土木结构工程加固施工方案及优化比较

车云辉

【摘要】本文根据作者的施工经验,介绍了目前混凝土结构工程加固施工中所遇到的加固施工方案及施工方法,并对不同方案进行优化比较。

【关键词】混凝土;结构工程;加固施工;方案

混凝土构筑物因出现功能性改变,或出现质量问题,都需要进行加固。对于需要加固的构筑物,应根据构筑物的不同情况制定不同的加固方案。本文介绍了目前混凝土结构工程加固施工中所遇到的加固施工方案及施工方法,并对不同方案进行优化比较。

优秀的加固方案体现在其施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面。

一、考虑良好的施工性

加固工程方案的优劣,首先要把施工作业方便作为必要条件。有的加固方案虽然具有解决问题的可行性,但是,由于其方案在施工过程中增加了一定的施工难度,而造成施工工期长,劳动用工量大,安全系数低的弊端,结果将影响到加固质量。例如某技工学校办公楼因冬季施工,掺加不合格防冻剂,超标的氯离子破坏了钢筋钝化膜,致使十架大梁产生严重裂缝,需要进行加固,原施工设计方案之一是采取简易修补法,将大梁裂缝处出现的酥松混凝土凿除,露出钢筋后,将锈蚀的钢筋周圈进行除锈后,用环氧砂浆进行封闭,达到加固目的;方案之二是采取加大截面加固法,即通过增大构件的截面和配筋,用以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性,并达到修补裂缝的目的。经对设计方案分析,此两种方案除具有工程造价低的优点外,还有技术可行性差、劳动强度高、工效低、安全性差、产值效益小等不足之处。基于这些原因,经与甲方和设计院商讨,改变加固方案,采用先进的外包钢加固施工方法,应用QR型建筑工程结构胶粘锚技术,对这十架大梁进行加固,由于技术先进,加固性能好,占用空间小,施工周期短,材料消耗少,工艺简便、安全并减轻了劳动强度,提高了加固质量,取得了良好的综合效益。

二、不同类型加固工程与加固方案分析

一般来说,加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法等,随着科学技术的不断进步,化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运而生,并开始广泛应用于各类加固工程中。具体哪个方案最能体现加固工程所要求的短、平、快、省的特点,应根据需要加固的构件情况,综合确定加固方案。

1.以框架梁的加固为例,笔者认为,较为合理、经济、技术先进的加固方案当属粘钢锚固法和碳纤维加固法,前者以造价低,施工简单,占用空间小,加固效果好,明显优于加大截面法和预应力加固法,后者除材料费用高外,各种优势如自重轻、强度高、劳动强度小、施工工期短尽显其中。但是,应用其在负弯矩部位进行加固效果不如钢板性能好。

2.以框架柱的加固为例,较为常见的加固方法有外包钢加固法,即在混凝土柱四周包以型钢进行加固,这样既不增大混凝土截面尺寸,又大幅度地提高混凝土柱的承载力,具体方法又分干作业法与湿作业法两种形式。两种作业方法相比较,干式作业法施工更为简单,价格低,施工时间短,但其承载力提高不如湿式作业法好。在方案选择时,应根据加固要求和原构件情况,合理挑选适当的方案进行加固。

另外,对于加固工程,还有焊接补筋加固法、套箍加固法、喷射混凝土补强法、化学灌浆修补法、粘钢加固法、碳纤维加固法等,每种加固方法各有其特点及适应范围,只要行之有效,技术成熟,既满足加固要求,又经济实用,均可采用。

三、加固工程方案要在新技术、新材料、新工艺上做文章

优秀的加固工程方案要在工法上体现出其可行性、科学性、先进性。笔者认为,化学补强法不失为当前加固工程中首选的一种最为先进的工法。例如,某面粉厂制粉车间技改工程中的加固部分,就是采取化学补强的方法,应用QR型建筑工程结构胶粘剂,对其第四层、第五层框架梁进行粘钢加固,满足了该车间在楼层增高、设备增加、荷载加大情况下的正常使用要求,充分显示出新技术、新材料、新工艺在加固工程中的应用成果。

在化学补强方法中,除粘钢加固外,碳纤维加固工艺也不失为一种先进的加固工法。

四、几种典型加固方法的工程施工要求

根据《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)中几种典型的加固方法,依照施工经验,不同的加固方法在施工时应重点做到:

1.外包钢加固法

要把表面处理(包括加固结合面和钢板贴合面处理)作为加固施工过程中的关键。对于干式加固施工,为了使角钢能紧贴构件表面,混凝土表面必须打磨平整,无杂物和尘土;当采用湿式加固施工时,应先在处理好的角钢及混凝土表面抹上乳胶水泥浆或配制环氧树脂化学灌浆料,对钢板进行除锈,混凝土进行除尘并用丙酮或二甲苯清洗钢板及混凝土表面,进行粘、灌。

2.预应力加固法

采用预应力拉杆加固时,在安装前,必须对拉杆事先进行调直校整,拉杆尺寸和安装位置必须准确,张拉前应对焊接接头、螺杆、螺帽质量进行检验,保证拉杆传力正确可靠;采用预应力撑杆加固时,要注意撑杆末端处角钢(及其垫板)与混凝土构件之间的嵌入深度传力焊缝的质量检验。检验合格后,将撑杆两端用螺拴临时固定,然后用环氧砂浆或高强度水泥砂浆进行填灌,加固的压杆肢、连接板、缀板和拉紧螺栓等均应涂防锈漆进行防腐。

3.改变结构传力途径加固法

增设支点若采用湿式连接,在接点处梁及支柱与后浇混凝土的接触面,应进行凿毛,清除浮渣,洒水湿润,一般以微膨胀混凝土浇筑为宜;若采用型钢套箍干式连接,型钢套箍与梁接触面间应用水泥砂浆座浆,待型钢套箍与支柱焊牢后,再用较干硬砂浆将全部接触缝隙塞紧填实;对于楔块顶升法,顶升完毕后,应将所有楔块焊连,再用环氧砂浆封闭。

4.混凝土构件外部粘钢加固法

此法施工较为简单,但首先需要着重注意混凝土和钢板的表面处理。其次要注意对胶粘剂的选择,目前国内市场建筑结构胶粘剂鱼龙混杂,对胶粘剂的选择一定要慎重。第三要注意在配胶、粘贴过程中的细节,胶粘剂要严格按照说明书要求的比例配制。最后要注意在固化阶段不能对钢板有任何扰动。

就目前来看,这些混凝土结构加固技术还有待于在实践中进一步探索,随着建筑科学技术的不断进步,新型建筑材料不断出现,更好的加固施工方法将会有更大拓展。因此,加固施工方案的选择范围也将具有更为广泛的空间。