混凝土结构工程加固施工方法研究

混凝土结构工程加固施工方法研究
混凝土构筑物因出现功能性改变，如扩建、增加荷载等，或在出现质量问题，如配筋不足、灾后修补、混凝土强度不够等，都需要进行加固。

其加固施工及加固方案的制定尤为重要，对于需要加固的构筑物，应根据建筑物的不同情况制定不同的加固方案。

方案的确定要遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则，只有这样，加固工程才能收到良好的社会效益和经济效益。

优秀的加固方案具体体现在其施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面的特点。

一、混凝土外包钢施工
在混凝土柱四周包以型钢进行加固，这样既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承载力。

具体方法又分干法作业与湿作业法两种形式：干式加固法是将型钢（一般是角钢）直接外包于需要加固的混凝土柱四周，型钢与混凝土之间无连接，由于和混凝土没有形成一个整体，所以不能确保结合面传递剪力。

湿式加固法一是用环氧树脂化学灌浆等材料，将角钢粘贴在混凝土柱上，二是角钢与混凝土之间留一定间距，中间浇筑混凝土，达到外包钢材与混凝土相结合。

两种作业方法相比较，干式作业法施工更为简单，价格低，施工时间短，但其承载力提高不如湿式作业法好。

在方案选择时，应根据加固要求和原构件情况，合理挑选适当的方案进行加固。

本方案采用改性环氧树脂化学灌浆法。

1 操作工艺
混凝土凿除混凝土打磨混凝土钻孔钢板下料钢材清洗
钢板打磨金属粘结内胀螺栓的安装钢板安装落位钢板焊接钢材周边及螺栓周边密封灌注结构胶抹灰
2 施工要点
1）构件表面处理
为增强结合能力，湿式加固法凿去结合层风化酥松层、碳化锈裂层及严重油污层，直至完全露出坚实基层（平式外包钢可免去此道工序）。

在此基础上用金刚磨片将混凝土柱四角根据所粘角钢（L100×100×8）的边长打磨足够的宽度，
粘扁钢（-40×4）的部位亦根据扁钢宽度打磨。

打磨直至露出砂石新面层，四角磨出小圆角，并用钢丝刷刷毛，用高压无油空气将表面灰尘吹净。

2）材料准备
钢板进场后，按混凝土构件的实际尺寸，并根据焊缝设计要求预留焊缝宽度、切割余量、焊接收缩量，放样下料。

切割后断口边缘熔瘤，飞溅物应清除，机械剪切面不得有裂纹及缺楞。

用丙酮洗涤1～2道。

洗涤完毕后，即时采用机械打磨。

打磨纹路应与钢材受力方向相垂直，且打磨面不得遗漏。

打磨完毕，再次用丙酮将打磨面清洗一道。

钢板堆放时，打磨面必须朝下，并放置在通气干燥之处。

3）金属粘结内胀螺栓的安装
砼钻孔的直径比内胀螺栓套管的直径大1～2mm，孔深比螺栓埋深大10～20mm。

将内胀螺栓套管扩大后，轻轻打入混凝土预留孔内，先缓慢的扩大螺栓端部，然后加力扩大紧固。

4）钢板安装落位
按钻孔位置在钢板上钻孔或割孔。

用内胀螺栓将钢材紧固于混凝土构件表面，在紧固螺栓的同时，要采用锤打、卡压等办法，使钢材与混凝土表面间隙尽量减小，一般应小于2～4mm。

缀板应紧贴在砼表面，并与角钢平焊连接。

焊好后，采用环氧胶泥将型钢周围封闭，并留出排气孔。

梁柱接头单片钢板延伸处，采用M12@200锚固。

5）钢板焊接
通过现场试焊，确定合适的焊接工艺，焊接电流，焊条直径。

注意起焊的填满和长弧时防弧坑咬肉。

立焊时，焊接电流比平焊电流小10～15%（相同条件状况下），尽量采用短弧焊接，弧长一般为2～4mm。

收弧时，要采用弧法将弧坑填满，把电弧移至溶池中再停弧。

仰焊时，要注意焊条与焊接方向成70～80度，并宜用小电流短弧焊接。

6）钢材周边及螺栓周边密封
根据环境气温，现场试调“速凝耐压密封胶”。

密封前预埋入注胶口及排气口。

慢速挤压封边，将密封胶满铺一层（厚度为5～10mm）。

密封后的钢材不得锤击、振动或焊接。

7）灌注结构胶
注胶前由专人先进行现场试配。

配制好的结构胶由专人灌注，应在1～2小时内使用完毕；必须采用“低压低速注胶法”，或尽量应用“多孔缓流注胶法”、“吊浆法”缓慢的将结构胶注入钢与混凝土间隙内，提高密实性及浸润性。

垂直方向灌注结构胶（如墙、柱），应由下而上，逐步注胶。

水平方向灌注结构胶（如梁、板），应从中部向两侧逐步深入注胶，排尽空气后应再注胶直至排气管内胶升至50mm以上，用以补偿浸润和提高密实性。

边注浆边用小铁锤或钢板，轻轻敲击，促使胶流动和检查密实情况。

灌注结构胶后，12h内，由专人检查密封情况，出现“漏胶”立即密封，直至结构胶固化或不能渗透流出来为止。

注胶后，3d内不得振动钢材。

二、柱加大截面加固法
由于该方法加大了原柱的混凝土截面及配筋量，不仅可以提高柱子的承载力，还可降低柱子的长细比，提高柱子的刚度。

但加大的截面影响房屋外观和空间尺寸。

加大截面加固钢筋混凝土柱，一般可根据原构件和荷载作用下的内力情况，在被加固柱一侧、双侧或四周采用增大混凝土截面、增加配筋进行加固。

本工程设计采用三（四）面增加截面和钢筋量。

外包的混凝土采用支模浇捣。

1.钢筋混凝土围套厚度为100mm，地下室外墙柱新加纵向钢筋为7Φ18，其余为13Φ22。

箍筋φ8@100/200。

根据设计要求：新加部分设置U型箍筋，-0.05以上箍筋与原箍筋焊接，双面焊接（5d）。

2.地下室附墙柱采用U型箍筋，并与内胀螺栓双面焊接（5d）。

两侧内胀螺栓部位各增加一根Ф16钢筋，箍筋亦与之焊接。

3.新加纵筋与楼面相交處，一般不宜在楼面处截断锚固，应穿过楼板锚固。

与基础相交处，应钻孔入基础，锚固长度应满足钢筋锚固要求。

上节点及中节点，在梁高的范围内，附加M8@300膨胀螺栓与柱锚固，并在楼层梁上下平面于柱各设一道加强钢筋箍；下节点，从室内地坪至基顶，加作50～100mm厚钢筋混凝土围套锚固。

4.应将原构件混凝土存在的缺陷清理至密实部位，并将表面凿毛或打成沟槽，沟槽深度不宜小于6㎜，间距不宜大于箍筋间距，被包混凝土棱角应打掉，同时应除去浮渣、尘土。

5.原有混凝土表面应冲洗干净，浇筑混凝土前，原混凝土表面应用水泥浆进行处理。

6.为提高结合面的黏结性能，保证新旧两部分混凝土能整体工作，共同受力，要求加固混凝土收缩性小。

本工程在混凝土中加入12%的HEA膨胀剂以减少后浇混凝土的收缩。

7.由于在后浇混凝土仅为100mm厚，并且在该范围内配有大量的钢筋。

加固混凝土设计强度为C30，为保证混凝土的浇筑质量，混凝土的坍落度不能太小，水灰比不能太大，因此在混凝土中按水泥用量的1%掺入高效减水剂，以保证混凝土的强度和坍落度。

8.为保证混凝土的质量，施工过程中应加强振捣。

浇筑时不可一次下料过多，在下料500mm高度后应停止下料，待振捣密实后方可再次下料。

由于加固部分截面较小，且柱子较高，为防止出现断柱现象，在下料时，应用铁锤轻敲模板外壁，以使混凝土在中间不被隔断，并且以此方法检查已浇筑混凝土部分是否饱满。

振捣时以小直径插入式振捣棒振捣为主，同时模外也用外振动器振捣。

9.因后浇混凝土比较薄，其背面就是原有混凝土面，在养护的过程中要保证混凝土对水分的需求，现场要定时洒水，保证其表面长期保持湿润状态。

养护期不得小于14天。

10.按规范要求留置混凝土试块，同条件养护达到600℃·d、标准养护28天，试块试压。

按普通混凝土的质量评定标准和规定进行评定。

三、钢筋混凝土梁加大截面加固法
梁采用加高截面的加固方法，只要采用必要的构造措施和施工工艺，就能确保新、旧混凝土整体工作，整体工作承载力大于单体的叠加。

为了确保新、旧混凝土整体工作，必须做到：
1.将原构件与新混凝土粘结部位的表面凿毛。

梁表面不平整度大于6mm，并在原构件的浇筑面上每隔一定距离凿槽，以使新混凝土形成剪力键。

2.将原构件浇筑面凿毛、冲洗干净，并用纯水泥浆浇两道后用C30细石混凝土浇筑。

3.新增混凝土厚度为60mm。

4.石子宜用坚硬的卵石或碎石，其最大粒径不宜大于20mm。

本工程采用C30细石混凝土。

5.加固梁的纵向受力钢筋设计采用螺纹钢Φ20、Φ22、Φ25。

U型箍筋采用φ8@200，与原箍筋双面焊接（5d）、单面（10d）。

6.后加的受力钢筋与原构件的受力钢筋的净距不应小于20mm，当新加钢筋与原受力钢筋相距比较靠近时，可通过焊接短筋进行连接；当相距较远时，可采用弯起钢筋进行焊接连接，箍筋采用U型箍筋，并按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）对箍筋的构造要求进行设置。

① 加固的受力钢筋与原构件采用短筋焊接时，短筋的直径为Φ20@500（≤500），L=150mm（≥5d）。

② 新加梁钢筋按图纸施工，经图纸会审，钢筋两端无须锚入柱内。

一般梁中新加受力钢筋，根据该筋在锚固区的受力情况和构造特征，分别采用穿孔螺栓连接、化学植筋等锚固方法。

7.施工要求：
1）应将原构件混凝土存在的缺陷清理至密实的部位，并将表面凿毛或打成沟槽，沟槽深度不宜小于6mm，间距不宜大于箍筋间距，被包混凝土棱角应打掉，同时应除去浮渣、尘土。

2）原有混凝土表面应冲洗干净，浇筑混凝土前，原混凝土表面刷两道纯水泥浆。

3）对原有和新设钢筋应进行除锈处理；如在受力钢筋上施焊，则施焊前应采取卸载或支撑措施，并应逐根分区分段分层进行焊接，以减少焊接热影响区对钢筋的影响。

4）对跨度大的梁，在打凿前进行支撑。

5）模板搭设、钢筋安置和新混凝土的浇筑和养护，应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）的要求。

四、几种典型加固方法施工注意事项
工程加固的目的就是要通过加固施工达到修复、补强、提高承载力、增强使用功能、满足使用要求，因此，选择加固方案要以提高加固工程质量为根本目的。

对于不同的加固方案也有不同的施工方法和质量评定标准。

根据《混凝土结构加固技术规范》（CE-CS25：90）中几种典型的加固方法，依照施工经验，不同的加固方法在施工时应重点做到：？
1）混凝土构件外部粘钢加固法？？此法施工较为简单，但首先需要着重注意混凝土和钢板的表面处理，对于旧、脏严重的混凝土构件的粘合面，应先用硬毛刷沾高效洗涤剂，刷除表面油垢污物后用水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3㎜厚表层，露出新面和平整，将粉尘清除干净；对于混凝土表面较好的，则可直接对粘合面进行打磨，去掉1～2㎜厚表层，使之平整，清去粉尘，再用丙酮擦拭表面即可；钢板表面处理应根据其锈蚀情况，可用喷砂、砂布、砂轮机打磨，使钢板出现金属光泽，打磨纹路尽量与受力方向垂直，然后用丙酮擦试干净。

其次要注意对胶粘剂的选择，目前国内市场建筑结构胶粘剂鱼龙混杂，对胶粘剂的选择一定要慎重。

第三要注意在配胶、粘贴过程中的细节，胶粘剂要严格按照说明书要求的比例配制，尤其是要掌握好固化剂的用量，搅拌要均匀，同时在粘贴时要保证粘贴面的饱满、密实。

最后要注意在固化阶段不能对钢板有任何扰动。

2）加大截面法新浇混凝土的最小的厚度，加固板时不应小于40㎜，加固梁柱时不应小于60㎜，用喷射混凝土时不应小于50㎜。

石子宜用坚硬耐久或碎石，其最大粒径不宜大于20㎜。

加固板的受力钢筋直径宜用6～8㎜，加固梁柱的纵向受力钢筋宜用带肋钢筋，钢筋最小直径对于梁不宜小于12㎜，对于柱不宜小于14㎜，最大直径不宜大于25㎜，封闭式箍筋直径不宜小于8㎜，U 型箍直径宜与原有箍筋直径相同。

原构件结合面基层应坚实，表面应粗糙、清洁，新浇混凝土收缩应小，粘结性能应好，尽量采用喷射混凝土。

五、实施效果
根据此方案，顺利完成了鑫财大厦结构加固的施工，节约了工期，保证了工程质量和安全，满足设计要求和效果，积累了施工经验，同时也为类似结构加固改造的施工提供了一定的借鉴作用。

六、结束语
一般来说，加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法等，随着科学技术的不断进步，應用新技术、新材料、新工艺进行工程加固的方法，如化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运而生，并开始广泛应用于各类加固工程中。

每种加固方法各有其特点及适应范围，只要行之有效，技术成熟，既满足加固要求，又经济实用，均可采用。

具体哪个方案最能体现加固工程所要求的短、平、快、省的特点，应根据需要加固的构件情况，综合确定加固方法。

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