建筑工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)及應(yīng)用

林 娟

（天瑞達(dá)（福建）建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

改革開放以后，我國(guó)建筑行業(yè)取得了巨大的發(fā)展，各類建筑物先后建立。20世紀(jì)，國(guó)內(nèi)的建筑物以砌體、混凝土結(jié)構(gòu)為主。經(jīng)過多年的使用，這些建筑物已經(jīng)進(jìn)入中老年階段。同時(shí)，受設(shè)計(jì)、建筑、材料性能等多種因素影響，很多建筑的質(zhì)量較差，雖然還沒有達(dá)到使用年限，但是已經(jīng)出現(xiàn)了一些安全隱患[1]。與此同時(shí)，建筑工程結(jié)構(gòu)加固改造過程設(shè)計(jì)的相關(guān)因素較多，施工過程較為復(fù)雜，極易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞引起房屋倒塌或其他施工安全事故。因此，如何通過科學(xué)合理地運(yùn)用加固改造技術(shù)，充分發(fā)揮建筑物的使用功能和作用，有效地保證房屋建筑的安全，避免大拆大建帶來的巨大浪費(fèi)，更好地保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，已經(jīng)成為建筑行業(yè)的熱點(diǎn)課題。

1 建筑工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

1.1 建筑工程需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固原因

1.1.1 建（構(gòu)）筑物接近或超過其設(shè)計(jì)使用年限

20世紀(jì)80年代，我國(guó)城鎮(zhèn)居民的居住建筑面積已經(jīng)達(dá)到46.76億m2，使用年限超過30年的約占65%；到2019年，我國(guó)既有建筑面積達(dá)到600億m2，同時(shí)每年新建居住建筑面積16億m2～20億m2。2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)城鎮(zhèn)當(dāng)中約16萬個(gè)老舊小區(qū)，4 300萬戶家庭，建筑面積近40億m2，大部分都屬于基礎(chǔ)設(shè)施老化、環(huán)境臟亂差的老舊小區(qū)。其中有約9億多m2無抗震設(shè)防的建筑面積，未達(dá)到50%節(jié)能要求的建筑面積約17億m2，未進(jìn)行無障礙改造的建筑面積19億m2，直接影響和降低了1.2億居民的生活質(zhì)量，甚至可能威脅到居民的人身健康[2]。

1.1.2 建（構(gòu)）筑物存在先天性缺陷

在我國(guó)城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)的過程中，很多建筑工程都存在先天性缺陷，例如前期勘察不能準(zhǔn)確反映地下水、地基土的真實(shí)情況，造成建筑物施工中、竣工后出現(xiàn)地基沉降；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)冗余度較低，其結(jié)構(gòu)模型無法完全反映建成之后的實(shí)際情況，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)存在安全隱患；建（構(gòu)）筑物在施工建設(shè)過程中也存在很多隱患，偷工減料、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)就竣工等現(xiàn)象屢見不鮮，投入使用后返工返修、加固處理時(shí)有發(fā)生[3]。

1.1.3 使用不當(dāng)及環(huán)境劣化

在建筑物的使用過程中，很多居民都會(huì)對(duì)其房屋進(jìn)行裝修改造，但是大部分人對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)并不了解，缺乏建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，單憑自己的喜好和使用方便來對(duì)房屋進(jìn)行改造，裝飾裝修時(shí)只憑借自己的不合理推測(cè)就改造建筑結(jié)構(gòu)，或未經(jīng)相關(guān)單位鑒定或加固即拆除承重構(gòu)件，導(dǎo)致構(gòu)件周圍或上部構(gòu)件承載力不足，增加了安全隱患。

另外部分建筑物的使用環(huán)境相當(dāng)惡劣，例如高溫、腐蝕、潮濕和粉塵等環(huán)境，日常使用過程中又缺乏對(duì)建筑物的正確管理、檢修、鑒定和維護(hù)等，使得很多建筑物在合理的使用壽命周期內(nèi)就出現(xiàn)了需要加固的情況[4]。

1.1.4 遭遇災(zāi)害

我國(guó)地域遼闊，地形地貌和地質(zhì)條件變化較大，很大一部分城市都位于地震區(qū)內(nèi)，且水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害年年不斷。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，人口和建筑群進(jìn)一步密集化，建筑火災(zāi)發(fā)生頻率日漸增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)平均每年發(fā)生火災(zāi)7萬余起，其中建筑物火災(zāi)就占火災(zāi)總數(shù)的60%左右，此外還有臺(tái)風(fēng)、暴雨暴雪等極端天氣，都對(duì)建筑物造成了不同程度的損害，使得不少建筑物結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重?fù)p傷，使用壽命縮短。

1.2 建筑工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)也在日漸完善，但在實(shí)際的加固工程施工時(shí)，需要對(duì)加固過程及其影響因素進(jìn)行綜合分析，要根據(jù)實(shí)際的施工情況來選擇科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，確保房屋建筑的結(jié)構(gòu)加固取得良好的實(shí)施效果，保障房屋使用安全[5]。在加固技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，依然存在很多缺點(diǎn)與不足。

1.2.1 增大截面加固法實(shí)際操作難度較大

對(duì)鋼筋混凝土建筑構(gòu)件進(jìn)行加固改造的主要方法之一就是增大截面加固法，該方法行之有效，應(yīng)用廣泛，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中仍然存在精準(zhǔn)度不夠、施工時(shí)間過長(zhǎng)、實(shí)際操作困難等問題。這些問題限制了改造工程的施工進(jìn)度，不利于建筑改造工程結(jié)構(gòu)加固的快速推廣與發(fā)展。

1.2.2 植筋加固技術(shù)還不成熟

植筋加固技術(shù)是對(duì)需要加固的構(gòu)件植入普通鋼筋或螺紋鋼筋，增加建筑共建的抗震性能和抗沖擊功能，從而達(dá)到加固建筑構(gòu)件的目的。該加固方法在建筑結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用廣泛，但是存在許多不足。例如對(duì)加固構(gòu)件進(jìn)行打孔時(shí)，需要確定加固位置，進(jìn)行集中鉆孔，但是對(duì)孔的大小和方向的準(zhǔn)確度難以精確把握，往往依靠技術(shù)人員的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)的鉆孔手段和合理的理論支持。

1.2.3 結(jié)構(gòu)加固前期準(zhǔn)備工作不充分

當(dāng)前我國(guó)建筑改造加固行為存在一定的盲目性，前期的勘測(cè)檢查工作并不充分，缺少相關(guān)的數(shù)據(jù)收集；也沒有對(duì)建筑所處的自然環(huán)境和人為因素進(jìn)行充分的調(diào)研，缺乏科學(xué)合理的分析和探討，只是憑經(jīng)驗(yàn)和構(gòu)件現(xiàn)狀盲目進(jìn)行加固。使得建筑的結(jié)構(gòu)加固位置不合理，采用的加固方法不合適，進(jìn)而破壞了建筑原有的美觀性和功能性，既浪費(fèi)了人力、財(cái)力、物力，又破壞了建筑構(gòu)件，得不償失。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司物資分公司泉州基地C棟整體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，位于福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院洛江校區(qū)內(nèi)。該項(xiàng)目為2層屋頂露臺(tái)加固，施工交通方便，物料可直接運(yùn)至場(chǎng)地內(nèi)。施工機(jī)械、運(yùn)輸工具和勞動(dòng)力由施工單位根據(jù)進(jìn)度自行調(diào)配平衡，來源已保證，質(zhì)量保證體系已健全。項(xiàng)目部經(jīng)過綜合分析與考慮，結(jié)合工程概況，決定對(duì)屋頂露臺(tái)采用粘貼鋼板加固法、植筋加固法、粘貼碳纖維布加固法3種方法并用的形式。

2.2 結(jié)構(gòu)加固施工技術(shù)

2.2.1 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法又稱鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法，是指用專用膠結(jié)劑把薄鋼板與混凝土構(gòu)件表面粘貼在一起，使薄鋼板與混凝土協(xié)同工作的加固方法[6]。其主要優(yōu)點(diǎn)在于不需要破壞被加固的原有結(jié)構(gòu)物且?guī)缀醪粫?huì)增大原有結(jié)構(gòu)物的尺寸，可以提高構(gòu)件的剛度，限制其裂縫的開展，且施工工藝簡(jiǎn)單，施工周期較短，一般構(gòu)件加固3 d后即可受力使用，適用于應(yīng)急的加固工程，施工工藝流程如圖1所示，施工效果圖如圖2所示。

圖1 粘貼鋼板加固法施工工藝流程圖

圖2 粘貼鋼板法加固梁施工效果圖

施工過程中的注意事項(xiàng)包括以下4條：1）材料準(zhǔn)備：粘貼鋼板加固工程所用到的材料主要包括熱軋鋼板，膠粘劑等。2）錨桿需放置在設(shè)計(jì)制定位置，嚴(yán)禁鋼板打眼時(shí)撕裂損傷鋼板。3）涂膠粘劑后將鋼板按設(shè)計(jì)位置布置并固定，專用結(jié)構(gòu)膠結(jié)劑的膠層強(qiáng)度應(yīng)高于混凝土的強(qiáng)度，膠結(jié)劑層與加固鋼板的厚度不超過10 mm，保證粘結(jié)的鋼板能夠與混凝土協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載。4）維修保養(yǎng)：該鋼板加固長(zhǎng)期使用的環(huán)境溫度應(yīng)該不高于60 ℃，后續(xù)做好鋼板的防腐處理。

2.2.2 植筋加固法

“植筋”技術(shù)是一項(xiàng)針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)捷、有效的連接與錨固技術(shù)，通過植入普通鋼筋或螺栓式錨固筋，達(dá)到加固建筑物的目的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于已有建筑物的加固改造工程，其主要優(yōu)點(diǎn)是施工所需的工作面相對(duì)較小，在建筑中有很強(qiáng)的適應(yīng)性，所需費(fèi)用較低，能夠與所加固的混凝土構(gòu)件形成一個(gè)有機(jī)整體，施工工藝流程如圖3所示，施工效果圖如圖4所示。

施工過程中的注意事項(xiàng)包括以下5條：1）材料及設(shè)備準(zhǔn)備。JGN、AC建筑結(jié)構(gòu)粘合劑，酒精、棉紗、成孔機(jī)等。2）按施工圖放線定位，后用鉆機(jī)成孔。3）鉆孔后清除孔壁表面浮灰，技術(shù)人員按要求配膠后，應(yīng)盡快將AC型建筑結(jié)構(gòu)加固膠注入孔內(nèi)。4）植入鋼筋，反復(fù)旋轉(zhuǎn)2～3圈使膠與鋼筋有效結(jié)合，待靜置24 h后方可進(jìn)行下一道工序。5）維修保養(yǎng)：如果先種植鋼筋后焊接鋼筋，其焊點(diǎn)距基材混凝土表面應(yīng)大于15 d，并且應(yīng)采用冰水浸漬的濕毛巾包裹植筋外漏部分的根部；若鋼筋連接采用擠壓法或其他機(jī)械連接方式，可不進(jìn)行以上保護(hù)處理。

2.2.3 混凝土構(gòu)件粘貼碳纖維布加固法

混凝土構(gòu)件粘貼碳纖維布加固法的原理是使纖維布在加固震損結(jié)構(gòu)中承擔(dān)拉應(yīng)力，改善構(gòu)件的受力狀態(tài)，提高受剪承載力，限制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，提高抗裂性能，恢復(fù)其抗震能力。施工工藝如圖5所示，施工效果如圖6所示。

施工過程中的注意事項(xiàng)包括以下4條：1）材料準(zhǔn)備。碳纖維織物、JGN-P底膠、JGN-C粘浸膠。2）利用機(jī)械打磨消除混凝土構(gòu)件被粘貼接面上的灰漿、油污、松散的沙粒等，轉(zhuǎn)角部位要倒角。3）除去混凝土表面浮灰，并用酒精擦拭處理。將底膠用滾刷均勻地涂抹至粘接面，當(dāng)指觸干燥時(shí)即可立即進(jìn)行下步施工。4）將粘浸膠用滾刷、刮板蘸膠均勻涂抹到混凝土粘接面上，使用硬橡膠輥或塑料刮板往復(fù)碾壓，不得留有氣泡，外層碳纖維布表面應(yīng)均勻涂刷一道粘合劑。

圖3 植筋加固法施工工藝流程

圖4 植筋加固法施工效果圖

圖5 碳纖維布加固法施工工藝

圖6 粘貼碳纖維布加固法施工效果圖

2.3 加固效果評(píng)價(jià)

對(duì)屋頂露臺(tái)采用粘貼鋼板加固法、植筋加固法、粘貼碳纖維布加固法3種方法并用的形式進(jìn)行加固之后，工程圓滿通過竣工驗(yàn)收，質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)圖紙要求和《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定，在工程施工過程中，無重大火災(zāi)、重大人身傷亡、重點(diǎn)設(shè)備事故發(fā)生，未出現(xiàn)施工擾民和噪聲污染的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

我國(guó)建筑行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入新建和加固維修并存的時(shí)期，原有建筑結(jié)構(gòu)功能衰退與老齡化所帶來的結(jié)構(gòu)安全問題應(yīng)該引起各方的關(guān)注。在原有建筑上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的加固和維修既可以提高整體結(jié)構(gòu)的安全性，同時(shí)其內(nèi)部設(shè)施還可以滿足繼續(xù)使用的要求。另外，結(jié)構(gòu)加固投資小、周期短、效益高。因此，建筑行業(yè)應(yīng)重視加固維修技術(shù)的研究和應(yīng)用。該次對(duì)屋頂露臺(tái)采用粘貼鋼板加固法、植筋加固法、粘貼碳纖維布加固法3種方法并用的形式進(jìn)行加固，其施工管理過程對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的應(yīng)用具有較大的參考價(jià)值。