浅论建筑结构的加固与修复常用技术的分析

王东兴

身份证号码：450122197801104539 廣西省南宁市 530021

摘要：本文阐释了常规建筑加固与修复的主要特点、适用范围和施工重点。结合工程体会，指出了在建筑结构加固与修复中，需要注意的一些问题。探讨了国内常用的直接加固和间接加固修复技术。

关键词：建筑结构；检测；加固；修复

目前，钢筋混凝土结构在建筑施工中扮演着不可忽视的作用，但其会因为年限的延长和自然灾害的出现而造成钢筋混凝土建筑构件的强度和刚度不足，所以一般而言.建筑物经过数十年的使用就需要进行加固维修。如何保证建筑继续正常、安全的使用，是建筑行业亟待解决的问题。经过工程技术人员长期的努力，对建筑物原有结构、构件进行改造、加固补强。逐渐形成了一套较为完善的切实可行的工程加固方法，再加上科学技术的飞速发展，各种新型建材的出现也为加固技术和方法的不断创新、升级提供了有利的条件。

一、结构加固的现状

目前，发达国家用于建筑加固改造的投资已占国家建筑业总投资的半数。20 世纪末，美国曾经预言：建筑维修加固业将成为21 世纪最热门的行业之一。

自上世纪70 年代末实行改革开放以后，我国各类房屋建筑以及城市设施快速增加。据相关部门统计，我国现存的各类建筑总面积远远大于100 亿m2，其中以混凝土及砌体结构占主流。

新中国建立初期，大量工业与民用建筑的服役期几乎都超过50年，存在安全隐患。由于勘察、设计和施工中的技术和管理问题，一些新修建的工程项目在初期就存在安全隐患。如果不及时采取措施，将导致严重的事故。因此，每年国家投入大量资金用于建筑的加固修复，形成巨大的市场空间。

在功能上，一些现有建筑采取旧的结构设计已不能满足需求，促进了建筑加固修复专业的发展壮大。特别是，随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高，旧城改造已成为各大、中城市的共同热点课题。为建筑加固修复业带来了史无前例的机会。

二、结构加固的传统方法及特点

通常情况下，由于灾害（如火灾、腐蚀、冻害）或施工质量问题或功能改变等因素，会出现须加固结构承载能力不足的现象。多数是从提高结构的有效受力面积出发（如加大载面法）减小截面的应力，或者直接改变结构的受力体系，改变其传力途径（如增加支撑法等）从而降低结构构件的受力，最终达到加固的目的。a）混凝土结构加固方法，b）砌体结构加固方法，c）钢结构加固方法。根据实际条件与要求，选择合适的结构加固方法。

目前，土建结构常用的几种传统加固方法，主要是以下几种：

1.预应力加固法

指在原结构上增加预应力构件，来承担原结构上所受的相应负载，从而提高原结构的承载能力的方法。目前使用较多的主要是体外预应力加固法。

预应力法加固效果好，能较大幅度地提高结构整体承载力。但加固后对原结构外观有一定影响；比较适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固。但不适合混凝土收缩变大的结构，此外，加固后需要观测预应力钢筋的防腐问题。

2.喷射混凝土扩大混凝土截面加固法

建筑物加固也经常使用加大原有结构截面积的方法来提高结构的承载力。其优点是结构的钢性提高较多且施工成本较低，缺点是增大了原结构的体积和重量，施工比较烦琐。增大截面的混凝土层通常较薄，采用一般的混凝土施工方法很难做到混凝土自身密实，也很难达到和原由混凝土面结合牢固，因此经常使用喷射混凝土的方法。二十世纪七十年代，我国首先在煤炭系统应用喷射混凝土方法用于地下工程中。随着技术日臻成熟，该方法在地面建筑物加固、建筑基坑和岩石边坡护坡等工程中得到广泛应用，满足了工程的需要。喷射混凝土具有以下特点：建筑物加固时，常采用在结构（梁、柱、板、墙）表面增加一层钢筋混凝土扩大原有结构的截面积来提高承载力。由于喷射混凝土粘结性强，有较高的强度，故与原有结构面粘结牢固，达到共同承载的目的。在某些情况下，模板的组装是困难的，且要大量时间做准备。而采用混凝土喷射工艺，虽然每立方米喷射混凝土成本较高，但从节省的准备费用和时间上讲，该法还是比传统的立模浇灌混凝土经济适用。

3.改变受力体系加固法

包括在梁的中间部分增设支点（刚性支点或弹性支点），将多跨简支梁变为连续梁等方法。改变结构的受力体系能大幅度降低计算弯矩，提高结构和构件的承载力，达到加强原结构的目的。

此法简单，且效果可靠。但加固量较大，易损害建筑物的原貌和使用功能，通常还会减小建筑的使用空间。由于所增加的支撑构件一般需要将荷载传递到基础上，适用于整个建筑的加固。

4.粘钢加固法

通过在构件外侧粘贴钢板，钢板运用胶粘剂与原构件共同作用，从而增强结构的抗弯和抗剪力，提高结构安全性能。目前，发展最快的一种加固方法是承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯构件的加固。

特点是施工便捷，仅卸荷和按要求除锈后即可施工。现场湿作业量少，加固后全天即可使用，且加固后对原结构自重、外观尺寸和原有净空无明显影响，可明显提高构件的刚度和承载力，且价格低廉；但加固质量很大程度上取决于胶粘剂质量和施工的水平，特别是粘钢后一旦发现空鼓，进行补救比较困难。

5.外包钢加固法

以角钢外包于原构件四角，角钢间用扁钢焊接形成整体钢构套的加固方法，提高构件的承载力和延性。

一般是在要求不显著增大构件截面，同时又可以大幅度提高结构承载能力的情况下采用，特别是结构柱周围裹钢，结构受力比较可靠，同时现场的工作量也较小，结构截面增加也不大。主要缺点是较大的钢材用量，加大工程成本；在节点处理上有难度。

6.修补加固方法

湿式外包钢加固法：湿式外包钢加固，凿除混凝土构件结合面的酥松层、碳化层、锈裂层及严重污染层等，打磨修理平整，四角磨出小圆角，并用钢丝刷刷毛吹净。角钢（钢扳）及扁钢箍除锈和粗糙处理，后用丙酮清洗。

采用环氧树脂化学灌浆粘结时，先将型钢和连接缀板焊接，在预留的灌浆孔中压入环氧树脂，虽然该方法加固效果较理想，但材料费用相对较高，且不适合在环境温度较高时采用。其改进方法是用无骨料灌浆料替代环氧树脂进行灌浆，由于无骨料灌浆料的粘结效果和强度与环氧树脂基本相同，而材料的收缩率及耐高温性能却优于环氧树脂，不但加固、效果相当理想，且施工成本也大为降低。

7.对于混凝土结构，在选择加固方法的同时还需选择相应的配套技术。其中施工技术一般有：

（1）托换技术。该技术系托梁（或析架，以下同）拆柱（或墙，以下同）、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称。托换技术属于一种综合性技术，由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成，适用于已有建筑物的加固改造。与传统做法相比，具有施工时间短？费用低、对生活和生产影响小等优点。但对技术要求比较高，需要由熟练工人来完成，才能确保安全。

（2）植筋技术。该技术系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术，可植入普通钢筋，也可植人螺栓式锚筋，已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。

（3）裂缝修补技术。该技术根据混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同封护方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复；主要适用于已有建筑物中各类裂缝的处理，但对受力性裂缝，除修补外，尚应采用相应的加固措施。（4）碳化混凝土修复技术。该技术系指通过恢复混凝土的碱性（钝化作用）或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术，目前这一技术还不够成熟。（5）混凝土表面处理技术。该技术是指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。

三、结构加固的新方法及发展

由于自身的局限性，并不能满足具体某种程度的耐久性和美观需求，或受施工条件的限制而无法实施。全新的加固技术，如粘贴纤维复合材料加固法、钢丝网水泥砂浆加固法、纤维材料的嵌入式加固法等，这些技术从一开始引进和在国内普遍应用，以其优异的性能、特点和加固效果取得工程界的广泛认可。以下重点说明粘贴纤维复合材料加固法：

八十年代末到九十年代初，在发达国家兴起的纤维材料（FRP）加固修补土建结构技术，因优点多，效果显著，已成为广泛使用的一项技术，并彻底产业化。

根据纤维材料的差异，分为玻璃纤维材料、碳纤维材料和阿拉米德材料。其中，又以碳纤维材料CFRP最具代表性，其性能特点主要有以下几个方面：

（1）性能优良的物理力学：其抗拉强度为普通钢材的10 倍以上，弹性模量相当于普通钢材的1.1～2.4 倍；而且纤维片材重量轻，比重仅为钢材的1/ 4；厚度小，一般片材增强层厚度在0.1mm～0.2mm 之间，因此基本上不增加结构截面尺寸和自重。

（2）现场施工方便：没有湿作业和明火施工，占用场地小，也无需大型施工机具，因此施工方便、工效高、施工质量容易得到保障。

（3）使用范围广：可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点的加固中，具有其它加固方式无法比拟的优势，与混凝土的有效接触面积可达100 %。

（4）良好的耐久性和耐腐蚀、抗磁性等性能特点。

该材料技术始于上世纪80 年代中期的土建结构加固。1991年欧洲首先用CFRP完成了国际第一座桥梁加固后，该项技术在世界上迅速推广，特别是在上世纪90 年代中期日本阪神大地震后的重建过程中，该项技术得到大量的应用。

四、粘贴纤维增强复合材料加固方法

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer或Fiber Reinforced Plastics，简称为FRP）是一种高强度的纤维复合材料，FRP材料种类主要包括碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称为CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Polymer，简称为GFRP）和芳纶纤维增强复合材料（Aramid Fiber Reinforced Polymer，簡称为AFRP），三种纤维增强复合材料中，应用最广泛的是碳纤维增强复合材料，而碳纤维增强复合材料主要为碳纤维布和碳纤维板。

1.表面粘贴纤维片材加固法

表面粘贴纤维片材加固是指用纤维片材（包括纤维布和较宽的纤维板）和配套的结构胶将纤维片材粘贴于混凝土结构构件表面的加固方法。表面粘贴纤维片材加固加固法具有施工速度快，施工干扰小，附加荷载小，不改变形状，高强高效，综合造价低等优点，但也有其局限性，如抗火能力差，恶劣环境因素容易降低界面粘结性能，不易与相邻构件锚固，遭受意外荷载易损伤等缺点。

2.纤维板（筋）嵌入式加固法

纤维板嵌入式加固法是近几年才提出的一种新形式的加固方法，是指将纤维板（筋）放入到结构需加固表面预先开好的槽中，并向槽中注入粘结剂使之成为整体，以此来提高结构性能的方法。该工法通常的作法是：在混凝土表面剔槽，在槽内先注入约1/2的粘结剂，将纤维板放入槽中并轻压，使纤维板被粘结剂充分包裹，再在槽内注满粘结材料并将其表面修复平整。与表面外贴法相比，纤维板嵌入式加固法具有施工操作简便、材料用量少、强度高、耐腐蚀、易与相邻构件锚固，遭受意外荷载不易损伤等特点。

五、结语

目前，重大的任务是土建结构的加固改造。伴随建筑业的迅猛发展，其加固、维修、改造的应用领域和范围也逾广，各类全新的加固技术将取得长远发展。建筑结构的加固是建筑工程质量安全保障体系的重要组成部分。严格遵循规范要求是建筑工程加固的前提。

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