型鋼架與碳纖維布組合加固后開洞口

李曉晶

(山西一建集團有限公司，山西太原 030001)

采用型鋼架與碳纖維布組合加固后開洞口，主要是在要開洞位置的板上和板下相應位置畫好后開洞口邊線，畫好線后根據洞口大小，布置相應的型鋼架和碳纖維加固范圍。采用型鋼架與碳纖維布組合加固完成后再開相應的洞口，這樣的加固方法既保留了碳纖維布加固技術的優點，又綜合了組合型鋼架的強度高、剛度好的特性，使得洞口的加固更加安全、便捷。

1 施工特點

1)施工簡便(不需大型施工機械及周轉材料)，易于操作，經濟性好，施工工期短。2)加固后大幅度提高了后開洞結構的耐腐蝕性、耐久性以及洞口周邊頂板的整體性。

2 加固施工工藝流程

3 操作要點

3.1 加固方法的確認

根據06SG311-1混凝土結構加固構造、GB 50367-2006混凝土結構加固設計規范及以往結構加固的施工經驗總結出來一套大于1 000 mm的后開洞口加固方法，即采用組合型鋼架與碳纖維布加固后開洞口，該方法經過了原設計單位對后開洞口結構頂板的內力分析和承載力驗算，滿足結構頂板的使用功能要求。

3.2 放線確定開洞及加固位置

根據工藝變更的《工程洽商、聯系單》以及施工圖紙采用經緯儀等按照軸線放出頂板上部后開洞口的位置邊線以及控制線。頂板底部的后開洞口位置邊線需搭設活動操作腳手架，采用經緯儀等根據梁的邊線、框架柱的軸線確定后開洞口的位置邊線以及控制線。根據板底的后開洞口邊線確定型鋼架與碳纖維布的組合加固位置。

3.3 混凝土結構、洞口和型鋼架表面處理

3.3.1 混凝土結構表面處理

為保證型鋼架及碳纖維布與結構之間有良好的粘結，原混凝土構件表面必須平整、密實，如果不平整應做如下處理:

1)針對原混凝土構件的粘合面，可用硬毛刷蘸高效洗滌劑，刷除表面油垢污物后用清水沖洗，再對粘合面進行打磨，除去2 mm～3 mm厚表層，直至完全露出新面，并用無油壓縮空氣除去粉塵或用清水沖洗干凈，待完全干燥后用脫脂棉蘸丙酮擦拭表面即可。2)混凝土表面用修復材料進行補平，如不能一次補平，應待修復材料固化后，打磨，再補，直至達到要求;應在找平材料表面干燥后立即進行下一道工序的施工，以保證鋼板與混凝土的良好粘結。

3.3.2 型鋼梁表面處理

因子分析模型的解析表達式通常有如下的形式：假定P個隨機觀測向量，有均值，協方差，因子分析的模型可表達如下形式[4]：

型鋼架粘結面，須進行除銹和粗糙處理。如型鋼未生銹或輕微銹蝕，可用噴砂、砂布或平砂輪打磨，直至出現金屬光澤。打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應與鋼板受力方向垂直。其后，用脫脂棉蘸丙酮擦拭干凈。如型鋼銹蝕嚴重，須先用適度鹽酸浸泡20 min，使銹層脫落，再用石灰水沖洗，中和酸離子，最后用平砂輪打磨出紋道。

3.4 組合型鋼架安裝

3.4.1 下料

組合型鋼架由型鋼與混凝土板組合而成，加工時根據所要加固洞口的位置及尺寸對型鋼原材料進行下料，型鋼架端部應采用角鋼焊接錨板通過膨脹錨栓以及后灌環氧樹脂膠與端部的框架梁、柱剪力墻等支承結構錨固連接，所有的焊接位置必須滿焊，確保牢固。型鋼架除與混凝土結構粘結面只做除銹處理外，其余面均應除銹后涂刷防銹漆兩道。如果使用環境比較潮濕、對鋼材有腐蝕，應視情況增加防銹漆的遍數，使用中定期進行維護。

3.4.2 粘結

型鋼架的粘結有兩種方式。方法一:拌制好乳膠水泥，用抹刀涂在已處理好的組合型鋼架加固位置混凝土表面上，厚度1 mm～3 mm，中間厚邊緣薄，寬度要比組合型鋼架寬出20 mm左右，然后將組合型鋼架固定在預定位置，并立即上緊螺栓或用支撐固定，并適當加壓，以使乳膠水泥剛從鋼板邊擠出為度。粘好組合型鋼架后，用手錘沿粘貼面輕輕敲擊鋼板，如無空洞聲，表示已粘貼密實，否則應剝下組合型鋼架補膠，重新粘貼。方法二:先安裝型鋼架，在型鋼架與混凝土結構之間采用專用器具灌環氧樹脂膠，必須灌滿型鋼架與混凝土之間的空隙，保證型鋼架與混凝土結構的有效連接，共同工作。錨板的立面位置應主要以后灌環氧樹脂膠灌縫為主，以提高組合型鋼架加固材料與混凝土結構的整體性。

3.4.3 固定

組合型鋼架采用膨脹型錨栓固定，直徑為10 mm，且左右錨栓交錯排列，間距一般不宜大于400 mm。組合型鋼架錨栓距洞口邊緣的距離為錨栓直徑的12倍。沿著后開洞口的短邊布置組合型鋼架，長邊布置型鋼架，一般先安裝組合型鋼架，后安裝型鋼架。型鋼架與組合型鋼架之間一般采用∠50×5的角鋼焊接連接牢固，并應先與組合型鋼架焊接牢固后再與型鋼架焊接。型鋼架端部焊接有錨板，通過M16及以上穿結構螺栓將型鋼架端部與結構連接成一個整體。螺栓直徑應以螺栓的受拉承載力與鋼板等強度為原則。

3.5 碳纖維布加固

3.5.1 碳纖維布粘貼用膠的技術要求及配制應用

配制應用:涂底膠:將甲、乙組分按2∶1的重量稱好，放在潔凈的容器中調和均勻，用刮板將它均勻地涂在混凝土結構頂板底面(洞口四邊底面均刮200 mm寬)，待膠固化后(固化時間視現場氣溫而定，以指觸干燥為準)再進行下一工序施工。注意:調好的底膠須在規定的時間內用完，一般情況下40 min內用完。碳纖維布粘貼膠拌合及操作方法:將膠甲乙組分按2∶1的重量稱好，放在潔凈的容器中調和均勻，用刮板將膠均勻地涂刮在底膠上需粘貼碳纖維布處，隨即按設計要求將已裁剪好的碳纖維布粘貼在設計部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓，擠出氣泡。

3.5.2 碳纖維布的粘貼

1)粘貼位置。碳纖維布與組合型鋼架配合進行結構頂板的加固，主要布置在組合型鋼架端部與結構連接設置穿結構錨栓的位置，以補強混凝土結構因設置穿結構的螺栓孔而造成的結構破壞。一般梁底設置長度為組合型鋼架每邊延長600 mm。2)粘貼方法。在組合型鋼架的兩個端部與其連接的鋼筋混凝土梁上應采用碳纖維布進行加固。碳纖維布的寬度為200 mm～300 mm，長度以實測梁的尺寸為準，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應及下弦的受拉范圍，轉角處須處理成圓角。粘貼碳纖維布，在已修復找平清理干凈的混凝土表刮上專用粘結樹脂，將已浸漬碳纖維布粘貼于找平后的混凝土表面上并壓平粘貼密實。

3.6 開洞

洞口的開鑿應在型鋼架與碳纖維布加固48 h后進行，保證在開鑿過程中不影響加固的效果。開洞時在頂板上部施工，頂板下部相應位置在搭設的操作架子上鋪設墊板，周圍用密目網遮擋至板底，遮擋要嚴密，防止墜物傷人。開洞采用切割機在結構頂板上部沿著洞口邊線先進行切割，切割深度在50 mm左右，切割完成后再人工采用鏨子、錘子等工具進行剔鑿，嚴禁用風鎬等振動頻率較大的設備，防止洞口周邊的加固用型鋼架受到振動等影響加固效果。洞口混凝土剔鑿完成后，洞口處原樓板的鋼筋采用氧焊進行切割，并對鋼筋頭進行打磨至與洞口邊平。

3.7 洞口和型鋼架表面處理與防護

1)洞口開鑿后，立即進行洞口的防護，即在洞口上部砌筑出屋面風帽，不需要搭設臨時防護，砌筑完屋面風帽后，用廢舊的多層板進行覆蓋，以免落物傷人。2)洞口開鑿后，洞口周邊打磨平整、方正，刷素水泥漿一道，外抹水泥砂漿15 mm厚，1∶3水泥砂漿打底，1∶2.5水泥砂漿進行找平、壓光。3)洞口防水:因后開洞口均為結構施工完畢剔鑿的，所以在屋面防水的施工中應尤其注意該位置的防水施工。洞口剔鑿完畢后，應根據生產及施工工藝的要求在洞口上部砌筑出屋面風帽，洞口管道安裝完畢后，應將風帽砌體與管道之間的空隙采用細石混凝土進行填塞，上部鋪貼SBS防水卷材。風帽外圍設置防水附加層，細部構造符合相關規范的要求，保證后開洞口的使用功能。4)型鋼架表面養護:洞口防護完畢后，應對型鋼架表面進行清理，除銹，用砂紙打磨，并涂刷防銹漆兩道，使用中定期檢查、維修。

4 質量控制

4.1 工程質量控制標準

1)板開洞后加固施工質量執行JGJ 116-2009建筑抗震加固技術規程。2)工程驗收時必須有碳纖維布、型鋼及其配套膠生產廠家所提供的材料檢驗證明。3)每一道工序結束后均應按工藝要求進行檢查，并做好相關的驗收記錄，如出現質量缺陷，應立即返工。4)施工結束后的現場驗收以評定碳纖維布與混凝土之間的粘結質量為主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面，以回音判斷粘結效果。如出現空鼓等粘貼不密實的現象，應采用針管注膠(FR)的方法進行補救。粘結面積若少于90%則判定粘結無效，需重新施工。5)嚴格控制施工現場的溫度和濕度。施工溫度在5℃ ～35℃范圍內，相對濕度不大于80%。6)拌合膠需在1 h內使用完，不得使用超過使用期的各種材料，碳纖維加固需在溫度5℃以上使用，溫度低于5℃時，須采用升溫措施。7)空氣相對溫度大于80%或混凝土表面含水率大于4%時不能施工。8)施工后需24 h以上養護(自然養護)，養護過程中，避免過度的振動、沖擊和水分。

4.2 質量保證措施

1)碳纖維布粘結劑使用的是碳纖維浸漬膠，為A級膠，進場后應現場抽樣，進行質量檢驗，合格后方能使用。2)型鋼架加固的混凝土基層的強度等級不得低于C15。3)洞口剔鑿完畢后，應根據生產及施工工藝的要求在洞口上部砌筑出屋面風帽，洞口管道安裝完畢后，應將風帽砌體與管道之間的空隙采用聚氨酯發泡進行填塞，上部設鍍鋅鋼板蓋板。風帽外圍設置防水附加層，細部構造符合相關規范的要求，保證后開洞口的使用功能。

5 效益分析

1)本工法針對現澆板后開洞口采用型鋼架與碳纖維布組合加固方法既保留了碳纖維布加固技術的優點，又綜合了型鋼架高強度、高剛度的特性，使得洞口的加固更加安全、便捷，新穎的工法技術將促進結構板后開洞口加固工程的施工技術進步，社會效益明顯。2)本工法與同類結構板后開洞口加固工程的方法相比，綜合各方面因素，在保證工程質量的同時也降低了成本，節省了工期，形成了較好的經濟效益。