焊接密閉鋼模注漿加固技術探索與應用

齊 岳，王 琨，鄭文忠

(1.哈爾濱工業大學土木工程學院，150090哈爾濱，qiyue0451@126.com;2.黑龍江大學建筑工程學院，150086哈爾濱)

實際工程中經常遇到混凝土梁、混凝土柱由于施工缺陷或建筑功能改變等原因而不能滿足承載力要求的情況.為提高梁、柱截面抗彎或抗壓承載力，常采用增大截面的加固方法［1-2］.采用增大截面法對混凝土梁、混凝土柱進行加固的過程中，常規做法是在原截面外圍綁扎鋼筋骨架后設置木模板或竹絲模板，然后澆筑混凝土，待混凝土結硬后，拆除模板.但是多數情況下，梁、柱截面所需增加的尺寸較小，采用混凝土澆筑時會遇到混凝土中的粗骨料難以進入原構件與新模板間隙、混凝土振搗困難等問題［3］，這就造成了新增混凝土難以澆筑密實，使加固效果降低.

為解決上述問題，提出了一種先在原構件外綁扎鋼筋，再在外圍設置焊接密閉鋼模，最后灌注水泥基灌漿料的加固技術，稱之為焊接密閉鋼模注漿加固技術.這種加固技術的特點在于用流動性好且無粗骨料的水泥基灌漿料替代常規混凝土，用免拆除的密閉鋼模替代傳統模板.本文通過工程實例介紹了焊接密閉鋼模注漿加固技術，工程應用情況表明這種新型加固技術施工簡便，節省工期，加固效果良好，具有較強的適用性，可在加固工程中推廣應用.

1 工藝方法

焊接密閉鋼模注漿加固技術是將薄鋼板焊接后作為新增部分的模板，用水泥基灌漿料替代混凝土進行澆筑，以此來實現增大構件截面，提高構件承載力的加固技術.

與常規的木模板、竹絲模板相比，焊接密閉鋼模的密閉效果較好，可保證施工過程中不漏漿，且施工后無需拆除，施工簡便，節省工期［4-5］.與常規混凝土相比，水泥基灌漿料不僅強度高，而且流動性好，其原材料中無粗骨料，在免振搗或輕微振搗的情況下即可達到良好的澆筑效果.

1.1 水泥基灌漿料

水泥基灌漿料的原材料為:P.O 42.5普通硅酸鹽水泥、UEA膨脹劑和FDN高效減水劑［6］，配合比如表1所示.為了測試其強度，制作了5個尺寸為150 mm×150 mm×300 mm的棱柱體試塊，在標準條件下自然養護28 d后，采用2 500 kN MTS試驗機對試塊進行材性試驗.壓應力達到預估值的80%前，采用力控制，之后改為位移控制，以便測得應力-應變曲線的下降段［7-8］.試驗裝置如圖1所示.

表1 灌漿料配合比

圖1 水泥基灌漿料材性試驗

對材性試驗結果進行分析可知:灌漿料的軸心抗壓強度平均值fc，m=28.1 N/mm2，彈性模量Ec=1.8×104N/mm2，其強度介于C30與C35混凝土之間(C30混凝土的軸心抗壓強度平均值為26.1 N/mm2，C35混凝土的軸心抗壓強度平均值為29.8 N/mm2)，可滿足一般工程的強度要求［9］.這種水泥基灌漿料不僅強度高，而且流動性好，與混凝土相比，其原材料中無粗骨料，在免振搗或輕微振搗下即可達到良好的澆筑效果.

1.2 混凝土梁加固方法

圖2為采用焊接密閉鋼模注漿加固技術對混凝土梁進行加固的示意圖.具體施工方法為:首先將原梁底面打磨粗糙，在梁底植入錨栓，植入長度不小于150 mm，間距與計算所需的新增箍筋間距相同;然后將新增箍筋與錨栓焊接連接，再穿入新增縱筋，新增縱筋的數量應由計算確定.由于灌漿料流動性較好，為保證鋼模與梁的左右支座之間不漏漿，在支座處設置鋼翼板，鋼翼板邊緣與支座之間采用玻璃膠進行密封處理.

圖2 加固混凝土梁示意

1.3 混凝土柱加固方法

圖3為采用焊接密閉鋼模注漿加固技術對混凝土柱加固的示意圖.具體施工方法為:首先將原柱四面打磨粗糙，并沿柱高度方向設置一定數量的錨栓，以確保原柱與新增部分之間能夠共同工作，然后增設由計算確定的鋼筋骨架(柱縱筋及箍筋)，新增柱縱筋上下兩端應植入節點內部不小于400 mm，最后在外圍設置焊接密閉鋼模，并灌注水泥基灌漿料.為保證鋼模與上下樓面之間不漏漿，在樓面和柱頂之間設置鋼翼板，鋼翼板邊緣與樓板之間采用玻璃膠進行密封處理.灌漿料灌入時應采用壓漿機從柱底預留管道灌入，并在柱頂預留通氣孔道.當多層柱均需要加固時，應使柱縱筋穿過樓板，以保證豎向荷載的均勻傳遞.

圖3 加固混凝土柱示意

2 工程應用

2.1 混凝土梁加固實例

鶴崗富力煤礦是一大型煤礦，是國家重要能源基地之一.該煤礦篩煤車間用兩個6 t動力篩(即一次可篩煤的最大質量為6 t的動力篩)對地下開采的煤進行篩分.為了適應煤產量增加的生產需求，并提高生產效率，預將篩煤車間原有的6 t動力篩更換為22 t動力篩.動力篩通過6個支腿放置在樓板上，動力篩及支腿位置如圖4所示.新的動力篩裝載量增大，工作時對樓板的作用力增大.為確保安全，對22 t動力篩工作下的樓板及相關梁、柱進行驗算，并對不滿足承載力的構件進行加固.

圖4 動力篩及支腿位置

按照建設單位提出的加固期間不影響正常生產的要求，提出了在動力篩支腿下增設鋼梁，并用焊接密閉鋼模注漿加固技術加固原梁的方案，加固方案的平面布置如圖5所示.圖中XZL表示新增鋼梁，YL表示原梁.經驗算，過?軸、?軸的梁及相關的柱、基礎均有足夠的安全儲備，無需加固.

圖5 加固方案的平面布置

新增鋼梁采用2［16a的槽鋼，槽鋼通過與錨固在原梁上的鋼板焊接來實現和原梁的連接，具體做法如圖6所示.原梁的加固采用焊接密閉鋼模注漿加固技術，YL1的新增高度為300 mm，新增縱筋為425，新增箍筋為φ8@200.YL2的新增高度為300 mm，新增縱筋為4φ22，新增箍筋為φ8@200.具體做法如圖2所示.圖7為該工程的實際情況.

圖6 新增鋼梁與原梁的連接做法

圖7 梁加固的實際情況

在此工程中，使用了焊接密閉鋼模注漿加固技術，大大減少了濕作業，在經濟合理的情況下，既確保了煤礦的正常生產，又使工程順利完成.與傳統的增大截面加固方法相比，焊接密閉鋼模注漿加固技術消除了支設木模板給正常生產帶來的不便，甚至停產的可能，減少了混凝土澆筑帶來的困難.此工程已竣工，所提出的加固方案和所達到的良好澆筑效果得到一致認可.

2.2 混凝土柱加固實例

鐵力市學院小區綜合樓為框架剪力墻結構，地下一層，地上十六層，總建筑面積為16590 m2，基礎采用梁板式筏形基礎.當基礎、地下室及地上三層施工完畢后，在對預留混凝土試塊進行強度測定時發現，試塊的強度未達到設計要求.為此，對已施工完成的結構進行了混凝土強度測定，并用測定的強度核算了整體結構是否安全，對不滿足要求的構件進行了加固.

2.2.1柱中混凝土強度測定

為明確柱中混凝土的具體強度值，采用回彈法推測柱中混凝土強度［10］.依據現場所測數據，得到柱中混凝土推定強度如表2所示，表2中同時給出了混凝土的設計強度等級，可以看出，地下室～地上三層的柱中混凝土強度等級均偏低，未達到設計標準.

表2 柱中混凝土強度推定值與設計強度等級

柱中混凝土強度雖然未達到設計要求，但是不代表柱一定不滿足承載力要求，這是因為原設計可能留有一定安全儲備的緣故.因此，根據表2中混凝土的推定強度計算出混凝土的設計強度，采用混凝土設計強度驗算柱是否滿足承載力要求.驗算結果表明，一部分柱不滿足承載力要求，需進行加固.所需加固柱每邊需要增加的尺寸為100 mm，需要增加的縱筋為425.由于增加的尺寸較小，為保證澆筑密實，采用了焊接密閉鋼模注漿加固技術，具體做法如圖3所示.圖8為工程的實際情況.

圖8 柱加固的實際情況

另外，此工程中有部分柱出現了局部混凝土酥松的現象，圖9為酥松混凝土已被剔除后的柱照片.對于酥松部位加固補強的具體做法如圖10所示.首先鑿去酥松的混凝土，直至露出堅實的混凝土表層，然后采用焊接鋼板外包整個柱的薄弱部位，鋼翼板邊緣與樓板之間采用玻璃膠進行密封處理.確保不漏漿，最后采用壓力灌漿法將孔洞灌注密實.

圖9 局部混凝土酥松現象

圖10 柱酥松部位的加固處理

此工程中，需加固的柱較多且增加的截面尺寸均不大，使用焊接密閉鋼模注漿加固技術進行加固，在提高澆筑質量的同時，大大節約了工期，降低了成本.

3 結論

1)提出了一種先在原構件外綁扎鋼筋，再在外圍設置焊接密閉鋼模，最后灌注水泥基灌漿料的加固技術，稱之為焊接密閉鋼模注漿加固技術.這種加固技術的特點在于用水泥基灌漿料替代常規混凝土，用密閉鋼模替代傳統的模板.

2)焊接密閉鋼模注漿加固技術可改善傳統增大截面加固法在處理所需增加尺寸有限的混凝土梁和混凝土柱的過程中，混凝土中的粗骨料難以進入原構件與模板間隙、混凝土難以澆筑密實及振搗困難等問題.

3)焊接密閉鋼模注漿加固技術在實際工程中的應用效果表明，這種加固技術施工簡便，節省工期，加固效果良好，具有廣泛的適用性，可在加固工程中推廣.

［1］中華人民共和國國家標準.GB50367—2006混凝土結構加固設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2006.

［2］趙明.增大截面法加固鋼筋混凝土柱的受力性能研究［D］.西安:西安科技大學，2009.

［3］何紅霞.自密實混凝土增大截面法加固軸心受壓柱的研究與應用［D］.長沙:中南大學，2007.

［4］RAHIMI H，HUTCHINSON A.Concrete beams strengthened with externally bonded FRP plates［J］.Journal of Composites for Construction，2001，5(1):44-56.

［5］SMITH S T，TENG J G.Shear-bending interaction in debonding failures of FRP-plated RC beams［J］.Advances in Structural Engineering，2003，6(3):183-199.

［6］ZHENG Wenzhong，ZHANG Geming，LIU Xudong，et al．Experimental research on ultimate bearing capacity of N-joints of grouted square steel tube trusses［J］.Journal of Southeast University(English Edition)，2007，23(4):566-570.

［7］LI Li，ZHENG Wenzhong，LU Shanshan.Experimental study on mechanical properties of reactive powder concrete［J］.Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)，2010，17(6):795-800.

［8］TENG J G，ZHANG J W，SMITH S T.Interfacial stresses in RC beams bonded with a soffit plate［J］.Construction and Building Materials，2002，16(1):1-14.

［9］中華人民共和國國家標準.GB50010—2010混凝土結構設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［10］中華人民共和國行業標準.JGJ/T23—2001回彈儀檢測混凝土抗壓強度技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，2001.