浅议混凝土结构加固方案的设计与优选
2016-02-29
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设计尤为重要，对于需要加固的构筑物，应根据构筑物的不同情况设计不同的加固方案。
一、混凝土结构的加固的一般方法
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类。设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
1、直接加固的一般方法
（1）加大截面加固法。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。
（2）置换混凝土加固法。该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点；适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
（3）有粘结外包型钢加固法。外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边，外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法，即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体，加固后的构件，由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高，因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。该法也称湿式外包钢加固法，受力可靠、施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所；适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
（4）粘钢加固法。钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段（正截面受拉区、正截面受压区或斜截面）表面粘贴钢板，这样可提高被加固构件的承载力，且施工方便。
（5）粘贴纤维增强塑料加固法。外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域，使它与被加固截面共同工作，达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
（6）绕丝法该法的优缺点与加大截面法相近；适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需对受压构件施加横向约束力的场合。
（7）锚栓锚固法该法适用于混凝土强度等级为C20～C60的混凝土承重结构的改造、加固；不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
2、间接加固的一般方法有：
（1）预应力加固法。①预应力水平拉杆固法。预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件，由于预应力和新增外部荷载的共同作用，拉杆内产生轴向拉力，该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上（当拉杆与梁板底面紧密贴合时，拉杆会与构件共同找曲，此时尚有一部分压力直接传递给构件底面），在构件中产生偏心受压作用，该作用克服了部分外荷载产生的弯矩，减少了外荷载效应，从而提高了构件的抗弯能力。同时，由于拉杆传给构件的压力作用，构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。②预应力下撑拉杆加固法。钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后，形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系，在外荷载和预应力共同作用下，拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点（下撑点和杆端锚固点）传递给被加固构件，抵消了部分外荷载，改变了原构件截面内力特征，从而提高了构件的承载能力。
（2）增加支承加固法。增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度，达到减少作用在被加固构件上的载载效应，提高结构承载水平的目的。该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间；适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
（3）其它加固法。辅助结构加固法是采用另制的辅助构件，如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁，部分或全部分担被加固梁的荷载。
二、加固方案的优选
混凝土结构在现今应用最为广泛,在施工和使用中出现各种问题也层出不穷,因此混凝土加固技术也得到了很大的发展,出现问题的成因主要有设计、施工、材料质量等方面,比如因施工原因造成的配筋位置偏差过大,混凝土强度不够,混凝土内部夹杂、缺陷、狗洞等；还有因功能性改变,如接层、增加荷载等原因都需要进行加固。因此,加固方案的比较和选择就显得十分重要,加固方案的制定应根据不同情况有针对的制定,同时要遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则。
1、首先要把是否具有技术、经济、安全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。施工作业方便、快捷作为主要考虑的问题,但工程很多加固方案往往没有良好的经济性、安全性,这是阻碍加固工程施工的一个很大的障碍。有的加固方案虽然可以解决问题,但是,由于其技术、经济、施工性不足,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，某技工学校办公楼因冬季施工，掺加不合格防冻剂，超标的氯离子破坏了钢筋钝化膜，致使十架大梁产生严重裂缝，需要进行加固，原施工设计方案之一是采取简易修补法，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；方案之二是采取加大截面加固法，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，还有以下不足之处：
（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）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，对这十架大梁进行加固，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、要根据现场施工条件决定加固方案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。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。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。
3、加固工程方案要在注重新技术、新材料、新工艺的应用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。随着我国科学技术的飞速发展,各种新型材料不断涌现,新技术、新材料、新工艺往往能达事半功倍的效果,比如近几年出现的粘碳纤维就是典型,与其它加固工艺相比,更具有耐湿耐潮、抗腐蚀强、自重轻、强度高、施工方便质量好的特点,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、要注重多种加固方法的合理的有机的结合应用现在可选择的加固方法很多，各种方法都有其优点与缺点，有时多种加固方法的有机的结合能充分发挥各种方法的优势,扬长避短,取得很好的效果。例如地下室加固顶板就可采用外粘型钢法、粘钢板加固法、锚栓技术、裂缝修法补法等多种方法联合进行加固。
三、结束语
可见，在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。
