淺議混凝土結構加固方案的設計與優(yōu)選
2016-02-29
混凝土構筑物因出現(xiàn)功能性改變，如接建、增加荷載等，或在出現(xiàn)質量問題，如配筋不足、災后修補、混凝土強度不夠等，都需要進行加固。其加固施工及加固方案的設計尤為重要，對于需要加固的構筑物，應根據(jù)構筑物的不同情況設計不同的加固方案。
一、混凝土結構的加固的一般方法
混凝土結構的加固分為直接加固與間接加固兩類。設計時可根據(jù)實際條件和使用要求選擇適宜的方法和配套的技術。
1、直接加固的一般方法
?。?）加大截面加固法。在鋼筋混凝土受彎構件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層，可增加截面有效高度，擴大截面面積，從而提高構件正截面抗彎，斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補強的作用。
?。?）置換混凝土加固法。該法的優(yōu)點與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點；適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的加固。
?。?）有粘結外包型鋼加固法。外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構件的外邊，外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應采用濕式外包法，即采用環(huán)氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構傭粘結成一整體，加固后的構件，由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高，因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。該法也稱濕式外包鋼加固法，受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護的情況下用于600C以上高溫場所；適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。
?。?）粘鋼加固法。鋼筋混凝土受彎構件外部粘鋼加固是在構件承載力不足區(qū)段（正截面受拉區(qū)、正截面受壓區(qū)或斜截面）表面粘貼鋼板，這樣可提高被加固構件的承載力，且施工方便。
?。?）粘貼纖維增強塑料加固法。外貼纖維加固是用膠結材料把纖維增強復合材料貼于被加固構件的受拉區(qū)域，使它與被加固截面共同工作，達到提高構件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點外，還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優(yōu)點，但需要專門的防火處理，適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物。
?。?）繞絲法該法的優(yōu)缺點與加大截面法相近；適用于混凝土結構構件斜截面承載力不足的加固，或需對受壓構件施加橫向約束力的場合。
?。?）錨栓錨固法該法適用于混凝土強度等級為C20～C60的混凝土承重結構的改造、加固；不適用于已嚴重風化的上述結構及輕質結構。
2、間接加固的一般方法有：
?。?）預應力加固法。①預應力水平拉桿固法。預應力水平拉桿加固的混凝土受彎構件，由于預應力和新增外部荷載的共同作用，拉桿內產(chǎn)生軸向拉力，該力通過桿端錨固偏心地傳遞到構件上（當拉桿與梁板底面緊密貼合時，拉桿會與構件共同找曲，此時尚有一部分壓力直接傳遞給構件底面），在構件中產(chǎn)生偏心受壓作用，該作用克服了部分外荷載產(chǎn)生的彎矩，減少了外荷載效應，從而提高了構件的抗彎能力。同時，由于拉桿傳給構件的壓力作用，構件裂縫發(fā)展得以緩解、控制、斜截面抗剪承載力也隨之提高。②預應力下?lián)卫瓧U加固法。鋼筋混凝土構件采用預應力下?lián)问嚼瓧U加固定后，形成一個由被加固構件和下?lián)问嚼瓧U組成的復合超靜定結構體系，在外荷載和預應力共同作用下，拉桿中產(chǎn)生軸向力并通過與構件的結合點（下?lián)吸c和桿端錨固點）傳遞給被加固構件，抵消了部分外荷載，改變了原構件截面內力特征，從而提高了構件的承載能力。
?。?）增加支承加固法。增設支點加固法是通過減少受彎構件的計算跨度，達到減少作用在被加固構件上的載載效應，提高結構承載水平的目的。該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間；適用于具體條件許可的混凝土結構加固。
?。?）其它加固法。輔助結構加固法是采用另制的輔助構件，如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁，部分或全部分擔被加固梁的荷載。
二、加固方案的優(yōu)選
混凝土結構在現(xiàn)今應用最為廣泛,在施工和使用中出現(xiàn)各種問題也層出不窮,因此混凝土加固技術也得到了很大的發(fā)展,出現(xiàn)問題的成因主要有設計、施工、材料質量等方面,比如因施工原因造成的配筋位置偏差過大,混凝土強度不夠,混凝土內部夾雜、缺陷、狗洞等；還有因功能性改變,如接層、增加荷載等原因都需要進行加固。因此,加固方案的比較和選擇就顯得十分重要,加固方案的制定應根據(jù)不同情況有針對的制定,同時要遵循安全、經(jīng)濟、快捷、施工方便的原則。
1、首先要把是否具有技術、經(jīng)濟、安全優(yōu)秀的加固方案具體體現(xiàn)在其施工作業(yè)方便、施工技術先進、經(jīng)濟效果好、加固質量高等四方面的特點。施工作業(yè)方便、快捷作為主要考慮的問題,但工程很多加固方案往往沒有良好的經(jīng)濟性、安全性,這是阻礙加固工程施工的一個很大的障礙。有的加固方案雖然可以解決問題,但是,由于其技術、經(jīng)濟、施工性不足,而造成施工工期長,勞動用工大,安全系數(shù)低的弊端,結果是將影響到加固質量。例如，某技工學校辦公樓因冬季施工，摻加不合格防凍劑，超標的氯離子破壞了鋼筋鈍化膜，致使十架大梁產(chǎn)生嚴重裂縫，需要進行加固，原施工設計方案之一是采取簡易修補法，即，將大梁裂縫處出現(xiàn)的酥松混凝土鑿除，露出鋼筋后，將銹蝕的鋼筋周圈進行除銹后，用環(huán)氧砂漿進行封閉，達到加固目的；方案之二是采取加大截面加固法，即，通過增大構件的截面和配筋，用以提高構件的強度、鋼度、穩(wěn)定性和抗裂性，并達到修補裂縫的目的。經(jīng)對設
計方案分析，此兩種方案除具有工程造價低的優(yōu)點外，還有以下不足之處：
?。?）技術可行性差，由于此大梁跨度大，鑿除混凝土梁則需分段進行，要用大量的臨時支撐進行安全防護，造成周轉材料不必要的浪費。
?。?）勞動強度高，在鑿除混凝土梁時，因分段施工時，只能鑿一米挪一米，成倍增加了勞動強度。
（3）工效低，大量的重復勞動和落后的施工作業(yè)方法，延誤了施工工期并導致勞動效率下降。
?。?）安全性差，因所有大梁必須將鋼筋鑿除外露，大梁承載力減小，在施工時，須時刻注意防護措施是否到位，麻痹大意則易出現(xiàn)意外事故。
?。?）產(chǎn)值效益小，大量的周轉材料和人工費用的浪費，加大了生產(chǎn)成本，減少了生產(chǎn)效益。
?。?）大的截面影響房屋外觀和空間尺寸?；谶@些原因，經(jīng)與甲方和設計院商討，改變加固方案，采用先進的外包鋼加固施工方法，應用QR型建筑工程結構膠粘錨技術，對這十架大梁進行加固，由于技術先進，加固性能好，占用空間小，施工周期短，材料消耗少，工藝簡便、安全并減輕了勞動強度，提高了加固質量。取得了良好的綜合效益。
2、要根據(jù)現(xiàn)場施工條件決定加固方案加固工程方案的優(yōu)劣，首先要把是否具有施工作業(yè)方便作為必要條件，沒有良好的施工性是阻礙加固工程施工的一個攔路虎。有的加固方案雖然具有解決問題的可行性，但是，由于其方案在施工過程中增加了一定的施工難度，而造成施工工期長，勞動用工大，安全系數(shù)低的弊端，結果是將影響到加固質量。一般來說，加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包鋼加固法、預應力加固法和改變結構傳力途徑加固法等，隨著科學技術的不斷進步，應用新技術、新材料、新工藝進行工程加固的方法，如，化學灌漿法、粘鋼錨固法、碳纖維加固法應運而生，并開始廣泛應用于各類加固工程中。具體那個方案最能體現(xiàn)加固工程所要求的短、平、快、省的特點，應根據(jù)需要加固的構件情況，綜合確定加固方案。以框架柱的加固為例，較為常見的加固方法有外包鋼加固法，即，在混凝土柱四周包以型鋼進行加固，這樣既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承載力，具體方法又分干法作業(yè)與濕作業(yè)法兩種形式：干式加固法是將型鋼（一般是角鋼）直接外包于需要加固的混凝土柱四周，型鋼與混凝土之間無連接，由于與混凝土沒有形成一個整體，所以不能確保結合面?zhèn)鬟f剪力。濕式加固法一是用乳膠水泥漿或環(huán)氧樹脂化學灌漿等材料，將角鋼粘貼在混凝土柱上，二是角鋼與混凝土之間留一定間距，中間澆筑混凝土，達到外包鋼材與混凝土相結合。兩種作業(yè)方法相比較，干式作業(yè)法施工更為簡單，價格低，施工時間短，但其承載力提高不如濕式作業(yè)法好。在方案選擇時，應根據(jù)加固要求和原構件情況，合理挑選適當?shù)姆桨高M行加固。
3、加固工程方案要在注重新技術、新材料、新工藝的應用優(yōu)秀的加固工程方案要在工法上體現(xiàn)出其可行性、科學性、先進性。隨著我國科學技術的飛速發(fā)展,各種新型材料不斷涌現(xiàn),新技術、新材料、新工藝往往能達事半功倍的效果,比如近幾年出現(xiàn)的粘碳纖維就是典型,與其它加固工藝相比,更具有耐濕耐潮、抗腐蝕強、自重輕、強度高、施工方便質量好的特點,加固性能均優(yōu)于目前其它加固方法。可見,選擇加固工程方案要有針對性,不同的加固工程應采取相應的加固措施,其方案需要在進行價格比、性能比的同時,還要體現(xiàn)出其工藝技術的科學性和先進性,這樣的加固方案才是優(yōu)秀的加固方案。
4、要注重多種加固方法的合理的有機的結合應用現(xiàn)在可選擇的加固方法很多，各種方法都有其優(yōu)點與缺點，有時多種加固方法的有機的結合能充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢,揚長避短,取得很好的效果。例如地下室加固頂板就可采用外粘型鋼法、粘鋼板加固法、錨栓技術、裂縫修法補法等多種方法聯(lián)合進行加固。
三、結束語
可見，在選擇加固工程方案要有針對性，不同的加固工程應采取相應的加固措施，其方案需要在進行價格比、性能比、質量比的同時，還要體現(xiàn)出其工藝技術的科學性和先進性，這樣的加固方案才是優(yōu)秀的加固方案。
