浅析井塔结构的加固

陈贵斌

【摘 要】对已使用多年的建筑结构，由于长期受到荷载的作用及大自然雨雪的侵蚀，受损较为严重，为了保证使用安全、延长结构寿命、改善结构环境，对结构进行必要的加固处理，具有非常重要的作用。本文就铜陵有色金属集团凤凰山矿业公司混合井井塔的加固，对砼结构的几种常用加固处理方式进行探讨，为此类结构的加固提供一个成功的案例，供大家参考。

【关键词】压力注浆 碳纤维片材加固 CGM 灌浆料 粘钢

1 项目概况

铜陵有色金属集团凤凰山矿业公司混合井井塔始建于1968年，1970年投入使用，有色冶金设计总院设计，铜陵有色建安公司施工。井塔为十层框架结构，总高度为61.45m。1993年有色冶金设计院对该混合井井塔结构可靠性及安全性进行过全面的检查鉴定，并根据鉴定结果于1994年对井塔进行了加固修补，至今已有21年，井塔主体结构又有不同程度的损坏，今后还有十多年的使用期，为保证安全使用，必须重新进行加固处理。

2 加固处理方案

2.1 框架柱

（1）柱面破损严重处，凿除、清理，增补钢筋，支模，CGM灌浆料浇筑；（2）柱表面裂缝处压力灌浆。

2.2 框架梁

（1）梁底破损较严重处，采用粘钢法加固；（2）梁上部破损处，凿除、清理，增补钢筋，支模，CGM灌浆料浇筑；（3）梁侧面裂缝处压力灌浆。

2.3 楼层板

破损较严重的板底、板面，采用碳纤维片材加固。

2.4 楼梯

原预制钢筋砼楼梯拆除，更换为钢梯。

3 加固方案的實施

3.1 砼裂缝压力注浆

3.1.1 工艺特性

压力注浆是根据低压注入原理，利用注浆器的压力和毛细管原理，将树脂自动注入砼裂缝或细小孔洞中，完全充填并粘接牢固，从而使砼的整体性和耐久性得以提高。广泛用于混凝土裂缝修补加固，止水堵漏等情况，适用的裂缝宽度范围为0.5～3mm。优点：注浆器简单、操作便捷、注浆质量可靠、无刺激性气味等。

3.1.2 工艺流程

施工准备→基层处理→裂缝封闭、安底座→配料→注浆→拆除、恢复→效果检查。

3.1.3 施工步骤

（1）施工准备。对需要注浆处理的区域，用10倍的放大镜仔细观察裂缝状况及分布情况，并对裂缝宽度进行测量并标注在裂缝上方（贯穿裂缝要注明），查明砼厚度，计算出树脂材料的理论用量。

（2）基层处理。沿裂缝方向清除基层浮灰，用棉丝蘸酒精擦洗表面；潮湿基层涂刷一道界面剂，使基层干燥不透水；对砼的蜂窝、麻面、露筋等损伤部位用快干型封缝胶修复，缺损严重处用聚合物砂浆修补。

（3）裂缝封闭、安底座。选择注浆口位置，要选在裂缝较宽处、裂缝分支汇合处等，注浆口相隔20～40cm为宜，裂缝越细，距离越短；在注浆口位置贴上胶布，对于贯穿裂缝需两面留设注浆口。将封缝胶涂于裂缝表面，用刮刀刮严确保完全封闭，封缝胶宽度为3～4cm，每边宽出1.5～2cm，厚度0.8～1.0mm。揭开注浆口处胶布，用封缝胶将底座粘在注浆口上，底座圆孔要与注浆口对准。每米裂缝留出1～2 个底座作为排气孔及出口，水平裂缝留在两端末梢裂缝较细的部位。待封缝胶完全干燥后，即可开始注浆。

（4）配料。根据裂缝宽度和树脂性能特点参照使用说明选择配制灌浆树脂，随配随用，每次不超过500g。

（5）注浆。将注浆器安设到底座上，放松弹簧，开始注浆。一般自下而上进行，至高处的出浆口出胶。注浆器软管中浆液已基本进入裂缝，可随时更换注浆器，补充注入，当注浆量已超过理论值，进胶速度明显减慢至几乎不再进胶，且出胶口有浆液流出，表明裂缝已基本充满，这时先用堵头将出胶口堵严，注浆器继续保持注浆状态以免浆液倒流。

（6）拆除、恢复、效果检查。注浆完毕待树脂凝固后可拆除注浆器、底座和封缝胶，恢复基层原状。

3.1.4 注意事项

（1）注浆树脂材料应有产品合格证及检验报告，确保符合质量要求。（2）对于宽度差距较大的裂缝（中间宽两头细），应将不同型号的树脂配合起来使用，以使不同的需要。要及时封堵漏浆部位，在树脂尚未初凝前继续完成灌浆工作。（3）用压力水或水钻取芯法检测注浆密实程度。（4）对于因结构承载力不足而处于运动和不稳定扩展状态的裂缝，应先进行加固，再按本工艺进行修补。

3.2 应用CGM 灌浆料加固梁、板、柱施工工法

3.2.1 工艺特性

CGM 灌浆料是以高强度材料为骨料，以水泥作为结合剂，并加入高流态、微膨胀、防沉降、防离析等物质配制而成；与被加固体粘结力强，接触紧密，可保证空隙之间填充密实，满足传递结构受力的要求。具有：工艺简单、便于施工、质量可靠；早强、高强、工期短；自流态、免振捣；无收缩、微膨胀；抗油渗、耐久性好；无污染、无噪声，文明施工。

3.2.2 工艺流程

施工准备→基层清理→增配钢筋骨架→模板支设→配料、灌浆→养护、拆模。

3.2.3 施工步骤

（1）施工准备，设定处理区域，在准备材料、工器具的同时，做好对现场作业人员的技术交底。（2）基层清理，在需要处理的区域，清除表面的浮浆、抹灰层、污染物等，剔除已松动的砼，并用界面剂进行拉毛处理。（3）增加钢筋骨架，按设计要求，利用在砼表面的植筋和已露出的原有钢筋，通过焊接来安装和固定增加的钢筋骨架。（4）模板支设，模板应支设严密，接缝处用胶带贴缝处理，装水试验，不漏水。（5）配料、灌浆，根据使用说明，配制灌浆料。灌浆前24h 浇水充分湿润砼表面，灌浆时应当从一侧灌浆，至另一侧溢出为止，必须连续进行，不能间断，并应尽可能缩短灌浆时间。不得从四周同时进行灌浆，防止因空气排不出而产生空洞。灌浆中如出现跑浆现象，应及时封堵处理。（6）养护、脱模，灌浆完毕后，应立即覆盖塑料薄膜并加盖湿草袋。正常气温下48小时拆模，脱模前避免未结硬的灌浆层受到振动影响。

3.2.4 注意事项

（1）CGM灌浆料的验收以试验室检验为标准，每批产品应有合格证和检验报告，严格按产品使用说明书使用，严禁掺加任何外加剂、外掺料。（2）如需剔除部分，在灌浆完毕2～4小时即灌浆层硬化前，用抹刀轻轻铲除。（3）验收按《钢筋混凝土工程施工及验收规范》GB 50204的有关规定进行。

3.3 碳纤维片材加固施工工法

3.3.1 工艺特性

碳纤维片材加固是将碳纤维片材采用高性能的环氧类粘接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。主要特性：适用面广，施工便捷，工效高；质量易保证；耐腐蚀及耐久性能极佳；特别适用于不增加原结构自重及原构件尺寸的加固处理。

3.3.2 工艺流程

施工准备→卸荷→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护→验收。

3.3.3 施工步骤

（1）施工准备，主要是材料、工器具的准备，同时做好对现场作业人员的技术交底。

（2）卸荷，加固前对于不承受二次荷载的构件必需卸荷：①可卸静载，采用拆除原有的吊顶、墙面装饰、地面面层、设备等方法，以达到卸静荷的目的。②不可卸静荷，采用千斤顶顶升的方式；对于承受均布荷载的梁，应采用多点均匀顶升；对于有次梁作用的主梁，每根次梁下加设顶升，预升吨位由设计计算确定。③卸除所有活荷载。

（3）基底处理：①构件基面出现的剥落、空鼓、腐蚀等部位予以清理凿除，面积较大时用环氧砂浆进行修复；基面打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧（R≥10mm）。②裂缝部分先进行压力灌浆处理。③用吹风机将砼表面吹净并保持干燥。

（4）涂底胶，①根据处理面积及环境温度计算用胶量，按使用说明配制底胶，搅拌器搅拌均匀，严格控制使用时间，在1小时内用完。②用滚刷将底胶均匀涂抹于构件表面，等胶固化后（以指触干燥为准，固化时间为2～3d天），再进行下一步施工。

（5）找平，构件表面凹陷部位用找平胶泥填平，转角处用找平胶泥修补为光滑的圆弧。

（6）粘贴碳纤维片材，①按设计尺寸及层数，裁剪碳纤维片材。②调配粘胶（同底胶），然后均匀涂抹于所有粘贴部位，在搭接、拐角处加厚。③在确定部位剥去碳纤维片材离析纸进行铺贴（搭接长度不得小于100mm），用特制的滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使贴胶充分浸透碳纤维片材。多层粘贴应重复上述步骤，待纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。④在最后一层碳纤维片材的表面均匀涂抹贴胶。⑤碳纤维片材端部固定用粘贴横向碳纤维片材固定。

（7）保护，加固后的碳纤维片材表面采取喷防火涂料进行保护。

（8）验收，以评定碳纤维片材与砼之间的粘结质量，用小锤轻敲碳纤维片材表面，通过回音来判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实现象即采用针管注胶（贴胶）进行修补，但粘结面积少于90%则判定粘结无效，需重新施工。

3.3.4 注意事项

（1）碳纤维片材及其配套胶有生产厂家所提供的材料检验证明。（2）裁剪及使用碳纤维片材时应尽量远离电源，与高压电线及输电线路要有可靠隔离措施；配套用胶要远离火源，避免阳光直接照射；每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，做好相关的验收记录。（3）检验加固效果应与业主方、设计方协商进行荷载试验，其结构变形应满足规范要求。

3.4 粘钢加固施工法

3.4.1 工艺特性

粘钢加固是将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于砼构件的表面，钢板与砼形成统一的整体，利用钢板良好的抗拉強度达到增强构件承载能力及刚度的目的。主要特性：工序简单、效率高；粘结剂强度高，加固后整体好，受力均匀，提高了构件的承载能力和抗裂性；粘贴钢板所占的空间小，不影响结构外形；适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。

3.4.2 工艺流程

施工准备→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。

3.4.3 施工步骤

（1）施工准备，按施工方案准备材料、工器具，同时做好对现场作业人员的技术交底。

（2）钢板制作，按设计要求，量测构件尺寸，对钢板进行下料、成型。

（3）基底处理，包括被加固构件结合面处理及钢板贴合面处理。1）砼结合面：①对有油污的粘合面，应先用硬毛刷沾丙酮刷除表面油污，后用冷水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm 厚表层，直至完全露出新面，并用压缩空气吹除粉粒。②对已碳化的粘合面，直接对粘合面进行打磨，去掉1～2mm 厚表层，用压缩空气除去粉尘或用清水冲洗干净，待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面即可。③对于露筋（或空鼓）的砼表面，需用钢丝刷将钢筋除锈，剔除松动的砼，用水冲洗润湿，再用高强树脂砂浆修补。④对于湿度较大的砼结合面，要进行人工干燥处理。2）钢板结合面：①对于未生锈或轻微锈蚀的钢板，可用喷砂或平轮打磨，直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨纹路尽量与钢板受力方向垂直，其后用脱脂棉沾丙酮擦拭干净。②对于大面积锈蚀的钢板，先用适度盐酸浸泡20min，使锈层脱落，再用石灰水冲洗，最后用平砂轮打磨出纹路，用脱脂棉沾丙酮擦拭干净。

（4）卸荷，粘钢板前宜对构件适量进行卸荷，卸荷方式同碳纤维片材加固法。

（5）配胶，粘钢使用的粘胶，在现场临时配制，配制时按产品说明书规定进行。

（6）粘贴，用抹刀将粘胶同时涂抹在已处理好的砼和钢板贴合面，涂抹时，先用少量胶在结合面来回刮抹数遍，使胶能充分浸润、渗透、扩散于结合面，再添抹至所需厚度（1～3mm），中间厚边缘薄，然后将钢板贴干预定位置（若是立面粘贴，为防止流淌，可加一层脱蜡玻璃丝布）。

（7）固定与加压，钢板粘好后，应立即用特制U 形夹具夹紧或用支撑顶撑固定，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缘挤出为度。

（8）固化，粘胶在常温（20℃左右）下固化，24小时即可拆除夹具或支撑，3天后即可受力使用，固化期不得对钢板有任何扰动。

（9）检验，粘钢结束后，一般采用非破损检验，即从外观检查钢板边缘溢胶色泽，硬化程度，用小锤敲击钢板表面，以回音来判断有效粘接面积；如出现空鼓等粘贴不密实的现象采用压力灌胶的方法进行补救，若粘结面积锚固区少于90%，非锚固区少于70%（锚固区由设计计算确定），则判定粘结无效，需重新施工。对于重大工程，为真实检验其加固效果，尚需抽样进行荷载试验，一般仅作标准使用荷载试验，即将卸去的荷载重新全部加上，其结构的变形和裂缝开展应满足设计使用要求。

（10）防腐处理，外部粘钢加固钢板，按设计要求进行防腐处理。采用喷防火涂料的方法进行保护。

3.4.4 注意事项

（1）验收钢板及粘胶的材质证明、复试报告及胶的抗拉拔试验报告。（2）基底處理是关键工序，对于老结构，更应突现出对空鼓，裂缝的检查；粘贴时，一定要避免先焊后粘，避免因焊接温度过高而引起粘胶老化；粘贴钢板与原构件宜采用胀管螺栓连接；每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，做好相关的验收记录。（3）粘钢质量，采用非破损检验，即从外观检查钢板边缘溢胶色泽，硬化程度，用小锤敲击钢板表面，以回音来判断有效粘接面积，若粘结面积锚固区少于90%，非锚固区少于70%，则判定粘结无效，需重新施工。（4）检验加固效果，需抽样进行荷载试验，仅作标准使用荷载试验，即将卸去的荷载重新全部加上，其结构的变形和裂缝开展应满足设计使用要求。

4 结语

本次井塔加固施工总工期为四个月，施工结束后，经检验，符合设计要求以及相关规范，并顺利通过竣工验收。目前，该项目已正式投产一年，从当前的使用效果看，实现了预期的目的，取得了非常好的社会和经济效益。

参考文献：

[1]任传利.浅析碳纤维布在钢筋混凝土结构加固中的应用[J].中国科技财富，2010（22）：318-319.

[2]潘峰.CGM灌浆料在加固改造工程中的应用[J].施工技术，2003，32（6）：34-35.