結構工程設計中的混凝土加固措施淺述

姬爽 于海濤

摘 要：為了延長結構的使用壽命、提高建筑物的耐久性能，對舊有建筑的加固已經成為當務之急。對于一些微裂縫，采用結構膠修補即可，而出現一些較為嚴重的裂縫，則應遵循建筑結構的加固原則，從實際出發，為正常生活消除隱患，在諸多的選擇方案中擇優選擇，同時避免對原結構構件造成新的損害。本文根據筆者工作實踐，對結構工程設計中的混凝土加固措施進行了分析和探討。

關鍵詞：結構工程；設計；混凝土；加固

1 引言

隨著建筑行業的發展以及人們需求的提升，結構工程越來越多，設計愈發復雜，但質量依然是考慮的首要因素。實際施工和使用過程中，來自自然和人為等方面的破壞都可能會威脅結構體系，出現質量問題，影響正常功能。混凝土是現代建筑不可缺少的材料，目的是提升結構的剛度、強度、穩定性和耐久性，故而在結構工程設計中備受關注。隨著相關研究的增多，相繼出現了許多加固技術和方法，應合理應用，以起到良好的效果，確保施工安全。

2 常見的幾種混凝土加固方法

2.1 增加截面積

該方法在實際工程中應用較多，原理為通過增加構件的截面面積、增加受力配筋，提高整體結構的強度和承載力，以滿足工程需要。此方法適用范圍廣，在混凝土梁柱、板中都能應用；施工簡單，對技術沒有過高的要求；操作難度不大，可靠性有保障，所以很受青睞。但也存在一定的缺點，隨著截面面積的增加，構件外形必然改變，會影響建筑的美觀。面積的增加導致相應的空間會有所減少，增加的部分還會增加結構自重。所以，應用時需結合工程實際情況考慮，具體實施時，需要先對原結構進行清理，確保施工處干凈干燥，沒有雜質。將新鋼筋和原來的鋼筋相連接，并對界面予以處理。新增鋼筋的數量以及焊接質量都沒問題后，可安裝模板，澆筑混凝土，經過養護期后拆模，并開展質量檢查。

2.2 粘貼鋼材

早在20世紀中期，該方法就已出現，在建筑、橋梁工程中都有應用。其工藝原理并不復雜，主要是在較薄弱的構件處，或出現問題的部位，用膠黏劑粘貼鋼板，起到固定的作用，可有效地提高薄弱處的承載能力。該方法操作簡單，施工速度相對較快，且質量有保證，還能降低加固成本，近年來被廣泛推廣。其不足之處在于對粘膠劑質量要求較高，否則會影響加固效果，而且并不能使構件自身的剛度和強度提高。其耐久性也不理想，需要經常維護，無形中會增加維護費用。粘貼鋼板時對環境溫度要求很嚴，需選擇合適的天氣，另外，施工后還可能出現節點，最大的難題是抗侵蝕性有限。因此，該方法不推薦在復雜結構工程中應用。

2.3 外包鋼

此方法使用也比較多，原理是用鋼材裹住需要加固的部位，以提高混凝土的抗壓性和承載力，不會引起構件截面變大。通常有2種施工方法：①干式作業，直接在混凝土柱周圍用鋼材進行包裹，但二者之間并沒有連接，未形成整體，結合面的傳遞剪力不穩定；②濕式作業，可以在鋼材和混凝土之間預留一段距離澆筑混凝土，也可以使用環氧樹脂化學灌漿材料直接把鋼材黏在混凝土柱上。兩種方法相比，干式加固法操作上更簡便，價格相對稍低，但承載力和穩定性遜于濕式加固法，需根據工程情況合理選擇。該方法的關鍵在于加固結合面和鋼材結合面的處理，干式作業需要對混凝土表面進行整平，并清理雜物，確保表面干凈平整；濕式作業則需先做除銹處理，然后開展其他操作。

2.4 置換混凝土

所謂置換，就是以新換舊，用新的高質量的混凝土替換強度等級較低的舊混凝土，進而提高結構的承載性能。相對于以上3種方法，置換混凝土法的適用范圍較窄，通常用在由于某些原因導致混凝土強度大幅降低，甚至不能繼續支撐構體的工程。如果承重構件受壓區的混凝土強度處于正常狀態，一般不建議采用該方法。

2.5 粘貼纖維增強聚合物

此方法與粘貼鋼材加固法的原理一致，即把纖維增強聚合物粘在混凝土結構表面，以改變原結構的各種性能。目前，市場上有芳綸、玻璃、碳纖維3種聚合物，尤其是碳纖維，極受青睞，使用最多。與鋼材相比，碳纖維材料的質量較輕，彈性模量很大，抗拉性能更強，且抵抗疲勞性也很優越。鋼材的抗侵蝕性較差，而碳纖維在這方面很強，因此，耐久性較高，具體施工時難度小，工作量一般不會太大，很快就能完工。當然，碳纖維也有一些局限，例如，對周圍環境的溫度要求較高，否則會影響性能發揮；施工后的養護和維護都需要專業技術和專業人員，而且容易引發火災。選用CFRP纖維加固法，具有耐腐蝕、耐高溫、耐潮濕、維護費用低等優點，加固后對使用空間影響不大，適用于各種受力性質的混凝土結構構件，是一種比較方便而有效的加固方法。另外，碳纖維有自身特點的優勢：重量輕，且具有很高的抗拉強度，彈性模量高，尺寸穩定，抗疲勞，阻尼特性好。由于近年的研究和發展，纖維加工生產技術的改進，逐步推行工業化，可大大降低了生產成本，更有利于這種加固方法的推廣應用。

3 混凝土加固應用于實際案例

3.1 案例工程

某現代建筑位于市中心，共有18層，地下2層，占地總面積8600m2，初建于2002年。經過幾年的使用，受諸多因素的影響，混凝土梁、柱、板均出現了不同程度的損壞，導致性能降低，結構的穩定性不斷下降，如不加以處理，可能會影響居民的正常生活和生命健康。經過一番勘察和商討，確定該建筑需要進行加固處理，工程于2011年3月開始，9月結束，2012年6月投入使用。

3.2 梁板加固

本工程的梁板采用增加截面積加固法，先對原構件的表層進行清理，掃除雜物灰塵，最好露出粗骨料，如此可使新舊混凝土黏結面足夠粗糙，方便施工。確保梁板的平整度，將其不平度控制在允許范圍內，梁不得超過6mm，板不能超過4mm。同時，在澆筑面鑿出若干凹槽，將棱角部分處理掉，保證原構件沒有明顯的凹凸，并做整體清理，將殘余的雜質徹底清除。接觸面必須干凈，如果太臟，需反復沖洗，直至達到施工要求。除銹是很重要的環節，包括新舊兩部分鋼筋，都不能忽略。焊接工作需在卸載構件后開始，并嚴格按照程序進行焊接，以免出現質量缺陷，通常會遵循分區、分段作業的原則，以降低熱量對鋼筋的破壞。

3.3 柱加固

因為工程的空間較大，無需太過擔心占用空間情況，所以柱加固也采用增加截面積法，柱的配筋量有所增多，橫截面積更大，剛度和承載力更強，可靠性和穩定性大幅提升。不僅如此，截面積增加后，柱的抗震性能也得到了增強。另外，增加截面的范圍不一樣，具體的操作方法也有差異，一般有單面加厚、雙面加厚、四周外包幾種。本工程采用四周外包法，先將原柱周圍的混凝土進行鑿除清理，然后按照要求整理新舊混凝土的接觸面，確保滿足施工條件。然后在原柱四周配置新的鋼筋，支設模板，開始混凝土澆筑。

接下來是質量檢測和驗收階段，邀請第三方負責，開展力學性能實驗。確定質量沒有問題后，開始全面驗收，效果良好，不僅是軸心柱，小偏心受壓柱的承載力也得到了加強。該工程竣工至今已經5年，未出現任何質量問題。

4 結束語

現代建筑的結構愈發復雜，對施工工藝和技術要求較高，由于施工不合理、技術不到位等原因，很容易出現質量問題，影響到建筑的正常使用。混凝土加固在現實中常見的補救現象，方法很多，各有優缺點，需根據實際工程需要合理選擇，并按照相應的程序正確施工。

參考文獻：

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