既有建筑物結構加固改造方法淺析

于德生

隨著社會的發展和人們生活水平的不斷提高,一些舊建筑在功能上已不能滿足實際需要,同時還有一些建筑已到達設計使用年限。如果把這些建筑物重新拆除費用很高且難度很大,因此對這些建筑進行改造就成為解決此種問題的最有效合理的方法,而在整個改造過程中結構加固改造是重中之重。結構加固改造技術是既有建筑改造工程施工的關鍵環節。往往一個構件可采取單項或多項組合工法,以期取得較好的加固效果和良好的經濟效益。現在科學技術的不斷發展,在建筑領域一些新材料及新技術也不斷出現,而這些新材料及新技術在原有建筑改造結構加固中得到了廣泛應用。結構的加固主要有以下幾種方法。

1 鉆孔錨筋工法

1.1 特點

1)工藝簡單,錨固快捷,安全可靠。2)應用范圍較廣,在結構加固、補強、新老結構連接、補埋鋼筋、后埋鋼構件等方面均可應用。

1.2 適用范圍

混凝土墻及磚墻加固采用增加混凝土截面厚度補強方式加固。為增加原有磚(混凝土)墻與新混凝土墻之間的連接,采用鉆孔錨筋技術。結構本身的強度和鉆孔錨固的強度如能滿足設計要求,均可應用本工法。

1.3 工藝原理

1)結構膠在一定的溫度、濕度范圍內,本身具有較高的強度,并與鋼筋、混凝土、陶瓷、磚等材料有極高的粘合力。抗拉、抗剪、抗壓強度能滿足一般結構受力要求。2)利用鉆孔機具,在預定部位,按設計孔徑鉆至規定深度,進行清孔,注入結構膠,植入鋼筋,使鋼筋與混凝土、磚等通過結構膠粘結在一起,滿足傳遞結構受力的要求。

1.4 工藝流程

工藝流程:鉆孔→清孔→孔干燥→孔除塵→鋼筋及孔表面處理→配膠→灌膠→插筋→固定養護。

2 噴射混凝土補強技術

2.1 特點

1)噴射混凝土施工可保證結構整體剛度,簡化工序,節約大量模板材料,加快施工速度。2)噴射混凝土密度高,強度和抗滲性較好,可以節約混凝土。3)對混凝土,磚墻面有較強的粘結力。4)可通過輸料軟管在高空或狹小工作區間向任意方向施工噴射。5)可在拌合料中加入速凝劑,可以大大縮短工期。6)工藝簡單,施工機動,靈活,高速,高效,有較廣的適應性。

2.2 適用范圍

1)建筑物墻體、柱、梁加固補強。2)大型構筑物的補強。3)局部或全部更換已損傷混凝土,填補混凝土結構中的孔洞、縫隙、麻面等。

2.3 工藝原理

利用風壓使水泥與骨料反復撞擊,使混凝土壓密,同時又采用較小的水灰比,因而它具有較高的力學強度和良好的耐久性,特別是與混凝土、磚石、鋼材有很高的粘結強度,在結合面上傳遞拉應力和剪應力。

2.4 工藝流程

工藝流程:待噴面處理→補配鋼筋→埋設噴厚標志→攪拌→噴射→養護。

3 粘鋼加固法

3.1 特點

1)簡單、快速、不影響結構外形,縮短工期。2)粘結劑的粘結強度高于混凝土,使加固體系與原構件形成一個良好的整體,受力均勻。3)粘貼鋼板所占的空間小。4)大幅度提高結構構件的抗裂性,抑制裂縫開展,提高承載能力。5)施工時對生產和生活影響較小。

3.2 適用范圍

1)適用于承受靜力作用的一般受彎及受拉構件。2)使用環境溫度不超過5℃～60℃,相對濕度不大于70%。3)當構件混凝土強度等級低于C15時,不宜采用本法加固。

3.3 工藝原理

加固機理是將鋼板采用高性能的環氧類粘結劑粘結于混凝土構件的表面,鋼板與混凝土形成統一的整體,利用鋼板良好的抗拉強度達到增強構件承載能力及剛度的目的。

3.4 工藝流程

工藝流程:鋼板制作→基底處理→卸荷→配膠→粘貼→固定及加壓→固化→檢驗→防腐處理。

4 化學螺栓錨固技術屬于后加固技術

4.1 特點

1)施工溫度范圍較寬,可在-5℃～40℃溫度之間施工。2)無膨脹力錨固,對基材不產生擠壓力,適用于各種基材。3)螺栓間距:邊距小,適用于空間狹小處。4)安裝操作便利,安裝后能迅速固結,有較高的承載力。5)錨固厚度較大。

4.2 適用范圍

1)適用于普通混凝土強度等級不小于C15(未開裂混凝土),致密的天然石材。2)用于固定多種構件。3)適用于重載及各種振動負載。4)在加固改造工程中與大面積粘鋼組合使用,加固作用良好。既增強了鋼板的抗剪作用,又對建筑混凝土梁板內部空隙有填補作用,提高了構件的整體承載力。

4.3 工作原理

通過合成樹脂砂漿粘合錨桿和孔壁,使錨桿、基材和被錨固對象形成一個整體,從而達到固定構件和提高構件承載力的效果。

4.4 工藝流程

工藝流程:鉆孔→清孔→置入藥劑管→鉆入螺栓→凝膠過程→硬化過程→固定物體。

5 碳纖維布加固修補結構技術

5.1 特點

1)高強高效,適用面廣,質量易保證。2)施工便捷,工效高,沒有濕作業,不需現場固定設施,施工占用場地小。3)耐腐蝕及耐久性極佳。4)加固修補后,基本不增加原結構自重及原構件尺寸。

5.2 適用范圍

1)適用于各種結構類型,各種結構部位的加固修補,如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構。2)基層混凝土的強度要求不低于C15。3)施工環境溫度在5℃～35℃范圍內,相對濕度不大于70%。

5.3 工藝原理

加固機理是將碳纖維布采用高性能的環氧類粘結劑粘結于混凝土構件的表面,利用碳纖維材料良好的抗拉強度達到增強構件承載能力及剛度的目的。

5.4 工藝流程

工藝流程:卸荷→基底處理→涂底膠→找平→粘貼→保護。

6 CGM高強無收縮灌漿料加固技術

6.1 特點

1)早強、高強:一天強度最高可達50 MPa以上。2)自流態、免振搗;無收縮、微膨脹;抗油滲、耐久性好。3)對基層要求低,不須進行平整;工藝簡單、操作方便,無需現場配置,易保證質量;拆模時間早,工期縮短;同時可減小抗壓構件截面尺寸。4)無毒無味,不污染環境,施工無噪聲,現場文明。

6.2 適用范圍

1)適用于混凝土結構加固改造。植埋鋼筋及地腳螺栓錨固。鋼結構或預制柱墊板坐漿及混凝土梁柱接頭連接。混凝土孔洞修補。基礎錨桿灌漿。預應力構件孔道灌漿、設備基礎二次灌漿等方面。2)適用于施工中不易進行振搗作業的部位。3)適用于室外惡劣氣候條件,有腐蝕性,承受振動,濕度大,高、低溫度等環境場合。4)CGM灌漿料的施工溫度為-10℃～40℃,使用溫度在-100℃～600℃。

6.3 工藝原理

CGM高強無收縮灌漿料以高強度材料作為骨料,以水泥作為結合劑,輔以高流態、微膨脹、防沉降、防離析等物質配制而成,與基體粘結力強,接觸緊密,不須振搗,可保證空隙之間填充密實,滿足傳遞結構受力的要求。

6.4 工藝流程

工藝流程:加固表面清理→補配鋼筋→支模→濕潤混凝土表面→灌漿料配制→灌漿→養護→脫模。

7 混凝土裂縫自動壓力灌漿技術

7.1 特點

1)灌漿器構造輕巧,施工方便,不需用電,可在水平、垂直等任何方向和高空、有障礙、野外無電源等惡劣環境下使用,適應性強,機具無噪聲,便捷安全。2)可在一條裂縫的各處注入口同時自動注入,由于灌漿器內部軟管和套筒均為透明塑料,注入情況一目了然,在現場可完全確認注漿效果,灌漿質量可靠。3)灌漿施工速度快,效率高,可節省工期。4)灌漿樹脂及其配套材料性能良好,使用方便,毒性小,無刺激性氣味,現場文明,使用安全。

7.2 適用范圍

1)混凝土外墻、內墻、屋架、梁柱、樓板、屋面板等裂縫的修補加固。2)水泥砂漿墻地面、瓷磚、石材等空鼓部位的充填。3)混凝土構筑物:如筒倉、預制構件、設備基礎、水池、水壩、橋梁、隧道、混凝土路面、管道等裂縫修補、止水堵漏。

7.3 工藝原理

利用低壓注入原理,依靠YJ——自動壓力灌漿器的彈簧壓力和毛細管原理,將配套的AB系列灌漿樹脂自動注入混凝土微細裂縫或空鼓孔洞部位中,使之充填完全并粘結牢固,從而達到恢復混凝土整體工作能力和提高耐久性等目的。

8 FS-1浸透性混凝土保護液

由于混凝土耐久性考慮不周而造成建筑物過早破壞的事例時有發生,特別是處于室外惡劣條件下,海洋環境、腐蝕性環境中的鋼筋混凝土結構物。FS-1浸透性混凝土保護液可以解決這個長期難以解決的技術難題,延長混凝土結構使用壽命。它能浸入混凝土內部并與之結合成穩定結構,提高混凝土抗老化的能力,阻止以水為載體的侵蝕介質對混凝土的侵蝕。

9 結語

我國二十世紀六七十年代以前的建筑物,都存在不同程度的質量和安全隱患,按照建筑結構設計基準期50年的規定,建國以來的建筑物中很大一部分已進入“中年”或“老年”期,主要存在兩方面問題,即可靠性低于現行設計規范的要求,需要進行維修或加固;使用功能不能滿足現代生產、辦公和生活的要求,需要進行改造。因此,結構加固改造技術具有廣泛的應用前景。

[1]CECS 25∶90,混凝土結構加固技術規范[S].

[2]CECS 146∶2003,碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程[S].

[3]CECS 78∶96,磚混結構房屋加層技術規范[S].

[4]王保磊.多種加固方法在某砌體結構中的綜合應用[J].山西建筑,2009,35(13):87-88.