淺議外包粘鋼技術在建筑結構加固中的應用

摘要：文章結合工程實例，簡要介紹了外包粘鋼技術在鋼筋混凝土結構加強中的應用方法和注意事項。

關鍵詞：外包粘鋼 結構加固 GCM

鋼筋混凝土結構是建筑中使用最廣泛的一種形式，在實際工程中可能會由于設計失誤、施工質量控制不當、以及功能改變等多種原因，導致結構的承載力不能滿足設計或實際荷載的要求，需進行加固來保證結構安全性和可靠性。建筑結構的加固方法很多，有碳纖維加固法、化學植筋技術、注漿加固法、增大加固法及外包粘鋼加固法等，應根據建筑結構的實際情況來選擇最佳的加固方法。其中外包粘鋼加固法具有操作方便、施工周期短、加固效果好、結構及構件截面面積增加小等優點，因而在鋼筋混凝土結構的加固工程中應用較為廣泛。

1 工程概況

某5層鋼筋混凝土框架結構，工程主體結構竣工后，由某工程質量監督站對主體結構進行抽檢檢測，檢測結果表明該建筑的1、2層框架柱的混凝土抗壓強度不符合設計要求，后來又由某建筑工程測試中心對其進行專項檢測，采用回彈法和鉆芯法檢驗認定：此建筑1、2層梁柱混凝土強度未能滿足設計要求，不能滿足結構安全和使用功能，因而須采取加固措施。

2 加固方案

2.1 加固方案的選擇 該建筑采用圓形加固受力性能較好，但會大量增加面積，并且1、2層已經預售，減少使用面積可能會引起用戶的不滿；方形加固方案沒有圓形加固對柱的承載力提高得多，但此項目為新建項目，為減少結構尺寸變化，認為選擇方形加固方案為宜。

外包鋼加固法對鋼筋混凝土柱進行加固，用CGM水泥基灌漿料增大柱子截面，將鋼板套筒外包在表面，這樣不僅可提高柱子承載力，鋼板箍的橫向約束作用還能讓柱子產生良好的三向應力狀態，使得柱子的承載力得到較大的提高，粘結效果還能較好地使得原柱與灌漿料、外包鋼套可靠地聯結成整體，并且對柱子的橫截面積增大不多。

2.2 加固材料選擇 CGM高強無收縮灌漿料。CGM是一種以高強度材料為骨料、以水泥作為結合劑的水泥基灌料，具有強度高、微膨脹、高流態、防離析等優點，其28天抗壓強度超過C55混凝土，膨脹率大于0.02%，在較大的溫度變化范圍內均能保持良好性能；并且其操作簡單，施工工效高，加水即可使用，因而其使用范圍較廣。本加固采用CGM-4。

CGM高強無收縮灌漿料的特點包括：①自流態，現場只需要加水攪拌后即可施工，無振搗的情況下也可自動填滿全部間隙；②早強、高強，1天強度最高可超過50Mpa，縮短工期；③耐久性，50次凍融循環試驗，200萬次疲勞實驗，強度改變不明顯；④微膨脹，保證灌漿料與基礎緊密接觸。

2.3 其他材料 鋼材均采用Q235B。

3 施工方法

3.1 卸載。因加固結構受力性能同未經加固的普通結構的區別較大：加固結構屬二次受力結構，加固前原結構已經承受一定的荷載，特別是在對結構進行加固時，其截面會存在較高的應力、應變。但加固后新加部分不能馬上分擔載荷，只有在第二次加載情況下才能開始發揮作用，整個加固結構在其后的第二次荷載受力過程中，新加部分的應力、應變始終滯后于原結構的累計應力、應變，新加部分的應力、應變值始終比原結構的累計應力、應變值要低，導致結構破壞時，原結構達到極限狀態，而新加部分可能達不到自身的極限狀態，未能充分發揮其承受載荷的潛力。此外，加固結構屬二次組合結構，新加部分與原結構作為一個整體共同受力，由于混凝土本身的強度一般比結合面混凝土的粘結強度要高，使得二次組合結構的總體承載力比一次整澆結構要低一些。

經過以上分析后可知：在加固結構中應卸荷和加強細部處理，以改善共同受力的狀況。如有可能，應將所有活荷載全部去掉，也可采用施加反力的方法來降低原構件的應力。

本工程的卸荷方法為：將原設計中240厚空心磚墻改為1/4磚并60厚三拓板組合墻，180厚空心磚墻改為60厚三拓板輕體隔墻。

3.2 施工操作

①基層處理。拆除柱邊墻體和裝飾，并將柱子表明混凝土風化層用角磨機除掉，將表面鑿毛或打成深度≥6mm的溝槽。

②斷面控制。根據設計圖紙計算出柱周加大斷面的厚度，測出基層處理合格后的柱斷面尺寸，為確保工程質量及節約材料，所有尺寸都應按平均值計算。在一柱角按算出的柱加大斷面厚度，兩測吊垂線，分別在距樓板上皮600、1500mm處，測出此點位柱加大斷面的實際尺寸，并在柱面上做好準備標志。為保證鋼板的能較好地與內部混凝土表面進行結合，應對鋼板粘貼面進行除銹，并按照同鋼板套筒受力方向垂直的方向進行打磨紋路，做好粗糙處理。

3.3 鋼板焊接。將按尺寸裁剪好的各種鋼材件進行組焊，形成幾個部分，然后吊裝在柱子上就位并將其焊接在一起，對加固的鋼結構進行防腐處理，對柱鋼板拼焊驗收合格后方能進行支模。

3.4 模板支設。為防止灰塵顆粒落到下部模板而影響加固質量，應從上向下進行柱模板的支設。柱支模采用外包鋼板內框法，按外包鋼板之間的實測尺寸用方木支內模，應將方木與柱相接的面刨平。

3.5 CGM的配制。CGM灌漿料的攪拌地點應盡量靠近灌漿施工地點。按照隨貨提供的產品合格證上的推薦用水量加水進行CGM灌漿料的拌和，攪拌均與即可使用。拌和用水應采用飲水，使用其它水源時，應進行相應的檢驗，滿足《混凝土拌和用水標準》方能使用。對地腳螺栓錨固和載埋鋼筋，可略微減少用水量。CGM灌漿料的拌和可采用機械或人工攪拌，后者的效果一般會比前者更好，攪拌時間一般為1-2min。若用人工攪拌，應先加入2/3的用水量攪拌2分鐘，然后再加入另外1/3水量進行攪拌均勻。每次應根據使用量多少來確定攪拌量，確保拌好的料在40分鐘內用完。現場使用時，不得在CGM灌漿料中摻入任何外摻料和外加劑，以免影響加固質量。

3.6 CGM澆注。沿柱高每隔1.2m的距離自下而上進行CGM的澆筑，當CGM在出氣孔一側溢滿鋼板套筒時，則下部CGM可隨用隨拌制，也可連續進行澆注。

3.7 節點處理。鋼板穿樓板遇混凝土梁時，須按圖紙單肢切除鋼板并與梁頭加強鋼板焊接，而另一肢與上層鋼板對接時，應局部切除板上鋼板，不僅工序復雜，也很難保證施工質量。

3.8 質量檢驗及注意事項。①嚴格控制柱加大斷面的尺寸，切勿過分加大斷面厚度，以免引起柱斷面偏大，移位、錯位現象，不僅浪費材料，還會影響建筑的使用和美觀；②基層處理對于保證加固質量非常重要，所以應切實做好鋼板粘貼面的粗糙處理，保證此處的傳力效果，并確保新老構件能形成一個整體共同作用。③在柱鋼板就位后、大面積施焊前，應仔細檢查柱斷面尺寸、垂直度和軸線位移等，確保符合設計圖紙及規范的要求，如發現問題應及時調整，避免焊完后返工。④提前12h用水對基層混凝土和柱模板沖洗濕潤，拆除柱接槎四周和柱根的底模，將內部雜物清除干凈后方可澆注CGM灌漿料，這樣可有效確保加固質量。⑤根據設計院要求的澆注面積及厚度進行CGM質量檢測及計算，現場須無空鼓，并經焊接強度檢驗。

4 結束語

本加固工程完工后，經檢驗，已能滿足設計的強度要求，在投資較少、對建筑的正常使用功能影響較小的情況下，保障了建筑的結構安全，較好地解決了建筑下部鋼筋混凝土柱結構強度不足的問題。

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