老旧厂房的结构加固施工工艺分析

2022-04-01张驰文学包佳宝张晗陆立宇

工程建设与设计 2022年5期

张驰，文学，包佳宝，张晗，陆立宇

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东深圳 518000）

1 结构加固施工工艺

1.1 碳纤维布加固施工工艺

碳纤维布加固具体施工时，首先进行定位放线，再进行基层清理，清除掉构件表面的粉刷层及其他障碍物，对于结构缺陷部位先修补再打磨，打磨后使用修补找平胶修补，接槎或转角部位应抹成平滑的曲面，待黏结剂配置完成后，进行碳纤维布粘贴，先在混凝土表面均匀涂抹黏结剂，将裁剪好的碳纤维织物敷在涂好黏结剂的基层上，用滚筒沿纤维方向在已贴好碳纤维织物的面上多次滚压。多层粘贴时，逐层重复上述步骤，最后一层碳纤维织物的表面均匀涂抹一道黏结剂并采用中粗砂进行拍砂处理[1]。

碳纤维布加固施工的重点主要有以下几点。

1）定位放线

施工前应按设计图纸，在加固部位放线定位。为了定位准确，在打磨工序结束后，还应进行二次放线。

2）基层清理

应清除被加固构件表面的粉刷层及其他障碍物，以确保碳纤维布粘贴在混凝土基面上，之后要将混凝土结构中疏散的部分清除，露出主结构层；如果混凝土结构中存在裂缝，为了避免对整体项目质量带来影响，需要采用合适的填料进行修复；随后保证其表面的平整性[2]。

3）基面打磨

施工人员应采取相应的手段来保证粘贴部位混凝土的平整性，常见的以打磨为主；随后去除其表面的油污、碎石等杂物，直到露出坚实可靠的基层为止；不同项目对平整度的要求存在一定差异，老旧厂房中平整度达到5 mm/m 即可；安排专业人员对构件转角处进行打磨，使其成为圆弧状，且保证圆弧半径在20 mm 以上。

4）基面清洗

在上一道工序完成之后，需要对基面进行清洗和修复。可先用钢丝刷清除基面表层的粉尘，用丙酮彻底清理；处理完毕后用修补找平胶，对混凝土表面进行修复，保持10 mm 厚即可；模板转角部位可进行打磨处理，或是抹成平滑曲面[3]。

5）配置黏结剂

在配置黏结剂的过程中，要按照黏结剂供应厂商提供的配比要求进行，并参照具体的施工要求，可安排专业人员进行处理。配置阶段需要利用低转速搅拌器，保证搅拌的均匀性，直到没有多余的气泡产生即可。值得注意的是，在搅拌过程中，应营造良好的作业环境，以免杂质进入黏结剂中。

6）粘贴碳纤维布

碳纤维织物的具体粘贴步骤如下：（1）根据工程设计图纸中的相关要求，将碳纤维布裁剪成相应的尺寸和大小；（2）把按照要求配置完成后的黏结剂，均匀地涂抹在混凝土面需要粘贴的部位；（3）将裁剪好的碳纤维织物敷在基层上；（4）为了保证碳纤维织物和基层黏结的紧密性，施工人员可利用滚筒或者其他工具，对织物进行反复滚压，让黏结剂充分浸透在碳纤维中，并保证其平整性，且没有气泡；（5）如果需要多层黏结，可反复进行步骤（1）至步骤（4）；且需要在碳纤维织物表面干燥之后立刻进行下一层的粘贴；（6）在粘贴最后一层碳纤维织物时，可在表面涂抹上一层黏结剂，利用中粗砂进行拍砂处理，让碳纤维布更加牢固。

1.2 外包型钢加固施工工艺

外包型钢加固具体施工时，首先进行定位放线，再将混凝土表面凿除、打磨，修补、清理混凝土基层。包钢的钢板表面处理应先进行除锈处理，再将锚栓孔定位、钻孔，将型钢采用夹具固定在原结构柱身角部，逐步焊接缀板，最后进行封口及灌浆座的安装，待验收合格后进行灌浆。

1.2.1 外包型钢加固施工的重点

外包型钢加固施工的重点主要有以下几点。

1）在施工过程中，应严格按照设计图纸上的相关要求，准确把握加固构件的位置，在必要的情况下可进行标注，从而让需要进行处理的基层部位更加明显。

2）对混凝土表面进行打磨和凿除时，一定要保证其表面的平整性，清理多余杂物，确保没有油垢污物、潮气和霜冻。在对老旧厂房进行改造时，很多老式建筑表面都比较脏，而且污物残留较为严重。为了提升处理效果，可先利用硬毛刷蘸取一定的洗涤剂之后，清理表面油污，随后用冷水冲洗即可。如果黏结部位面层存在粉刷层，则要用钢钎凿除；混凝土表面的打磨深度需要根据其表面老旧程度进行调整，直到能够直观地看到混凝土基层面，即可停止打磨；打磨完之后会在表面留下一定的松散浮渣，可利用压缩空气、高压水枪、钢丝刷等方式去除。在混凝土表面层完全干燥之后，可利用工业丙酮进行擦洗，如果混凝土构件湿度比较大，则要使用到无污染的热源来进行人工干燥。

3）本项目为老旧厂房结构的加工，由于该工程使用年限比较长，很多混凝土结构都或多或少存在缺陷，比如，空洞、受腐蚀严重、内部蜂窝等；要采用合适的方式进行清除，并用修补找平胶修复10 mm。如果在裂缝处或混凝土接缝处漏水严重，则混凝土表面修复时将必须采取相应防渗措施。修复材料固化、干燥后，用脱脂棉沾工业丙酮擦洗表面。

4）为了保证钢板质量和使用寿命，对其进行除锈是十分有必要的。如果钢板没有生锈，或是锈蚀现象比较轻微，可利用砂布、角磨机等进行打磨；处理好之后的钢板应放在干燥通风处，避免接触水分，以及长期在阴暗潮湿环境中使用。

5）钢板锚栓孔的定位应根据现场施工情况来确定，并合理调整孔洞的位置和尺寸，确保能够和混凝土面上锚栓孔位置吻合[4]。

1.2.2 型钢的加工及安装

1）采用钢板焊接加工，焊接采用坡口焊成型。2）型钢安装前，应先对钢板粘贴面进行清洗。

3）钢板安装前，必须检查原结构的平整度、垂直度，原结构的表面平整度、垂直度越好，钢板和原结构之间的空隙越好控制。

4）将型钢采用夹具固定在原结构柱身角部，以保证在后续施工步骤中不移位。型钢同混凝土基面之间的空隙控制在5～8 mm（或按照设计要求控制）。

5）逐步焊接缀板：将钢板缀条按照设计间距逐根焊接在角钢上，应满足设计要求的焊缝长度。

1.2.3 灌浆座安装

1）封口及灌浆座的安装。选择质量符合要求的封口胶，对钢板边缘和混凝土之间的缺口进行填充，直到混凝土和钢板边缘的切口没有缝隙即可，但要预留出灌浆座的位置。为了不影响灌浆座的安装质量，封口胶厚度要根据钢板厚度决定。

2）灌浆座之间的间距设置也有明确要求，应参照设计图纸中的相关参数进行。施工人员应保证灌浆座封口胶涂抹的均匀性，在封口胶凝固之后，将长度适宜的灌浆管直接安装在灌浆座上，为了避免脱落，可用细铁丝绑紧进行牢固。

1.2.4 灌浆

1）灌浆之前的试气是十分有必要的，主要具有以下作用：一是能够避免灌浆管中积尘残留，可将其吹出，以免影响到浆液的纯净度，保证工程质量；二是试气可以检验钢板和混凝土之间是否存在缝隙，检查封口胶是否按照要求补充到位；三是检查封闭层是否出现了漏气的问题，如果有，则要第一时间进行处理。试气的主要方法如下：将肥皂水满刷在封口胶上，如果有漏气的情况，肥皂水必然会产生气泡，可让施工人员用腻子进行修复。

2）在配置黏结剂时，控制好各材料的配比情况，确保混合容器中没有残余的灰尘、杂质等。严格按照材料使用说明书中的相关要求，主剂与固化剂必须要严格按照一定的比例充分均匀混合；控制好搅拌方向和速度，同时营造良好的作业环境，以免雨水、灰尘、杂物等进入其中；一次搅拌的黏结剂尽量一次用完，避免长时间闲置，如果过期则不能应用到施工中。电动搅拌机、刮刀等都是常见的搅拌工具[5]。

3）在使用灌浆泵之前，用丙酮全面清洗，使用完之后也要保证其清洁度；遵循从下到上的灌浆顺序，保证灌浆的饱满性。该工序完成之后做好养护工作，同时避免撞击钢板。

2 案例分析

2.1 案例介绍

中德工业4.0 实训基地项目1 号厂房位于景德镇市珠山区新厂西路351 号红叶瓷厂院内，建于20 世纪90 年代，按使用功能划分为东侧主厂房区域和西侧办公楼区域。该厂房东西宽124.4 m，南北长101.3 m，总建筑面积约21 024 m2，平面整体大致呈矩形。主厂房区域为2 层厂房，建筑面积约18 132 m2，高度8.9～13.7 m。附属办公楼区域为4 层框架结构，建筑面积约2 892 m2，高度20.6 m。现根据建设单位及设计要求，对楼原主体结构的梁、板、柱进行加固。首先，加固的基本要求为从下至上逐层加固，先进行基础及柱加固，而后进行梁和板的加固。混凝土柱采用粘贴碳纤维、外包包钢方法加固。混凝土梁加固采用粘贴碳纤维、外包包钢方法加固。混凝土板加固采用粘贴碳纤维方法对板进行加固。

2.2 主要技术要点及难点

1）涉及工艺较多：植筋、碳纤维布加固、加大截面、外包型钢加固、粘钢加固等；每个工艺本身都有一定的技术细节和技术措施要求。

2）多个工艺存在交叉：除了加固工艺，同时还有施工的拆除等施工穿插；必然导致出现较多的节点做法、工艺交叉等。

3）原结构梁、板、柱粉刷层较厚（5cm）且混凝土基面平整度极差，对施工进度及难度造成较大影响。因此，需剔凿原结构粉刷层，对于混凝土表面缺陷部位，应采用聚合物砂浆进行修复，该材料适合仰面和垂直面施工。在进行修复前，破损处如有露筋必须将钢筋除锈，如有粗骨料松动等，应将其清除，然后将破损处的原混凝土用丙酮清洗干净。

2.3 施工工艺

1）碳纤维布加固施工工艺流程如图1 所示，碳纤维加固的施工照片如图2 所示。

图1 碳纤维加固的工艺流程

图2 碳纤维加固的施工照片

2）外包型钢加固施工工艺流程：基层清理→弹线→修补基层→钢材表面处理→组装焊接→检查验收→埋管注胶及灌浆→检查验收。外包型钢加固的施工照片如图3 所示。

图3 外包型钢加固的施工照片

2.4 施工质量控制

2.4.1 碳纤维布加固控制措施

1）每道工序完成之后要进行检查，详细记录验收流程，当发现质量问题时，通知相关人员及时整改。

2）如果发现修补区域有气泡、孔隙，则应进行二次修复。

3）为了保证碳纤维布和混凝土的黏结质量，可通过小锤轻轻敲击进行检验，保证有效黏结面积在95%以上。

4）对已经施工完成的碳纤维布进行正拉黏结强度检测，保证现场温度和湿度处于适宜水平，温度在5～35 ℃，相对湿度小于80%。

5）雨季施工。考虑到在工程施工期间可能遇到雨天，因此，在施工期间应根据实际情况做好各项防护措施，防止雨水对已完成的半成品及成品的破坏。

6）产品防护。施工期间应做好以下几种防护：碳纤维布在储存、剪裁、使用过程中应做好防尘、防水等措施；碳纤维布配套胶应做好防晒、防高温等措施；打磨清洗完成的混凝土基面、涂刷好的底胶应及时进行碳纤维布粘贴，如不能，要做好防水、防尘等措施；完成粘贴的碳纤维布在养护期间应做好防水、防尘、防撞击、防压等措施。

2.4.2 外包型钢加固控制措施

1）打磨混凝土浮层直到露出新结构面，及时清除混凝土表层的腐蚀、空鼓、气泡等情况，并用符合要求的材料进行修复，重点关注裂缝部位。

2）严格按照设计图纸的相关标准，在混凝土粘钢位置测弹打磨控制线。

3）在打磨钢结构的黏结面时，一定要注意做好除锈和防锈工作，可利用砂磨轮光机进行打磨，直到出现金属光泽即可。

4）焊接时角钢与原结构柱尽量贴紧，竖向基本顺直，如原结构柱出现较大偏差，应进行顺直处理，缀板与角钢搭接部位须三面围焊，焊缝应符合设计及相关规范要求。焊缝经验收合格后方可进行下道工序。

5)焊缝检验合格后，用环氧砂浆沿钢材边缘封严，结合现场实际情况确定埋管位置及间距。如不埋管，可在角钢和缀板边上钻φ8 mm 注胶孔，孔间距不大于500 mm。

6）严格按结构胶说明书提供的配比配制，搅拌均匀后方可使用。配胶量以单次使用的量为宜，避免一次性配置过多，在利用气泵和注胶灌进行注胶时，遵循从下到上、水平同一方向的顺序，依次注胶。最后一个为出气孔，可不注胶，结束后清理残渣。

2.5 结果分析

在此改造工程中，通过应用碳纤维布加固及外包型钢加固施工工艺，提高了结构的强度及安全性，保证了施工质量。另外，加固工艺的使用，减少了老旧建筑拆除与翻新重建的施工成本，同时能够完美地满足使用功能及结构安全，节约了大量成本。从目前来看，国家现在强力推行改造旧厂区、工业遗址、古文物建筑等，此技术研究适用于大多老旧结构加固项目，能保证施工安全可靠，且费用低廉，值得推广。