混凝土柱增大截面加固施工要点

谢绍宝，何宇

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 101101）

1 引言

与很多加固立柱的方式相比，增大截面加固法在建筑加固领域早期应用较多，其优点是对材料要求低、结构简单、适用性强，特别适用于原始横截面尺寸明显较小且轴向压缩比明显较高的组件的加固。主要缺点是湿法作业多、工期长、工程量大和机械使用多。

随着一些新材料和新技术的出现，结构加固施工领域正在蓬勃发展。对于柱结构的加固，可以使用外加钢板、碳纤维加固或者预应力钢筋加固法。但当对结构的耐久性要求较高，或者环境温度高于60 ℃时，增加截面法仍然是不可替代的。增大截面法虽然出现较早，但仍是基于实践经验的方法，缺乏系统的理论研究，尚没有完善的设计与计算方法。因此，研究、归纳该方法仍然有重要的理论意义和实用价值。

2 工艺原理

配筋率适当时，混凝土受弯构件的承载力随着钢筋总面积的增大而提高，所以，增大结构横截面中钢筋的截面面积可以显著提高原构件的截面抗弯性能。然后在混凝土受压区增加现浇混凝土，通过新增部分和原结构的共同工作，可以提高构件的正截面承载力[1]。

3 施工工艺流程

混凝土构件增大截面加固施工主要按图1 所示流程进行。

图1 混凝土构件增大截面法加固施工流程图

3.1 修整原结构

对于原有结构，应先清除表面剥落、疏松、腐化的混凝土，再用角磨机对混凝土表面进行打磨，直至露出骨料新面并打磨平整，然后，采用花锤砂轮机或高压水射流进行打毛，必要时也可设置沟槽。采用三面或四面增大截面法加固混凝土柱时，还应凿除截面的棱角。完成凿毛后，应用钢丝刷等工具清洁原混凝土表面松动的骨料砂粒，并用清洁的压力水冲洗干净，除去浮渣、尘土[2]。

3.2 基础植筋施工

基础植筋施工主要的施工步骤为：冲击钻机钻孔→清理钻孔→注胶→植入钢筋。

首先，应标出钻孔点位，之后，采用电锤成孔，并用高压空气吹射方法清除孔内细小颗粒物，用钢丝刷除去钢筋或锚杆表面的锈迹污物，并在植筋前采用棉丝浸泡丙酮，将孔壁和钢筋清洗干净。垂直植筋时，要先把胶灌入孔内，再插入钢筋至孔底，顺时针旋转钢筋，使胶混合均匀，调整钢筋位置，并加以固定。水平植筋，则要在插入钢筋后封堵孔口，从灌注孔及排气孔压力灌胶。

3.3 钢筋绑扎

钢筋绑扎工艺流程为：安装竖向受力筋→计算箍筋间距→套柱箍筋→绑箍筋。

在加固楼层范围内，钢筋应通长绑扎，并应满足植筋边距、间距与深度的要求。新增箍筋直径应与原箍筋直径相同，在规定范围内还应加密，从而使新旧两部分混凝土共同受力，保证混凝土柱的整体刚度与强度满足要求。绑扎箍筋时，先将箍筋套在从下部外伸的搭接钢筋上，箍筋与主筋需垂直布置，箍筋转角处与主筋交点处需要绑扎。新增箍筋需与原柱箍筋错开布置。柱结构两端的箍筋应加密，加密区长度及加密区箍筋间距应符合规范要求。如需增设拉筋，拉筋应勾住箍筋。

3.4 安装模板

模板安装工序为：模板设计、加工→定位放线→拼装模板→安装水平固定卡与水平箍→校正垂直→模板验收。

组装模板之前，应检查柱根处的混凝土，表面应光滑整洁。如果不满足平整度要求，则用1∶1 的水泥砂浆将其整平。立柱模板采用多层板，使用钢管作竖箍。根据模板定位线，将模板的榫槽与水平固定夹对齐，以将模板牢牢箍住。然后，使用水平箍支撑系统进行连接。组装完成后，必须通过平行线投影法用吊线和钢尺检查柱体模板的垂直度，校正模板以符合规格要求。

3.5 浇筑混凝土

新增混凝土强度等级应比原柱提高一级，且不宜低于C25。

为了保证混凝土的质量，在施工过程中必须加强振捣。灌浆时不宜一次下料过多，在下料厚度达500 mm 后应停止下料，振捣密实后再下料。由于加固部分截面小，柱结构高度大，下料时需要轻敲模板外壁，防止混凝土在中间被隔断，保证混凝土的密实性，同时，可以用此方法检查混凝土浇筑是否饱满。立柱模板从下到上应每隔1～1.5 m 设置1 个振捣孔，浇筑一定量的混凝土后进行振捣，并同时进行外部振动，以确保浇筑混凝土的密实性。振捣完成后，用模板将振捣口堵住，然后继续浇筑。

3.6 养护及拆模

浇筑和振捣混凝土后，需要及时拆除模板，以增加模板的周转率，加快工程进度，但过早拆除模板会影响混凝土结构的质量。模板的拆除顺序与安装顺序相反，先拆除后安装的模板，后拆除先安装的模板。即首先移除框架杆的水平箍，然后移除固定卡，然后用撬棍小心地抬起模板，以将模板与混凝土分离。

在混凝土养护过程中，要定期在施工现场洒水，以保证环境湿度，使混凝土结构长时间保持表面湿润。混凝土潮湿养护应不少于7 d，适当延长养护时间有利于保证材料强度提高，可以避免后期干缩裂缝的出现。

4 质量控制要点

4.1 保证新增钢筋连接强度

新增加的钢筋需有工厂的质量检测证明和试验报告，并要抽样进行力学特性试验和焊接试验，通过试验后才能投入使用。然后，要严格按照设计图的要求选择钢筋的等级、规格、切割长度、形状，并尽量减少钢筋接头。

新增钢筋（包括种植箍筋）需与原钢筋连接，对四面加大截面的混凝土柱进行加固，要确保新增加的箍筋闭合；当采用单面、双面或三面加大截面加固混凝土柱时，若不能封闭，可采用新箍筋与原箍筋进行焊接实现密封。内箍为钻孔植筋，清孔处理后，要注入植筋胶，插入钢筋，新增箍筋与原有箍筋高度宜错开50 mm 布置，锚入深度应严格符合设计图的要求；外箍筋与原外箍筋焊接，单面焊接长度应不小于10 d（d 为箍筋直径）。

4.2 混凝土振捣

混凝土浇筑后，应进行振捣，以除去混凝土浇筑产生的气泡，使混凝土浇筑均匀，以提高结构强度并确保混凝土构件的质量。逐层浇筑混凝土时，每层混凝土的厚度不应超过振捣棒长度的1.25 倍，在振捣过程中，要上下摇动振捣棒，以使上下振捣均匀。振捣上部混凝土时，应在下部混凝土初凝之前进行，并且应将振捣棒插入下层混凝土5～10 cm，以使先后浇筑的两层混凝土成为整体。混凝土表面应平整，没有明显的沉降和气泡。使用振捣器时，振捣器与模板之间的距离不应超过振捣器半径的0.7 倍，不宜在模板附近振捣，并且应避免与钢管、管道、吊环、预埋件等发生碰撞[3]。

4.3 保证混凝土密实度

对柱截面采用增大截面法加固时，可以采用自密实混凝土或微膨胀混凝土，能够保证混凝土密实度及抗裂性能，提高柱结构的强度与刚度。

自密实混凝土的主要特性是具有高流动性，并且不离散，不渗漏，可以通过自重填充各种形式的空间，对于致密的钢筋和复杂的结构具有良好的填充特性。它可以形成致密的混凝土结构而无须振捣（或轻微振捣），并且具有良好的机械性能和耐用性，为解决或改善致密钢筋、薄壁、复杂形状、大体积混凝土结构或有特殊要求且难以振捣的混凝土施工带来了极大的便利，可以避免振捣不足引起的质量缺陷，消除振捣引起的噪声污染，提高混凝土施工效率。

一般混凝土由于干燥收缩、蠕变、温差效应引起的收缩变形会在结构内部产生拉应力，当这个拉应力大于混凝土的极限拉应力时，就会产生裂缝。使用微膨胀混凝土时，在混凝土养护的初期阶段，混凝土结构会产生膨胀变形，并释放能量，可优化混凝土结构内部的微观结构，使结构内部产生一定的压应力和压应变。由于结构处于塑性状态，所以，可以压缩、填充大量空隙，抵消收缩变形产生的应力，有效提高结构的耐裂性。

另外，在混疑土中加入微膨胀剂，可以提高结合面的黏结性能，保证新旧两部分混凝土能整体工作，共同受力，减小加固混凝土收缩性。

4.4 防止模板胀模

胀模是混凝土柱浇筑过程中的常见现象，其成因是混凝土坍落度大，浇筑过程快。当混凝土层下部刚浇筑，而且初凝还没有开始，上层不断浇筑的混凝土将会持续增加模板的侧向压力，则其自身的水平和垂直压力将容易引起模具膨胀。

为了防止混凝土胀模，可采取以下措施：

1）柱模板结构下角基底面必须平整，平整度控制在2 mm以内。应在支撑模板前用砂浆将模板底角找平，用水泥砂浆封住模板底角，防止模板接缝处漏浆。

2）浇筑底板时插入φ20 mm 钢筋头，使模板下角不移位，并用脚手架管固定模板外侧。

3）应在模板两侧布置对拉螺栓，对于距柱根部1 m 范围内的对拉螺栓帽采用双帽，以加大安全系数。严格检查对拉螺栓的间距（间距为400 mm，柱下部1 m 范围内加密，间距300 mm），看板墙的外形尺寸[4]。

4）在浇筑下一层混凝土时，将20 mm×20 mm 的木条固定在模板的上部入口内，以使浇筑的混凝土的上部入口形成凸形，在支设上一层模板时下口就能与混凝土面紧密接触，加上有钢筋支脚当对拉螺栓，保证下口模板不发生胀模现象。

5）模板接缝处应用木横跨缝固定，以加强支撑，保证模板表面平整。

6）拆除模板时，必须在能保证混凝土强度的情况下进行，以免拆除模板时损坏混凝土的表面和边角。拆解式不能整体拆解，必须从上到下依次拆解。

4.5 控制新旧混凝土黏结强度

增大截面加固法最大的问题是新旧混凝土部分的功能结合问题。受力时，新旧混凝土的结合面是薄弱部位。若新旧混凝土结构界面的强度过低，则不能有效传递荷载应力，过高则会引发脆性断裂危害。因此，在结合面上放置足够的剪切摩擦肋或锚固构件，可以强化新旧两部分的连接，确保在结合面上有效地传递外力，并且使新旧混凝土作为一个整体发挥作用。

一般在原构件混凝土界面（黏合面）打毛完成后，涂刷结构界面胶，在经过粗糙度处理的旧混凝土表面涂刷界面剂可改善旧混凝土的黏结微观结构，提高黏结性能。需要注意的是，应选择黏结力强、耐水性好、耐老化性强的界面胶，界面剂可以提高新旧混凝土之间的黏结力，避免因表面吸水特性或光滑引起界面不易粘连的现象。

为了保证界面剂的黏结效果，可采取以下措施：保持施工环境的相对湿度小于70%，通风良好，基面和环境温差需控制在5 ℃以内；涂刷界面之前，需用钢丝刷清除油脂、苔藓等，混凝土表面疏松和破裂的部分应提前修理；用刷子均匀涂刷黏结浆料在基面上，然后让涂层表面干燥（约12 h）。

5 结语

本文通过对现行施工方法与工艺流程的归纳总结，提出了对柱结构采用增大截面法进行加固施工的常见问题，探讨了保证混凝土振捣质量、控制浇筑混凝土强度、防止胀模、控制新旧混凝土黏结强度等施工质量控制要点，并分析了自密实混凝土、微膨胀混凝土、混凝土界面剂等新材料在柱增大截面加固中的应用及发展前景。增大截面加固法虽然是一种传统的施工方法，但是值得进行系统的总结，同时，应研究与推广新材料、新施工方法的应用，不断完善其施工工艺。