既有建筑物结构加固改造方法浅析

于德生

随着社会的发展和人们生活水平的不断提高,一些旧建筑在功能上已不能满足实际需要,同时还有一些建筑已到达设计使用年限。如果把这些建筑物重新拆除费用很高且难度很大,因此对这些建筑进行改造就成为解决此种问题的最有效合理的方法,而在整个改造过程中结构加固改造是重中之重。结构加固改造技术是既有建筑改造工程施工的关键环节。往往一个构件可采取单项或多项组合工法,以期取得较好的加固效果和良好的经济效益。现在科学技术的不断发展,在建筑领域一些新材料及新技术也不断出现,而这些新材料及新技术在原有建筑改造结构加固中得到了广泛应用。结构的加固主要有以下几种方法。

1 钻孔锚筋工法

1.1 特点

1)工艺简单,锚固快捷,安全可靠。2)应用范围较广,在结构加固、补强、新老结构连接、补埋钢筋、后埋钢构件等方面均可应用。

1.2 适用范围

混凝土墙及砖墙加固采用增加混凝土截面厚度补强方式加固。为增加原有砖(混凝土)墙与新混凝土墙之间的连接,采用钻孔锚筋技术。结构本身的强度和钻孔锚固的强度如能满足设计要求,均可应用本工法。

1.3 工艺原理

1)结构胶在一定的温度、湿度范围内,本身具有较高的强度,并与钢筋、混凝土、陶瓷、砖等材料有极高的粘合力。抗拉、抗剪、抗压强度能满足一般结构受力要求。2)利用钻孔机具,在预定部位,按设计孔径钻至规定深度,进行清孔,注入结构胶,植入钢筋,使钢筋与混凝土、砖等通过结构胶粘结在一起,满足传递结构受力的要求。

1.4 工艺流程

工艺流程:钻孔→清孔→孔干燥→孔除尘→钢筋及孔表面处理→配胶→灌胶→插筋→固定养护。

2 喷射混凝土补强技术

2.1 特点

1)喷射混凝土施工可保证结构整体刚度,简化工序,节约大量模板材料,加快施工速度。2)喷射混凝土密度高,强度和抗渗性较好,可以节约混凝土。3)对混凝土,砖墙面有较强的粘结力。4)可通过输料软管在高空或狭小工作区间向任意方向施工喷射。5)可在拌合料中加入速凝剂,可以大大缩短工期。6)工艺简单,施工机动,灵活,高速,高效,有较广的适应性。

2.2 适用范围

1)建筑物墙体、柱、梁加固补强。2)大型构筑物的补强。3)局部或全部更换已损伤混凝土,填补混凝土结构中的孔洞、缝隙、麻面等。

2.3 工艺原理

利用风压使水泥与骨料反复撞击,使混凝土压密,同时又采用较小的水灰比,因而它具有较高的力学强度和良好的耐久性,特别是与混凝土、砖石、钢材有很高的粘结强度,在结合面上传递拉应力和剪应力。

2.4 工艺流程

工艺流程:待喷面处理→补配钢筋→埋设喷厚标志→搅拌→喷射→养护。

3 粘钢加固法

3.1 特点

1)简单、快速、不影响结构外形,缩短工期。2)粘结剂的粘结强度高于混凝土,使加固体系与原构件形成一个良好的整体,受力均匀。3)粘贴钢板所占的空间小。4)大幅度提高结构构件的抗裂性,抑制裂缝开展,提高承载能力。5)施工时对生产和生活影响较小。

3.2 适用范围

1)适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。2)使用环境温度不超过5℃～60℃,相对湿度不大于70%。3)当构件混凝土强度等级低于C15时,不宜采用本法加固。

3.3 工艺原理

加固机理是将钢板采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面,钢板与混凝土形成统一的整体,利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。

3.4 工艺流程

工艺流程:钢板制作→基底处理→卸荷→配胶→粘贴→固定及加压→固化→检验→防腐处理。

4 化学螺栓锚固技术属于后加固技术

4.1 特点

1)施工温度范围较宽,可在-5℃～40℃温度之间施工。2)无膨胀力锚固,对基材不产生挤压力,适用于各种基材。3)螺栓间距:边距小,适用于空间狭小处。4)安装操作便利,安装后能迅速固结,有较高的承载力。5)锚固厚度较大。

4.2 适用范围

1)适用于普通混凝土强度等级不小于C15(未开裂混凝土),致密的天然石材。2)用于固定多种构件。3)适用于重载及各种振动负载。4)在加固改造工程中与大面积粘钢组合使用,加固作用良好。既增强了钢板的抗剪作用,又对建筑混凝土梁板内部空隙有填补作用,提高了构件的整体承载力。

4.3 工作原理

通过合成树脂砂浆粘合锚杆和孔壁,使锚杆、基材和被锚固对象形成一个整体,从而达到固定构件和提高构件承载力的效果。

4.4 工艺流程

工艺流程:钻孔→清孔→置入药剂管→钻入螺栓→凝胶过程→硬化过程→固定物体。

5 碳纤维布加固修补结构技术

5.1 特点

1)高强高效,适用面广,质量易保证。2)施工便捷,工效高,没有湿作业,不需现场固定设施,施工占用场地小。3)耐腐蚀及耐久性极佳。4)加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸。

5.2 适用范围

1)适用于各种结构类型,各种结构部位的加固修补,如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。2)基层混凝土的强度要求不低于C15。3)施工环境温度在5℃～35℃范围内,相对湿度不大于70%。

5.3 工艺原理

加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面,利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。

5.4 工艺流程

工艺流程:卸荷→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护。

6 CGM高强无收缩灌浆料加固技术

6.1 特点

1)早强、高强:一天强度最高可达50 MPa以上。2)自流态、免振捣;无收缩、微膨胀;抗油渗、耐久性好。3)对基层要求低,不须进行平整;工艺简单、操作方便,无需现场配置,易保证质量;拆模时间早,工期缩短;同时可减小抗压构件截面尺寸。4)无毒无味,不污染环境,施工无噪声,现场文明。

6.2 适用范围

1)适用于混凝土结构加固改造。植埋钢筋及地脚螺栓锚固。钢结构或预制柱垫板坐浆及混凝土梁柱接头连接。混凝土孔洞修补。基础锚杆灌浆。预应力构件孔道灌浆、设备基础二次灌浆等方面。2)适用于施工中不易进行振捣作业的部位。3)适用于室外恶劣气候条件,有腐蚀性,承受振动,湿度大,高、低温度等环境场合。4)CGM灌浆料的施工温度为-10℃～40℃,使用温度在-100℃～600℃。

6.3 工艺原理

CGM高强无收缩灌浆料以高强度材料作为骨料,以水泥作为结合剂,辅以高流态、微膨胀、防沉降、防离析等物质配制而成,与基体粘结力强,接触紧密,不须振捣,可保证空隙之间填充密实,满足传递结构受力的要求。

6.4 工艺流程

工艺流程:加固表面清理→补配钢筋→支模→湿润混凝土表面→灌浆料配制→灌浆→养护→脱模。

7 混凝土裂缝自动压力灌浆技术

7.1 特点

1)灌浆器构造轻巧,施工方便,不需用电,可在水平、垂直等任何方向和高空、有障碍、野外无电源等恶劣环境下使用,适应性强,机具无噪声,便捷安全。2)可在一条裂缝的各处注入口同时自动注入,由于灌浆器内部软管和套筒均为透明塑料,注入情况一目了然,在现场可完全确认注浆效果,灌浆质量可靠。3)灌浆施工速度快,效率高,可节省工期。4)灌浆树脂及其配套材料性能良好,使用方便,毒性小,无刺激性气味,现场文明,使用安全。

7.2 适用范围

1)混凝土外墙、内墙、屋架、梁柱、楼板、屋面板等裂缝的修补加固。2)水泥砂浆墙地面、瓷砖、石材等空鼓部位的充填。3)混凝土构筑物:如筒仓、预制构件、设备基础、水池、水坝、桥梁、隧道、混凝土路面、管道等裂缝修补、止水堵漏。

7.3 工艺原理

利用低压注入原理,依靠YJ——自动压力灌浆器的弹簧压力和毛细管原理,将配套的AB系列灌浆树脂自动注入混凝土微细裂缝或空鼓孔洞部位中,使之充填完全并粘结牢固,从而达到恢复混凝土整体工作能力和提高耐久性等目的。

8 FS-1浸透性混凝土保护液

由于混凝土耐久性考虑不周而造成建筑物过早破坏的事例时有发生,特别是处于室外恶劣条件下,海洋环境、腐蚀性环境中的钢筋混凝土结构物。FS-1浸透性混凝土保护液可以解决这个长期难以解决的技术难题,延长混凝土结构使用寿命。它能浸入混凝土内部并与之结合成稳定结构,提高混凝土抗老化的能力,阻止以水为载体的侵蚀介质对混凝土的侵蚀。

9 结语

我国二十世纪六七十年代以前的建筑物,都存在不同程度的质量和安全隐患,按照建筑结构设计基准期50年的规定,建国以来的建筑物中很大一部分已进入“中年”或“老年”期,主要存在两方面问题,即可靠性低于现行设计规范的要求,需要进行维修或加固;使用功能不能满足现代生产、办公和生活的要求,需要进行改造。因此,结构加固改造技术具有广泛的应用前景。

[1]CECS 25∶90,混凝土结构加固技术规范[S].

[2]CECS 146∶2003,碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程[S].

[3]CECS 78∶96,砖混结构房屋加层技术规范[S].

[4]王保磊.多种加固方法在某砌体结构中的综合应用[J].山西建筑,2009,35(13):87-88.