淺談混凝土結(jié)構(gòu)加固方法及其應(yīng)用

張新志 韓鵬飛

(鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450001）

1 引言

目前，混凝土以其良好的塑性和耐久性等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于高層和超高層建筑中。但是，由于混凝土材料的抗拉性能低、對溫度的敏感性大等缺點，結(jié)構(gòu)使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)裂縫、撓度增大等規(guī)范所不允許出現(xiàn)的問題，這就不得不對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。此外，為了較好地保存年代久遠(yuǎn)的建筑以及保證結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境條件下施工時仍然具有足夠的可靠度，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理十分必要。本文將結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》以及工程實例對混凝土的幾種常用加固方法進(jìn)行簡要的介紹。

2 混凝土加固技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 增大截面加固法

在建筑物建筑過程中，由于環(huán)境、材料強度不合格、外界因素諸如工業(yè)廠房等機器振動頻率接近建筑物固有頻率等因素會造成原有的結(jié)構(gòu)承載力達(dá)不到設(shè)計要求或者是共振引起建筑物破壞。此種情況之下，增大截面法效果較好。

增大截面加固法通過增大原有構(gòu)件的截面面積或者是增加原有構(gòu)件的配筋來達(dá)到提高原有構(gòu)件的承載力、剛度、改變原有構(gòu)件自振頻率的目的。它是一種直接加固的方法，施工方便而且對于結(jié)構(gòu)來說具有廣泛的實用性。但是增大截面會相應(yīng)地減少建筑空間而且對于建筑物的美觀有影響。《規(guī)范》規(guī)定，未經(jīng)技術(shù)鑒定或設(shè)計許可，不得改變加固后結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境。因此對建筑空間有較高要求的建筑物用此法效果并不好。另外增大截面也相應(yīng)增加了建筑物自重，因此加固之前應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)計。

2.2 置換混凝土加固法

混凝土的組成成分復(fù)雜，且其強度受環(huán)境條件及施工方法影響較大。因此，工程實例中，混凝土達(dá)不到設(shè)計要求的情況屢見不鮮。此時就要對原有混凝土進(jìn)行置換。

置換混凝土加固法是通過一定的技術(shù)手段將結(jié)構(gòu)局部的劣質(zhì)混凝土剔除，并重新以新的符合設(shè)計強度等級的混凝土材料填充進(jìn)而滿足結(jié)構(gòu)的可靠度。本方法適用于承重構(gòu)件受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴(yán)重缺陷的局部加固。該方法適用范圍廣泛，幾乎可以用于所有構(gòu)件的局部加固，效果顯著。加固之后構(gòu)建可以恢復(fù)原貌，不會改變建筑物的使用空間。但是這種加固方法工作量太大，比較容易對結(jié)構(gòu)的原構(gòu)件造成破壞?！兑?guī)范》規(guī)定：采用本方法時，要對原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件在施工中的承載力進(jìn)行驗算、觀測和控制，置換截面處的混凝土不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力。要求非置換部分的混凝土強度現(xiàn)場檢測結(jié)果不低于設(shè)計強度。

2.3 粘貼纖維復(fù)合材料加固法

纖維復(fù)合材料是多種高強材料復(fù)合而成的一種高強、輕質(zhì)的材料。由于其抗拉強度很高，因此可以用于提高受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的受拉承載力。該方法施工方便，安全可靠，適用于鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓及受拉構(gòu)件的加固，不能用于加固素混凝土構(gòu)件。但是復(fù)合材料容易老化且耐高溫性能差，因此《規(guī)范》規(guī)定：纖維復(fù)合材料不得直接暴露于陽光或有害物質(zhì)中并且表面應(yīng)當(dāng)進(jìn)行防護處理。采用此種加固方式的混凝土結(jié)構(gòu)，其長期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃。

2.4 植筋技術(shù)

植筋技術(shù)是指在混凝土構(gòu)件上鉆孔，然后注入高強植筋膠，再插入鋼筋或型材，膠固后使之連為一體進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的技術(shù)。該方法施工便利，可以縮短工期，節(jié)省人力以及財力。加固完成后，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力分布均勻，其力學(xué)特點與預(yù)埋構(gòu)件十分接近。該方法實現(xiàn)了對已完成的混凝土構(gòu)件的再加工，有效提高了原有構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力。出于安全性的考慮，《規(guī)范》規(guī)定，采用植筋錨固時，錨固部位的原構(gòu)件不得有局部缺陷，若存在局部缺陷，應(yīng)該先修補再植筋并且該方法不能用于素混凝土結(jié)構(gòu)。

2.5 外加預(yù)應(yīng)力加固法

結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件在裝配或者是使用過程中，由于裝配荷載或是其他荷載的作用，構(gòu)件往往會出現(xiàn)不利的形變和應(yīng)力。外加預(yù)應(yīng)力加固法則通過對鋼筋混凝土梁、板、柱或桁架構(gòu)件反向應(yīng)力應(yīng)變方向施加應(yīng)力荷載，以抵消或是降低構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變，從而增強構(gòu)件承載能力的一種加固方法。在構(gòu)件外部施加預(yù)應(yīng)力鋼筋是外加預(yù)應(yīng)力加固法最為常用的措施。該方法施工方便，改變了結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，顯著降低了原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，經(jīng)濟合理，適用于原構(gòu)件截面偏小以及使用過程中承受荷載增大的混凝土結(jié)構(gòu)的加固。但是由于鋼筋的易銹蝕性，此方法對周圍環(huán)境要求較高?！兑?guī)范》規(guī)定，采用本方法是，新增的預(yù)應(yīng)力桿等各種錨固件應(yīng)當(dāng)進(jìn)行可靠的防銹蝕處理且加固的混凝土結(jié)構(gòu)所在的長期環(huán)境溫度不宜高于60℃。

3 結(jié)語

總之，混凝土出現(xiàn)破壞的形式多種多樣，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)具體的環(huán)境條件和施工要求，選擇合理的加固方法。盡力使加固后的混凝土既可以達(dá)到承載力的要求又不擾動原有的相鄰結(jié)構(gòu)。

[1] GB50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 洪成偉,修海明.建筑結(jié)構(gòu)檢測與加固施工技術(shù)的探討[J].民營科技,2011（1）:236.