混凝土结构工程加固方案之探讨
2015-07-27
混凝土构筑物因出现功能性改变，如接建、增加荷载等，或在出现质量问题，如配筋不足、灾后修补、混凝土强度不够等，都需要进行加固。其加固施工及加固方案的制定尤为重要，对于需要加固的构筑物，应根据构筑物的不同情况制定不同的加固方案。方案的确定要遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则，只有这样，加固工程才能收到良好的社会效益和经济效益。
优秀的加固方案具体体现在其施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面的特点。
1.良好的施工性是加固工程方案必须考虑的条件之一
加固工程方案的优劣，首先要把是否具有施工作业方便作为必要条件，没有良好的施工性是阻碍加固工程施工的一个拦路虎。有的加固方案虽然具有解决问题的可行性，但是，由于其方案在施工过程中增加了一定的施工难度，而造成施工工期长，劳动用工大，安全系数低的弊端，结果是将影响到加固质量。例如，某工地大梁产生严重裂缝，需要加固处理，其设计的在砼加固施工方案为两种：分别是采取简易修补法（即，将大梁裂缝处出现的酥松混凝土凿除，露出钢筋后，将锈蚀的钢筋周圈进行除锈后，用环氧砂浆进行封闭，达到加固目的）和加大截面加固法（即，通过增大构件的截面和配筋，用以提高构件的强度、钢度、稳定性和抗裂性，并达到修补裂缝的目的）。经对设计方案分析，此两种方案除具有工程造价低的优点外，还存在以下几点不足之处：1）技术可行性差，由于此大梁跨度大，凿除混凝土梁则需分段进行，要用大量的临时支撑进行安全防护，造成周转材料不必要的浪费；2）劳动强度高，在凿除混凝土梁时，因分段施工时，只能凿一米挪一米，成倍增加了劳动强度；3）工效低，大量的重复劳动和落后的施工作业方法，延误了施工工期并导致劳动效率下降；4）安全性差，因所有大梁必须将钢筋凿除外露，大梁承载力减小，在施工时，须时刻注意防护措施是否到位，麻痹大意则易出现意外事故；5）产值效益小，大量的周转材料和人工费用的浪费，加大了生产成本，减少了生产效益；6）加大的截面影响房屋外观和空间尺寸。
基于这些原因，经与甲方和设计院商讨，改变加固方案，采用先进的外包钢加固施工方法，应用QR型建筑工程结构胶粘锚技术，对这些大梁进行加固，由于技术先进，加固性能好，占用空间小，施工周期短，材料消耗少，工艺简便、安全并减轻了劳动强度，提高了加固质量。取得了良好的综合效益。
2.不同类型加固工程与加固方案分析
一般来说，加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法等，随着科学技术的不断进步，应用新技术、新材料、新工艺进行工程加固的方法，如，化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运而生，并开始广泛应用于各类加固工程中。具体那个方案最能体现加固工程所要求的短、平、快、省的特点，应根据需要加固的构件情况，综合确定加固方案。
（1）以框架梁的加固为例，个人认为，较为合理、经济、技术先进的加固方案当属粘钢锚固法和碳纤维加固法，前者以造价低，施工简单，占用空间小，加固效果好，明显优于加大截面法和预应力加固法，后者除材料费用高外，则各种优势尽显其中，重要表现在自重轻，材料自身几乎不增加重量；强度高，固化后的碳纤维强度比钢材高达十几倍；劳动强度小，一个作业面只需一至两人操作即可；施工工期短，熟练工人每人每天可完成近200m2左右。但是，应用其在负弯矩部位进行加固效果不如钢板性能好。
（2）以框架柱的加固为例，较为常见的加固方法有外包钢加固法，即，在混凝土柱四周包以型钢进行加固，这样既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承载力，具体方法又分干法作业与湿作业法两种形式：干式加固法是将型钢（一般是角钢）直接外包于需要加固的混凝土柱四周，型钢与混凝土之间无连接，由于与混凝土没有形成一个整体，所以不能确保结合面传递剪力。湿式加固法一是用乳胶水泥浆或环氧树脂化学灌浆等材料，将角钢粘贴在混凝土柱上，二是角钢与混凝土之间留一定间距，中间浇筑混凝土，达到外包钢材与混凝土相结合。两种作业方法相比较，干式作业法施工更为简单，价格低，施工时间短，但其承载力提高不如湿式作业法好。在方案选择时，应根据加固要求和原构件情况，合理挑选适当的方案进行加固。如，新乡市泰和宾馆由于功能改变，原设计一层柱子采用的是干式加固方案，将L100×6的角钢包于柱子四周并用缀条连接，已完全满足加固需求：而新乡市某机电工程学校四、五层柱子，由于内置钢筋锈蚀，致使混凝土柱产生裂缝，采取的是湿式加固方案，对局部柱角用石英砂配置的高标号水泥砂浆和环氧砂浆将L80×6的角钢粘贴到混凝土柱四周，达到整体加固补强目的。两种加固方法均取得良好效果。
另外，对于加固工程，还有焊接补筋加固法、套箍加固法、喷射混凝土补强法、化学灌浆修补法、粘钢加固法、碳纤维加固法等，每种加固方法各有其特点及适应范围，只要行之有效，技术成熟，既满足加固要求，又经济实用，均可采用。
3.加固工程方案要在新技术、新材料、新工艺上写文章
优秀的加固工程方案要在工法上体现出其可行性、科学性、先进性。个人认为，化学补强法不失为当前加固工程中首选的一种最为先进的工法。众所周知，一些加固工程采用过时的加固方法需要大量的人力、物力和时间，已不能满足当前加固工程质量、工期、安全、经济的要求，而化学补强加固方法越来越以其明显的优势成为加固工程中的优选方案。例如，在我负责施工的南宁市动物园10#职工住宅综合楼工程的加固部分，就是采取化学补强的方法，应用QR型建筑工程结构胶粘剂，对其第五层、第六层框架梁进行粘钢加固，满足了住宅综合楼荷栽加大情况下的正常使用要求，充分显示出新技术、新材料、新工艺在加固工程中的应用成果。
在化学补强方法中，除粘钢加固外，碳纤维加固工艺也不失为一种先进的加固工法，与其它一般加固工艺相比，其更具有耐湿耐潮、抗腐蚀强、自重轻、强度高、施工便捷、质量好的特点，加固性能均优于目前其它加固方法。
可见，选择加固工程方案要有针对性，不同的加固工程应采取相应的加固措施，其方案需要在进行价格比、性能比、质量比的同时，还要体现出其工艺技术的科学性和先进性，这样的加固方案才是优秀的加固方案。
4.几种典型加固方法的工程施工要求
工程加固的目的就是要通过加固施工达到修复、补强、提高承载力、增强使用功能、满足使用要求，因此，选择加固方案要以提高加固工程质量为根本目的。对于不同的加固方案也有不同的施工方法和质量评定标准。根据《混凝土结构加固技术规范》（CECS25：90）中几种典型的加固方法，依照施工经验，不同的加固方法在施工时应做到的重点。
4.1外包钢加固法
要把表面处理包括加固结合面和钢板贴合面处理作为加固施工过程中的关键，对于干式加固施工，为了使角钢能紧贴构件表面，混凝土表面必须打磨平整，无杂物和尘土：当采用混式加固施工时，应先在处理好的角钢及混凝土表面抹上乳胶水泥浆或配制环氧树脂化学灌浆料，对钢板进行除锈，混凝土进行除尘并用丙酣或二甲苯清洗钢板及混凝土表面，进行粘、灌。
4.2预应力加固法
采用预应力拉杆加固时，在安装前必须对拉杆事先进行调直校整，拉杆尺寸和安装位置必须准确，张拉前应对焊接接头、螺杆、螺帽质量进行检验，保证拉杆传力正确可靠，避免张拉过程中断裂或滑动，造成安全和质量事故；采用预应力撑杆加固时，要注意撑杆末端处角钢（及其热板）与混凝土构件之间的嵌入深度传力焊缝的质量检验，检验合格后，将撑杆两端用螺拴临时固定，然后用环氧砂浆或高强度水泥砂浆进行填襟，加固的压杆肢、连接板、缀板和拉紧螺栓等均应涂防锈漆进行防腐。
4.3改变结构传力途径加固法
增设支点若采用湿式连接，在接点处梁及支柱与后浇混凝土的接触面，应进行凿毛，清除浮渣，洒水湿润，一般以微膨胀混凝土浇筑为宜。若采用型钢套箍干式连接，型钢套箍与梁接触面间应用水泥砂浆座浆，待型钢套箍与支柱焊牢后，再用较干硬砂浆将全部接缝隙塞紧填实；对于楔块顶升法，顶升完毕后，应将所有楔块焊连，再用环氧砂浆封闭。
4.4混凝土构件外部粘钢加固法
此法施工较为简单，但首先需要着重注意混凝土和钢板的表面处理，对于旧、脏严重的混凝土构件的粘合面，应先用硬毛刷沾高效洗涤剂，刷除表面油垢污物后用水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2~3mm厚表层，露出新面和平整，将粉尘清除干净；对于混凝土表面较好的，则可直接对粘合面进行打磨，去掉1~2mm厚表层，使之平整，清去粉尘，再用丙酮擦试表面即可：钢板表面处理应根据其绣蚀情况，可用喷砂、砂布、砂轮机打磨，使钢板出现金属光泽，打磨纹路尽量与受力方向垂直，然后用丙酣擦试干净。其次要注意对胶粘剂的选择，目前国内市场建筑结构胶粘剂鱼龙混杂，对胶粘剂的选择一定要慎重。第三要注意在配胶、粘贴过程中的细节，胶粘剂要严格按照说明书要求的比例配制，尤其是要掌握好固化剂的用量，搅拌要均匀，同时在粘贴时要保证粘贴面的饱满、密实。最后要注意在固化阶段不能对钢板有任何扰动。
就目前来看，这些混凝土结构加固技术还有待于在实践中进一步探索，随着建筑科学技术的不断进步，新型建筑材料不断出现，更好的加固施工方法将会有更大拓展，因此，加固施工方案的选择范围也将具有更为广泛的空间。
