混凝土構件加固方法的應用與選擇

摘要：加固改造工程常用的結構加固技術包括加大截面加固法、外粘纖維復合材加固法、外包型鋼加固法等。熟練掌握這些加固方法的特點與適用范圍，能使建筑物經加固改造后提升結構的承載力。然而面對不同混凝土構件，加固的方法也不盡相同，文章通過工程實例對混凝土構件加固方法的應用與選擇作了介紹。

[作者簡介]羅福（1992—），男，本科，助理工程師，從事建筑結構加固工作。

近年來，隨著大量混凝土結構的老化和人們生活需求的提高，混凝土結構的改造、加固工作在逐年的發(fā)展完善中已經成為了建筑業(yè)的一個細分領域?；炷两Y構的改造、加固工作的本質目的是改變既有建筑的使用功能滿足人們的生活需求和提高既有建筑承載能力。如今混凝土構件的改造加固成了土木工程新發(fā)展的一個方向。隨著國家倡導舊房改造，加固改造設計、施工等相關領域開始發(fā)展，結構改造工程、加固修復工程等社會需求激增，這樣的市場環(huán)境下，加固設計、加固施工的技術發(fā)展顯得至關重要。本文將通過工程實例對混凝土構件加固方法的應用與選擇作總結，以期為相關研究提供借鑒。

1 混凝土構件常見的加固方法

混凝土結構加固主要分為體系加固和構件加固2大類，當結構體系加固和結構構件加固同時存在時，應該優(yōu)先考慮體系加固，然后再考慮構件的加固，不同類型的構件需要同時加固，應該優(yōu)先考慮關鍵構件、重要結構的加固，再考慮次要構件或次要結構。工程實際中大部分情況是結構構件的加固處理，本文主要探討結構構件的加固方式。單個構件的加固應根據構件的不同類型、受力狀態(tài)和使用需求采用不同的加固方式，如果單一加固方式不能滿足要求時，可考慮多種方式結合的綜合加固方法。

1.1 加大截面加固法及應用

加大截面加固法是指增大原構件截面面積并增配鋼筋，以提高其承載力和剛度，或改變其自振頻率的一種直接加固法[1]。加大截面法適用面廣、施工工藝簡單，設計和施工經驗相對成熟，可靠性已經得到驗證，適用于梁、板、柱等構件和其他普通構筑物的加固，特別適用于承載力相差較大且剛度也無法滿足使用要求的梁、板、柱構件的加固處理。但其施工現(xiàn)場的作業(yè)時間較長，現(xiàn)場會產生濕作業(yè)，并且隨著加固完成，原有混凝土構件截面增大，可能會影響到正常的生產和生活，并且會減少建筑物的使用空間[2]。

混凝土構件在增大截面加固時，應當根據施工現(xiàn)場具備的實際條件和不同工程特有的情形選擇施工方式，具體可采用自密實、噴射、人工澆筑等技術進行施工，若采用灌漿料進行施工，則需具備多次可靠的工程經驗。加大截面法在施工時，新老混凝土結合面的結合質量需達到規(guī)范要求。其適用于鋼筋混凝土受彎和受壓構件的加固，一般構筑物的梁、板、柱、墻都可以廣泛使用，門檻較低，對于空間有嚴格要求的結構體系則不適用。

1.2 外粘纖維復合材加固法及應用

外粘纖維復合材加固法是采用高強度的連續(xù)纖維按一定規(guī)則排列，經用膠粘劑浸漬、粘結固化后形成的具有纖維增強效應的復合材料來加固結構構件的方法[1]。碳纖維布主要用在抗震、抗拉、抗剪的建筑結構中，通常配合碳纖維浸漬膠共同使用。其施工作業(yè)對于施工環(huán)境要求較高，粘貼碳纖維復合材前，應盡可能的卸除作用在加固部位上荷載，由于施工中常遇轉角部位，為保證碳纖維復合材完整，避免被破壞，在轉角處應打磨轉角處棱角，經處理后的部位，其倒角半徑滿足規(guī)范要求。施工完成后，應檢查碳纖維復合材空鼓率，不得出現(xiàn)大面積空鼓。

碳纖維復合材質地柔和，且碳纖維復合材在施工時下料方便，可根據現(xiàn)場實際情況制作各種規(guī)格的用料，從而保證碳纖維復合材與需補強構件的契合。碳纖維復合材自身質量輕、抗拉強度高、施工節(jié)奏快、工期要求低，對于曲面或者轉折的加固構件，仍能良好的進行粘貼，加固完成后，對于構件的尺寸影響很小，不會增加構件的重量，但是碳纖維造價偏高，且對于膠粘劑的耐久性和耐火性有較高要求。適用于受拉構件、受彎、偏心受壓構件的加固，也可以用在框架梁、柱等構件的抗震加固中。對于素混凝土構件或者長期使用環(huán)境溫度超過60 ℃的環(huán)境不適用。

1.3 外包型鋼加固法及應用

外包型鋼加固法是對鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼及鋼綴板焊成的構架，以達到共同受力并使原構件受到約束作用的加固方法[1]。鋼材與原結構留出空隙填筑結構膠，并進行封邊處理，確保結構膠在灌注時無滲漏，受力型鋼利用綴板進行連接，使型鋼與加固構件形成整體，提高構件的承載能力。

該方法適用于承受靜荷載的普通受拉或受彎構件。其優(yōu)點是對于結構性能的改善顯著，能夠可靠受力，并且相較于加大截面法，該加固方法對于使用空間的影響較小。為增加型鋼耐久性，加固完成后需要在型鋼外表面進行防腐、防火等防護措施。型鋼需要定期檢查保養(yǎng)，確保在使用期間不產生銹蝕等問題。

1.4 其他種類加固法

除上述3種加固方式外，常用加固方式還有局部置換混凝土加固法、體外預應力加固法、增設支點加固法、預張緊鋼絲繩網片-聚合物砂漿面層加固法、繞絲加固法等，針對不同工程特性，選擇最適合的加固方式，對于構件加固后，受力性能和整體性才能得到保障。

2 工程實例

2.1 工程概況

本工程位于四川省德陽市旌陽區(qū)，為15層框架結構辦公樓，其建筑平面呈“一”字形，總建筑面積約為27 235.39 m2。其工程修建年份為2002年，業(yè)主委托成都市某工程檢測技術有限責任公司對該房屋進行了結構安全性鑒定。本工程加固原因：

（1）該房屋在 2019 年8—9月暴雨期間，受極端天氣影響，部分主體結構構件出現(xiàn)不同程度的損傷，根據現(xiàn)場檢查結果，部分梁在跨內梁身側面出現(xiàn)豎向分布的裂縫、部分現(xiàn)澆板在跨內出現(xiàn)斜向或平行于軸線方向的裂縫。鑒定結論建議：應對出現(xiàn)損傷的構件按修復設計圖紙進行修復或封閉處理。

（2）據業(yè)主使用功能需求（原部分辦公室將改為資料室）和結構抗震要求，需對原結構進行結構加固改造設計。本次加固設計僅針對部分承載力不滿足要求的構件進行加固。本次加固改造不改變房屋原設計正常使用年限。本次加固針對部分框架柱采用加大截面法和外包型鋼法加固，部分梁、板采用先修補裂縫后粘貼碳纖維的方式加固。

2.2 該工程采用的加固改造方法

2.2.1 加大截面加固法

本工程原結構中部分框架柱需要進行加固處理（圖1、圖2），選擇的加固方式為加大截面法，柱子截面尺寸由700 mm×700 mm增大為900 mm×900 mm，新增縱向受力鋼筋為16C 20，箍筋C8@100/150，新增部分采用C40混凝土澆筑成型。需要注意的是：施工作業(yè)過程中加固部分植入鋼筋后24 h內，不能對其產生擾動以及碰撞該部分鋼筋，梁柱結合區(qū)域，使用等代箍筋穿主次梁互焊。

2.2.2 外粘纖維復合材加固法

該工程原結構部分混凝土梁、板采取外粘碳纖維布加固法加固，加固梁采用2U-100@100，1Y-100（梁頂、梁中各一道），加固板采用單層雙向粘貼碳纖維布加固，碳纖維布的間距200 mm，碳纖維布粘貼前，全數檢查了梁、板構件的裂縫情況并進行了裂縫修補：當裂縫寬度大于0.3 mm時，在構件結構層表面以一定的壓力將低粘稠度、高強度的裂縫修補

膠液注入裂縫腔內，保證連續(xù)灌膠后的封閉深度不小于20 mm。當裂縫寬度不大于0.3 mm時，采用裂縫膠對裂縫進行表面封閉，裂縫處理完成后，再進行碳纖維布的粘貼。圖3～圖6為部分梁、板構件裂縫處理及碳纖維布粘貼完成后效果圖。

2.2.3 外包型鋼加固法

該工程原結構部分框架柱選擇了外包型鋼法處理，外包型鋼采用等邊角鋼2L100×6+2L150×6，綴板100×4@200 mm，化學錨栓M10@400 mm，現(xiàn)場施工作業(yè)時連接型鋼采用的綴板采用圍焊，焊縫應平直，焊波應均勻，無虛焊、漏焊;焊縫的質量應符合現(xiàn)行國家標準GB 50205-2020《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》的要求[3]。封縫膠固化后，進行通氣試壓，若發(fā)現(xiàn)有漏氣處，應重新封堵[4]，對外包型鋼的注漿質量檢測，應按規(guī)范要求檢查其注漿質量，空鼓率指標不大于規(guī)范規(guī)定，施工過程見圖7、圖8。

2.3 該工程加固后取得的成效

該工程在各方配合下，于2020年順利完成加固施工作業(yè)，經過加固改造后，該工程使用年限能達到原設計使用年限，其中梁、板、柱等結構構件承載力已得到較大提高，已滿足現(xiàn)行使用要求，業(yè)主原部分辦公室經改造后，現(xiàn)已作為資料室使用，科學地選擇、應用加固方法對于建筑物的幫助效果顯著。

3 結束語

本文著重介紹了加固工程中的加大截面加固法、外粘纖維復合材加固法、外包型鋼加固法的應用，每一種加固方法都有特定的適用環(huán)境，具體采用何種加固方法，應該根據建筑物的實際情況進行選擇，比較各類加固方法對于工程實際的適用程度，不能盲目選擇，對確有加固需求的建筑物，應根據具體情況制定具體的施工流程、方案等，選擇施工方案時應當本著施工方便、安全、操作簡單、經濟實用等原則，如此，加固、改造工程才能取得滿意的經濟效益和良好的社會綜合效益。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部， 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 建筑結構加固工程施工質量驗收規(guī)范： GB50550-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] 馬曉冬. 加固技術在改造工程中的應用[J]. 中國新技術新產品， 2011（4）：1.

[3] 殷惠君. 建筑結構加固、改造綜合技術研究[D]. 上海：同濟大學， 2009.

[4] 肖建豪. 包鋼灌膠補強加固在工程中的應用[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展：下半月， 2015（3）：3.