鋼筋混凝土結構加固技術應用研究

■劉蔚曉 ■時代建筑設計院(福建)有限公司，福建 福州 350003

混凝土是現代建筑工程的重要材料，我國建筑采用混凝土材料已有近百年的歷史，隨著時間的推移，混凝土結構出現不同程度的老化和損傷，由于設計缺陷或施工不當可能造成混凝土結構蜂窩、麻面、孔洞等質量缺陷，重者可能會導致開裂、傾斜、坍塌等重大事故。為此，研究混凝土結構加固技術具有重要的現實意義。

1 結構加固要求

在加固方案的選擇上，應盡可能爭取做到以下幾點:(1)綜合各加固措施，優選加固效果好，施工工期短，材料用量少，簡單易操作、勞動強度低的加固方法，充分發揮綜合效應;(2)對于可以繼續使用的原結構應盡量保留，發揮其潛力，避免無謂的拆卸、更換，節省材料及勞動力;(3)盡可能減小加固構件對建筑物原使用功能的影響;(4)避免或盡可能降低加固方案帶來的負面效應，事先要充分考慮加固措施可能會帶來的不利影響。(5)在加固材料的選擇上，采用的混凝土強度等級要比原結構的混凝土強度等級提高一級，且不低于C20;在加固的混凝土中不能摻入火山灰、粉煤灰、高爐礦渣等其他混合材料。對于粘結材料及化學灌漿材料，其粘結強度要比被粘結構的抗拉強度和抗剪強度大。

2 結構加固技術

結構加固技術是在確認建筑物的可靠性后，對存在問題的部位進行補強，從而恢復建筑物原有的使用功能和安全性的技術措施。目前混凝土建筑結構常用的加固技術可分為直接加固法和間接加固法。

直接加固法包括加大截面法、混凝土置換法、外包鋼加固法、黏貼纖維復合材料法。加大截面法是指增大截面尺寸、增加受力配筋，從而提高建筑結構承載力的方法。該方法施工簡便、技術成熟、質量易于控制，適用于板、柱、梁、墻及一般構造物等多種結構的加固，但該方法現場濕作業時間長，可能減少原有建筑使用空間等缺陷。混凝土置換法是清除建筑結構中，強度不達標或存在嚴重質量缺陷部位的混凝土，重新澆灌新混凝土的加固方法。該方法濕作業時間長、清除混凝土工作量大，同時需要增設部分加固設施。外包鋼加固法是將型鋼(通長為角鋼)外包于構件四角(或兩角)來加固混凝土結構，外粘鋼加固法是通過在混凝土構件表面粘貼鋼板，提高結構承載力來進行結構加固，這兩種方法都具有施工操作簡便、施工時間短、，效果可靠等優點，其實際效果主要取決于粘鋼施工質量。黏貼纖維復合材料法是將高強度纖維織物黏貼于加固構件表面，該方法具有高強高效，不增加構件自重和體積，對受拉和受壓承載力不足的加固具有較好效果。

間接加固法可分為增加支撐法、預應力法。增加支撐法即指增加支承構件的方式來進行結構加固，該方法的優點是受力明確、安裝簡便、維修效果可靠;缺點是容易破壞建筑物的原貌和使用功能，會使建筑物的凈空間減小，所以該方法常用于搶險工程或對大跨空間要求不高的建筑。預應力法是通過設置外加預應力拉桿或撐桿的方式，改變原結構部分內力模式，從而提高建筑結構承載力。

另外，混凝土結構特點為帶裂縫工作，但裂縫如若開展過大，會影響混凝土結構的承載力及耐久性，對裂縫超過規范限值的構件應進行裂縫修補。裂縫修補方法主要有以下3 種:表面處理法、填充法、灌漿法。裂縫修補的材料主要為樹脂和水泥。修補方法與修補材料的類型密不可分。根據工程實際和建筑結構要求，選擇合理的加固材料和方法是實施混凝土建筑結構加固工程的關鍵。

3 案例分析

3.1 工程概況

某市綜合辦公樓項目，呈長方形，東西長約200m，南北寬約300m，總建筑面積約7.0 萬方，地上19 層，建筑面積約6.1 萬方，地下1 層，建筑面積約0.9 萬方。該辦公綜合樓的報告廳位于主體結構四層，有大空間的使用要求，其屋面為大跨度框架結構，是建筑結構施工的難點。在施工過程中，由于模板支撐體系失穩導致報告廳屋面整體坍塌，事故造成一系列不良影響，必須采取積極有效的加固措施。

3.2 事故分析與評估

綜合樓屋面垮塌事故發生后，建設單位組織相關部門進行原因分析和影響評估。從施工現場看，施工單位未按照預先設定的模板支護系統專家論證方案進行施工，導致模板支護系統整體失穩，造成屋面破壞。主要有兩方面的問題:一是支撐系統的橫向和縱向排架間距未滿足設計方案要求，排架底部未按要求設置掃地桿，未設置剪刀撐。二是支撐系統中部分支撐桿落在未到齡期的懸挑梁上，同時尚未完成結構受力核算，懸挑梁下面也沒有設置新的支護措施。

屋面坍塌對該項目造成較大影響。一是坍塌造成四層周邊尚未凝固的混凝土散落在四樓混凝土柱頭上并形成塊狀凝結，受沖擊力影響四樓部分混凝土柱頭表面的保護層出現開裂;二是部分裸露鋼筋受倒塌外力影響發生嚴重變形，甚至產生90°壓彎;三是四層懸臂陽臺受倒塌外力沖擊，懸臂梁根部斷裂;四是受倒塌外力作用，三層部分梁在撞擊后發生開裂，裂縫最寬處約0.5mm，深度達300mm。根據屋面坍塌原因及受損情況分析，該報告廳部分梁、柱、裸露鋼筋受損嚴重，應及時采取加固措施。

3.3 加固技術方案

該項目結構加固主要涉及兩方面:一是混凝土工程;二是鋼筋工程。

3.3.1 混凝土工程加固

混凝土工程加固的重點是:四樓柱頭混凝土結構和懸臂梁、板混凝土結構。

(1)混凝土柱頭加固。經檢測，混凝土柱頭結構完好，強度基本符合要求。但也存在部分結構缺陷，一方面，坍塌的屋面使周邊未達終凝的混凝土散落在柱頭上凝結成塊，從而影響混凝土柱頭的咬合力;另一方面，部分柱頭鋼筋的混凝土保護層出現張拉裂縫和脫落現象。為此，采取的主要修復方法是:首先，將散落在結構層上的混凝土鑿去，并用清水沖洗干凈，直至顯露原結構層;其次，采用扁嘴鑿將混凝土柱頭上脫落或開裂部分鑿除，若混凝土的剝落位置在鋼筋中心線附近，則應將鋼筋周邊混凝土全部清除，以滿足混凝土與鋼筋的握裹力，混凝土裂縫清除后，可與柱子同步澆筑新混凝土;第三，為保障新、舊混凝土的緊密銜接，在交界面上采用鑿毛處理，以增強混凝土面的契合表面積，并在交接面增刷界面劑，同時為了避免出現分層現象，鑿除的范圍應為混凝土外皮至內10cm 以上。

(2)懸臂梁、板結構。經檢測，該綜合樓四層懸臂梁板混凝土結構破壞最為嚴重，懸臂梁板已嚴重斷裂，應及時清除已破壞的建筑結構，并對懸臂部分采用加固處理。一是混凝土加固面的處理。懸臂梁的根部是新舊混凝土的結合面，將交界面表面鑿毛，每隔10cm 開鑿寬度8cm，深度5cm 的凹槽，以增強新舊混凝土的咬合力，充分沖洗鑿毛面和凹槽面，并涂刷界面劑，提高混凝土強度等級。二是強化懸臂梁根部的抗彎、抗剪性能。由于新澆筑的混凝土與原混凝土存在施工縫，這樣會減弱懸臂梁的抗彎、抗剪能力，為此采取增加懸臂梁尺寸，增大縱向受力筋的。方式進行加固，將已拆除的懸臂梁K126、L16 的截面增加50mm，同時上排鋼筋、下排鋼筋附近各增加4 根直徑為25mm 的的螺紋鋼。在懸臂梁中增設鋼筋后，增設直徑為10mm 間距100mm 的箍筋。通過上述措施，能夠有效增強懸臂梁根部的抗彎抗剪能力

(3)混凝土梁裂縫處理。報告廳屋面倒塌后，三層KL6 部位受外力撞擊產生寬約0.5mm，深約300mm 的裂縫，檢測報告顯示，自坍塌事故發生后的5 個多月中，裂縫無擴大發展，混凝土強度滿足要求。為此，對該處裂縫采用封閉灌膠處理。

圖1 懸臂梁上部增設鋼筋分布圖

圖2 四層懸臂梁L26 下部增設鋼筋分布圖

3.3.2 鋼筋工程加固

該項目鋼筋工程加固主要涉及四樓柱裸露鋼筋、四樓懸臂梁和懸臂板裸露鋼筋。

(1)四樓柱裸露鋼筋。該坍塌事故造成四樓樓面裸露鋼筋部分呈90°彎折。為節約利用資源，檢測單位切除部份彎折鋼筋并調直后，檢測其抗拉、抗彎性能，結果滿足要求。經X 探傷后，鋼筋內部完好。因此，該部分鋼筋以保留為主。一是做好裸露鋼筋的除銹處理;二是直螺紋鋼筋損壞部分應予以切除，采用冷擠壓套筒連接。

(2)四樓懸臂梁和懸臂板裸露鋼筋。經現場勘查，四樓懸臂板裸露鋼筋保存較為完好，應適當除銹。四樓懸臂梁上部鋼筋受彎嚴重，應予以切除，并采用冷擠壓套筒連接。施工中嚴格按照《鋼筋機械連接通用技術規程》(JGJ107 -2010)的相關規定進行施工。故在施工中，懸臂梁的下部所增設鋼筋，盡量靠近原設計位置，原鋼筋應予保留，并與新鋼筋同步捆扎。

4 結語

鋼筋混凝土結構加固技術是土木工程領域的前沿和熱點。結構加固技術具有多變性和特殊性，要根據不同項目的實際情況和各種加固措施的應用效果，綜合考慮結構加固中整體和局部、臨時和長久、構件和結構的關系，確定優選的結構加固方案。本文以工程案例為分析對象，從混凝土柱頭加固處理、斷裂懸臂梁板修補、混凝土梁裂縫封閉、裸露鋼筋處理等方面，對已坍塌的建筑開展加固措施探討，具有一定的理論和實踐意義。

［1］張益多，劉榮桂.混凝土結構加固技術研究及應用綜述［J］.江蘇大學學報，2009，(6):2 -6.

［2］衛龍武，呂志濤，郭彤.建筑物評估、加固和改造［M］.江蘇:江蘇科學技術出版社，2010.7 -54.

［3］梁叢中.鋼筋混凝土梁粘鋼加固的抗震構造及其性能研究［D］.上海:同濟大學，2012.21 -25.