據其繡蝕情況，可用噴砂、砂布、砂輪機打磨，使鋼板出現金屬光澤，打磨紋路盡量與受力方向垂直，然后用丙酣擦試干凈。其次要注意對膠粘劑的選擇，目前國內市場建筑結構膠粘劑魚龍混雜，對膠粘劑的選擇一定要慎重。第三要注意在配膠、粘貼過程中的細節(jié)，膠粘劑要嚴格按照說明書要求的比例配制，尤其是要掌握好固化劑的用量，攪拌要均勻，同時在粘貼時要保證粘貼面的飽滿、密實。最后要注意在固化階段不能對鋼板有任何擾動。
就目前來看，這些混凝土結構加固技術還有待于在實踐中進一步探索，隨著建筑科學技術的不斷進步，新型建筑材料不斷出現，更好的加固施工方法將會有更大拓展，因此，加固施工方案的選擇范圍也將具有更為廣泛的空間。
