建筑工程結構加固技術及應用

林 娟

（天瑞達（福建）建設集團有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

改革開放以后，我國建筑行業取得了巨大的發展，各類建筑物先后建立。20世紀，國內的建筑物以砌體、混凝土結構為主。經過多年的使用，這些建筑物已經進入中老年階段。同時，受設計、建筑、材料性能等多種因素影響，很多建筑的質量較差，雖然還沒有達到使用年限，但是已經出現了一些安全隱患[1]。與此同時，建筑工程結構加固改造過程設計的相關因素較多，施工過程較為復雜，極易出現結構破壞引起房屋倒塌或其他施工安全事故。因此，如何通過科學合理地運用加固改造技術，充分發揮建筑物的使用功能和作用，有效地保證房屋建筑的安全，避免大拆大建帶來的巨大浪費，更好地保障居民的生命財產安全，已經成為建筑行業的熱點課題。

1 建筑工程結構加固技術

1.1 建筑工程需要進行結構加固原因

1.1.1 建（構）筑物接近或超過其設計使用年限

20世紀80年代，我國城鎮居民的居住建筑面積已經達到46.76億m2，使用年限超過30年的約占65%；到2019年，我國既有建筑面積達到600億m2，同時每年新建居住建筑面積16億m2～20億m2。2019年統計數據顯示，我國城鎮當中約16萬個老舊小區，4 300萬戶家庭，建筑面積近40億m2，大部分都屬于基礎設施老化、環境臟亂差的老舊小區。其中有約9億多m2無抗震設防的建筑面積，未達到50%節能要求的建筑面積約17億m2，未進行無障礙改造的建筑面積19億m2，直接影響和降低了1.2億居民的生活質量，甚至可能威脅到居民的人身健康[2]。

1.1.2 建（構）筑物存在先天性缺陷

在我國城鎮化快速推進的過程中，很多建筑工程都存在先天性缺陷，例如前期勘察不能準確反映地下水、地基土的真實情況，造成建筑物施工中、竣工后出現地基沉降；建筑結構設計時冗余度較低，其結構模型無法完全反映建成之后的實際情況，導致建筑結構存在安全隱患；建（構）筑物在施工建設過程中也存在很多隱患，偷工減料、質量不達標就竣工等現象屢見不鮮，投入使用后返工返修、加固處理時有發生[3]。

1.1.3 使用不當及環境劣化

在建筑物的使用過程中，很多居民都會對其房屋進行裝修改造，但是大部分人對建筑工程結構并不了解，缺乏建筑結構的相關知識，單憑自己的喜好和使用方便來對房屋進行改造，裝飾裝修時只憑借自己的不合理推測就改造建筑結構，或未經相關單位鑒定或加固即拆除承重構件，導致構件周圍或上部構件承載力不足，增加了安全隱患。

另外部分建筑物的使用環境相當惡劣，例如高溫、腐蝕、潮濕和粉塵等環境，日常使用過程中又缺乏對建筑物的正確管理、檢修、鑒定和維護等，使得很多建筑物在合理的使用壽命周期內就出現了需要加固的情況[4]。

1.1.4 遭遇災害

我國地域遼闊，地形地貌和地質條件變化較大，很大一部分城市都位于地震區內，且水災、臺風等自然災害年年不斷。隨著我國城市化進程的加快，人口和建筑群進一步密集化，建筑火災發生頻率日漸增大。據統計，我國平均每年發生火災7萬余起，其中建筑物火災就占火災總數的60%左右，此外還有臺風、暴雨暴雪等極端天氣，都對建筑物造成了不同程度的損害，使得不少建筑物結構遭受嚴重損傷，使用壽命縮短。

1.2 建筑工程結構加固技術應用現狀

隨著我國建筑業的快速發展，建筑工程結構加固技術也在日漸完善，但在實際的加固工程施工時，需要對加固過程及其影響因素進行綜合分析，要根據實際的施工情況來選擇科學合理的結構加固技術，確保房屋建筑的結構加固取得良好的實施效果，保障房屋使用安全[5]。在加固技術的實際應用中，依然存在很多缺點與不足。

1.2.1 增大截面加固法實際操作難度較大

對鋼筋混凝土建筑構件進行加固改造的主要方法之一就是增大截面加固法，該方法行之有效，應用廣泛，但是在實際應用過程中仍然存在精準度不夠、施工時間過長、實際操作困難等問題。這些問題限制了改造工程的施工進度，不利于建筑改造工程結構加固的快速推廣與發展。

1.2.2 植筋加固技術還不成熟

植筋加固技術是對需要加固的構件植入普通鋼筋或螺紋鋼筋，增加建筑共建的抗震性能和抗沖擊功能，從而達到加固建筑構件的目的。該加固方法在建筑結構加固中應用廣泛，但是存在許多不足。例如對加固構件進行打孔時，需要確定加固位置，進行集中鉆孔，但是對孔的大小和方向的準確度難以精確把握，往往依靠技術人員的相關經驗，缺乏科學的鉆孔手段和合理的理論支持。

1.2.3 結構加固前期準備工作不充分

當前我國建筑改造加固行為存在一定的盲目性，前期的勘測檢查工作并不充分，缺少相關的數據收集；也沒有對建筑所處的自然環境和人為因素進行充分的調研，缺乏科學合理的分析和探討，只是憑經驗和構件現狀盲目進行加固。使得建筑的結構加固位置不合理，采用的加固方法不合適，進而破壞了建筑原有的美觀性和功能性，既浪費了人力、財力、物力，又破壞了建筑構件，得不償失。

2 建筑工程結構加固技術應用實例

2.1 工程概況

國網福建省電力有限公司物資分公司泉州基地C棟整體結構為框架結構，位于福建電力職業技術學院洛江校區內。該項目為2層屋頂露臺加固，施工交通方便，物料可直接運至場地內。施工機械、運輸工具和勞動力由施工單位根據進度自行調配平衡，來源已保證，質量保證體系已健全。項目部經過綜合分析與考慮，結合工程概況，決定對屋頂露臺采用粘貼鋼板加固法、植筋加固法、粘貼碳纖維布加固法3種方法并用的形式。

2.2 結構加固施工技術

2.2.1 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法又稱鋼板粘貼補強法，是指用專用膠結劑把薄鋼板與混凝土構件表面粘貼在一起，使薄鋼板與混凝土協同工作的加固方法[6]。其主要優點在于不需要破壞被加固的原有結構物且幾乎不會增大原有結構物的尺寸，可以提高構件的剛度，限制其裂縫的開展，且施工工藝簡單，施工周期較短，一般構件加固3 d后即可受力使用，適用于應急的加固工程，施工工藝流程如圖1所示，施工效果圖如圖2所示。

圖1 粘貼鋼板加固法施工工藝流程圖

圖2 粘貼鋼板法加固梁施工效果圖

施工過程中的注意事項包括以下4條：1）材料準備：粘貼鋼板加固工程所用到的材料主要包括熱軋鋼板，膠粘劑等。2）錨桿需放置在設計制定位置，嚴禁鋼板打眼時撕裂損傷鋼板。3）涂膠粘劑后將鋼板按設計位置布置并固定，專用結構膠結劑的膠層強度應高于混凝土的強度，膠結劑層與加固鋼板的厚度不超過10 mm，保證粘結的鋼板能夠與混凝土協同工作，共同承擔荷載。4）維修保養：該鋼板加固長期使用的環境溫度應該不高于60 ℃，后續做好鋼板的防腐處理。

2.2.2 植筋加固法

“植筋”技術是一項針對混凝土結構較簡捷、有效的連接與錨固技術，通過植入普通鋼筋或螺栓式錨固筋，達到加固建筑物的目的，現已廣泛應用于已有建筑物的加固改造工程，其主要優點是施工所需的工作面相對較小，在建筑中有很強的適應性，所需費用較低，能夠與所加固的混凝土構件形成一個有機整體，施工工藝流程如圖3所示，施工效果圖如圖4所示。

施工過程中的注意事項包括以下5條：1）材料及設備準備。JGN、AC建筑結構粘合劑，酒精、棉紗、成孔機等。2）按施工圖放線定位，后用鉆機成孔。3）鉆孔后清除孔壁表面浮灰，技術人員按要求配膠后，應盡快將AC型建筑結構加固膠注入孔內。4）植入鋼筋，反復旋轉2～3圈使膠與鋼筋有效結合，待靜置24 h后方可進行下一道工序。5）維修保養：如果先種植鋼筋后焊接鋼筋，其焊點距基材混凝土表面應大于15 d，并且應采用冰水浸漬的濕毛巾包裹植筋外漏部分的根部；若鋼筋連接采用擠壓法或其他機械連接方式，可不進行以上保護處理。

2.2.3 混凝土構件粘貼碳纖維布加固法

混凝土構件粘貼碳纖維布加固法的原理是使纖維布在加固震損結構中承擔拉應力，改善構件的受力狀態，提高受剪承載力，限制裂縫的產生和發展，提高抗裂性能，恢復其抗震能力。施工工藝如圖5所示，施工效果如圖6所示。

施工過程中的注意事項包括以下4條：1）材料準備。碳纖維織物、JGN-P底膠、JGN-C粘浸膠。2）利用機械打磨消除混凝土構件被粘貼接面上的灰漿、油污、松散的沙粒等，轉角部位要倒角。3）除去混凝土表面浮灰，并用酒精擦拭處理。將底膠用滾刷均勻地涂抹至粘接面，當指觸干燥時即可立即進行下步施工。4）將粘浸膠用滾刷、刮板蘸膠均勻涂抹到混凝土粘接面上，使用硬橡膠輥或塑料刮板往復碾壓，不得留有氣泡，外層碳纖維布表面應均勻涂刷一道粘合劑。

圖3 植筋加固法施工工藝流程

圖4 植筋加固法施工效果圖

圖5 碳纖維布加固法施工工藝

圖6 粘貼碳纖維布加固法施工效果圖

2.3 加固效果評價

對屋頂露臺采用粘貼鋼板加固法、植筋加固法、粘貼碳纖維布加固法3種方法并用的形式進行加固之后，工程圓滿通過竣工驗收，質量滿足設計圖紙要求和《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》的規定，在工程施工過程中，無重大火災、重大人身傷亡、重點設備事故發生，未出現施工擾民和噪聲污染的現象。

3 結語

我國建筑行業已經進入新建和加固維修并存的時期，原有建筑結構功能衰退與老齡化所帶來的結構安全問題應該引起各方的關注。在原有建筑上進行結構的加固和維修既可以提高整體結構的安全性，同時其內部設施還可以滿足繼續使用的要求。另外，結構加固投資小、周期短、效益高。因此，建筑行業應重視加固維修技術的研究和應用。該次對屋頂露臺采用粘貼鋼板加固法、植筋加固法、粘貼碳纖維布加固法3種方法并用的形式進行加固，其施工管理過程對建筑工程結構加固技術的應用具有較大的參考價值。