混凝土柱增大截面加固施工要點

謝紹寶，何宇

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 101101）

1 引言

與很多加固立柱的方式相比，增大截面加固法在建筑加固領域早期應用較多，其優點是對材料要求低、結構簡單、適用性強，特別適用于原始橫截面尺寸明顯較小且軸向壓縮比明顯較高的組件的加固。主要缺點是濕法作業多、工期長、工程量大和機械使用多。

隨著一些新材料和新技術的出現，結構加固施工領域正在蓬勃發展。對于柱結構的加固，可以使用外加鋼板、碳纖維加固或者預應力鋼筋加固法。但當對結構的耐久性要求較高，或者環境溫度高于60 ℃時，增加截面法仍然是不可替代的。增大截面法雖然出現較早，但仍是基于實踐經驗的方法，缺乏系統的理論研究，尚沒有完善的設計與計算方法。因此，研究、歸納該方法仍然有重要的理論意義和實用價值。

2 工藝原理

配筋率適當時，混凝土受彎構件的承載力隨著鋼筋總面積的增大而提高，所以，增大結構橫截面中鋼筋的截面面積可以顯著提高原構件的截面抗彎性能。然后在混凝土受壓區增加現澆混凝土，通過新增部分和原結構的共同工作，可以提高構件的正截面承載力[1]。

3 施工工藝流程

混凝土構件增大截面加固施工主要按圖1 所示流程進行。

圖1 混凝土構件增大截面法加固施工流程圖

3.1 修整原結構

對于原有結構，應先清除表面剝落、疏松、腐化的混凝土，再用角磨機對混凝土表面進行打磨，直至露出骨料新面并打磨平整，然后，采用花錘砂輪機或高壓水射流進行打毛，必要時也可設置溝槽。采用三面或四面增大截面法加固混凝土柱時，還應鑿除截面的棱角。完成鑿毛后，應用鋼絲刷等工具清潔原混凝土表面松動的骨料砂粒，并用清潔的壓力水沖洗干凈，除去浮渣、塵土[2]。

3.2 基礎植筋施工

基礎植筋施工主要的施工步驟為：沖擊鉆機鉆孔→清理鉆孔→注膠→植入鋼筋。

首先，應標出鉆孔點位，之后，采用電錘成孔，并用高壓空氣吹射方法清除孔內細小顆粒物，用鋼絲刷除去鋼筋或錨桿表面的銹跡污物，并在植筋前采用棉絲浸泡丙酮，將孔壁和鋼筋清洗干凈。垂直植筋時，要先把膠灌入孔內，再插入鋼筋至孔底，順時針旋轉鋼筋，使膠混合均勻，調整鋼筋位置，并加以固定。水平植筋，則要在插入鋼筋后封堵孔口，從灌注孔及排氣孔壓力灌膠。

3.3 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎工藝流程為：安裝豎向受力筋→計算箍筋間距→套柱箍筋→綁箍筋。

在加固樓層范圍內，鋼筋應通長綁扎，并應滿足植筋邊距、間距與深度的要求。新增箍筋直徑應與原箍筋直徑相同，在規定范圍內還應加密，從而使新舊兩部分混凝土共同受力，保證混凝土柱的整體剛度與強度滿足要求。綁扎箍筋時，先將箍筋套在從下部外伸的搭接鋼筋上，箍筋與主筋需垂直布置，箍筋轉角處與主筋交點處需要綁扎。新增箍筋需與原柱箍筋錯開布置。柱結構兩端的箍筋應加密，加密區長度及加密區箍筋間距應符合規范要求。如需增設拉筋，拉筋應勾住箍筋。

3.4 安裝模板

模板安裝工序為：模板設計、加工→定位放線→拼裝模板→安裝水平固定卡與水平箍→校正垂直→模板驗收。

組裝模板之前，應檢查柱根處的混凝土，表面應光滑整潔。如果不滿足平整度要求，則用1∶1 的水泥砂漿將其整平。立柱模板采用多層板，使用鋼管作豎箍。根據模板定位線，將模板的榫槽與水平固定夾對齊，以將模板牢牢箍住。然后，使用水平箍支撐系統進行連接。組裝完成后，必須通過平行線投影法用吊線和鋼尺檢查柱體模板的垂直度，校正模板以符合規格要求。

3.5 澆筑混凝土

新增混凝土強度等級應比原柱提高一級，且不宜低于C25。

為了保證混凝土的質量，在施工過程中必須加強振搗。灌漿時不宜一次下料過多，在下料厚度達500 mm 后應停止下料，振搗密實后再下料。由于加固部分截面小，柱結構高度大，下料時需要輕敲模板外壁，防止混凝土在中間被隔斷，保證混凝土的密實性，同時，可以用此方法檢查混凝土澆筑是否飽滿。立柱模板從下到上應每隔1～1.5 m 設置1 個振搗孔，澆筑一定量的混凝土后進行振搗，并同時進行外部振動，以確保澆筑混凝土的密實性。振搗完成后，用模板將振搗口堵住，然后繼續澆筑。

3.6 養護及拆模

澆筑和振搗混凝土后，需要及時拆除模板，以增加模板的周轉率，加快工程進度，但過早拆除模板會影響混凝土結構的質量。模板的拆除順序與安裝順序相反，先拆除后安裝的模板，后拆除先安裝的模板。即首先移除框架桿的水平箍，然后移除固定卡，然后用撬棍小心地抬起模板，以將模板與混凝土分離。

在混凝土養護過程中，要定期在施工現場灑水，以保證環境濕度，使混凝土結構長時間保持表面濕潤。混凝土潮濕養護應不少于7 d，適當延長養護時間有利于保證材料強度提高，可以避免后期干縮裂縫的出現。

4 質量控制要點

4.1 保證新增鋼筋連接強度

新增加的鋼筋需有工廠的質量檢測證明和試驗報告，并要抽樣進行力學特性試驗和焊接試驗，通過試驗后才能投入使用。然后，要嚴格按照設計圖的要求選擇鋼筋的等級、規格、切割長度、形狀，并盡量減少鋼筋接頭。

新增鋼筋（包括種植箍筋）需與原鋼筋連接，對四面加大截面的混凝土柱進行加固，要確保新增加的箍筋閉合；當采用單面、雙面或三面加大截面加固混凝土柱時，若不能封閉，可采用新箍筋與原箍筋進行焊接實現密封。內箍為鉆孔植筋，清孔處理后，要注入植筋膠，插入鋼筋，新增箍筋與原有箍筋高度宜錯開50 mm 布置，錨入深度應嚴格符合設計圖的要求；外箍筋與原外箍筋焊接，單面焊接長度應不小于10 d（d 為箍筋直徑）。

4.2 混凝土振搗

混凝土澆筑后，應進行振搗，以除去混凝土澆筑產生的氣泡，使混凝土澆筑均勻，以提高結構強度并確保混凝土構件的質量。逐層澆筑混凝土時，每層混凝土的厚度不應超過振搗棒長度的1.25 倍，在振搗過程中，要上下搖動振搗棒，以使上下振搗均勻。振搗上部混凝土時，應在下部混凝土初凝之前進行，并且應將振搗棒插入下層混凝土5～10 cm，以使先后澆筑的兩層混凝土成為整體。混凝土表面應平整，沒有明顯的沉降和氣泡。使用振搗器時，振搗器與模板之間的距離不應超過振搗器半徑的0.7 倍，不宜在模板附近振搗，并且應避免與鋼管、管道、吊環、預埋件等發生碰撞[3]。

4.3 保證混凝土密實度

對柱截面采用增大截面法加固時，可以采用自密實混凝土或微膨脹混凝土，能夠保證混凝土密實度及抗裂性能，提高柱結構的強度與剛度。

自密實混凝土的主要特性是具有高流動性，并且不離散，不滲漏，可以通過自重填充各種形式的空間，對于致密的鋼筋和復雜的結構具有良好的填充特性。它可以形成致密的混凝土結構而無須振搗（或輕微振搗），并且具有良好的機械性能和耐用性，為解決或改善致密鋼筋、薄壁、復雜形狀、大體積混凝土結構或有特殊要求且難以振搗的混凝土施工帶來了極大的便利，可以避免振搗不足引起的質量缺陷，消除振搗引起的噪聲污染，提高混凝土施工效率。

一般混凝土由于干燥收縮、蠕變、溫差效應引起的收縮變形會在結構內部產生拉應力，當這個拉應力大于混凝土的極限拉應力時，就會產生裂縫。使用微膨脹混凝土時，在混凝土養護的初期階段，混凝土結構會產生膨脹變形，并釋放能量，可優化混凝土結構內部的微觀結構，使結構內部產生一定的壓應力和壓應變。由于結構處于塑性狀態，所以，可以壓縮、填充大量空隙，抵消收縮變形產生的應力，有效提高結構的耐裂性。

另外，在混疑土中加入微膨脹劑，可以提高結合面的黏結性能，保證新舊兩部分混凝土能整體工作，共同受力，減小加固混凝土收縮性。

4.4 防止模板脹模

脹模是混凝土柱澆筑過程中的常見現象，其成因是混凝土坍落度大，澆筑過程快。當混凝土層下部剛澆筑，而且初凝還沒有開始，上層不斷澆筑的混凝土將會持續增加模板的側向壓力，則其自身的水平和垂直壓力將容易引起模具膨脹。

為了防止混凝土脹模，可采取以下措施：

1）柱模板結構下角基底面必須平整，平整度控制在2 mm以內。應在支撐模板前用砂漿將模板底角找平，用水泥砂漿封住模板底角，防止模板接縫處漏漿。

2）澆筑底板時插入φ20 mm 鋼筋頭，使模板下角不移位，并用腳手架管固定模板外側。

3）應在模板兩側布置對拉螺栓，對于距柱根部1 m 范圍內的對拉螺栓帽采用雙帽，以加大安全系數。嚴格檢查對拉螺栓的間距（間距為400 mm，柱下部1 m 范圍內加密，間距300 mm），看板墻的外形尺寸[4]。

4）在澆筑下一層混凝土時，將20 mm×20 mm 的木條固定在模板的上部入口內，以使澆筑的混凝土的上部入口形成凸形，在支設上一層模板時下口就能與混凝土面緊密接觸，加上有鋼筋支腳當對拉螺栓，保證下口模板不發生脹模現象。

5）模板接縫處應用木橫跨縫固定，以加強支撐，保證模板表面平整。

6）拆除模板時，必須在能保證混凝土強度的情況下進行，以免拆除模板時損壞混凝土的表面和邊角。拆解式不能整體拆解，必須從上到下依次拆解。

4.5 控制新舊混凝土黏結強度

增大截面加固法最大的問題是新舊混凝土部分的功能結合問題。受力時，新舊混凝土的結合面是薄弱部位。若新舊混凝土結構界面的強度過低，則不能有效傳遞荷載應力，過高則會引發脆性斷裂危害。因此，在結合面上放置足夠的剪切摩擦肋或錨固構件，可以強化新舊兩部分的連接，確保在結合面上有效地傳遞外力，并且使新舊混凝土作為一個整體發揮作用。

一般在原構件混凝土界面（黏合面）打毛完成后，涂刷結構界面膠，在經過粗糙度處理的舊混凝土表面涂刷界面劑可改善舊混凝土的黏結微觀結構，提高黏結性能。需要注意的是，應選擇黏結力強、耐水性好、耐老化性強的界面膠，界面劑可以提高新舊混凝土之間的黏結力，避免因表面吸水特性或光滑引起界面不易粘連的現象。

為了保證界面劑的黏結效果，可采取以下措施：保持施工環境的相對濕度小于70%，通風良好，基面和環境溫差需控制在5 ℃以內；涂刷界面之前，需用鋼絲刷清除油脂、苔蘚等，混凝土表面疏松和破裂的部分應提前修理；用刷子均勻涂刷黏結漿料在基面上，然后讓涂層表面干燥（約12 h）。

5 結語

本文通過對現行施工方法與工藝流程的歸納總結，提出了對柱結構采用增大截面法進行加固施工的常見問題，探討了保證混凝土振搗質量、控制澆筑混凝土強度、防止脹模、控制新舊混凝土黏結強度等施工質量控制要點，并分析了自密實混凝土、微膨脹混凝土、混凝土界面劑等新材料在柱增大截面加固中的應用及發展前景。增大截面加固法雖然是一種傳統的施工方法，但是值得進行系統的總結，同時，應研究與推廣新材料、新施工方法的應用，不斷完善其施工工藝。