多層混凝土框架結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與加固

王建，王永潔 （安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230022）

0 前 言

近幾年來，我國(guó)已從大規(guī)模新建階段轉(zhuǎn)向新建與維修改造并重階段。由于勘察、設(shè)計(jì)、施工、使用不當(dāng)及年久失修等多方面的原因，某些建筑物存在著不同程度的問題，不能滿足使用和安全需要。如果繼續(xù)使用就需要對(duì)這些病危建筑物進(jìn)行檢測(cè)和加固，目的是改善使用功能，延長(zhǎng)這些建筑物的使用年限，來滿足我國(guó)社會(huì)發(fā)展需要。

總體來說，需要檢測(cè)和加固的建筑物不外乎以下幾種情況：①超過設(shè)計(jì)使用年限，某些建筑物雖已超過設(shè)計(jì)使用年限但在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)能力條件下不能推到重建，只有對(duì)其進(jìn)行加固處理后繼續(xù)使用；②勘察、設(shè)計(jì)失誤或施工不當(dāng)?shù)纫鸬牟荒軡M足安全和使用功能需要的建筑物，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理；③使用功能發(fā)生變化，比如加層或加大空間等，使用功能發(fā)生變化后，原來建筑物的某些結(jié)構(gòu)的承載力可能不滿足，這就需要對(duì)其進(jìn)行加固處理；④某些工業(yè)建筑由于高溫和腐蝕等導(dǎo)致使用壽命縮短或者不能滿足安全生產(chǎn)需要，必須進(jìn)行加固來滿足安全生產(chǎn)需要；⑤由于自然災(zāi)害而受損的建筑物，比如火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、地震等造成的受損建筑物，對(duì)這類建筑物進(jìn)行加固處理也是一項(xiàng)重要的工程。目前，工程檢測(cè)與加固技術(shù)在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用，也引起了學(xué)術(shù)界的重視。因此，對(duì)工程檢測(cè)與加固技術(shù)進(jìn)行深入討論和研究是很有必要的，并且具有重要的科研價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1 檢測(cè)方法

工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)是對(duì)建筑物質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定,為解決問題提供有說服力的數(shù)據(jù)。檢測(cè)及評(píng)定工作主要包括：分析結(jié)構(gòu)破損或發(fā)生事故的原因，評(píng)定結(jié)構(gòu)的抗力或破損狀況，擬采取的處理措施等。工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)包括的內(nèi)容比較多，一般有原始資料的調(diào)查、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件裂縫的檢測(cè)、施工偏差的檢測(cè)、變形和位移的檢測(cè)、結(jié)構(gòu)性能實(shí)荷檢測(cè)等等。我們主要對(duì)混凝土的強(qiáng)度及耐久性和鋼筋進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度是工程中經(jīng)常要求檢測(cè)的項(xiàng)目,目前檢測(cè)方法主要有回彈法、超聲脈沖法、回彈超聲綜合法和鉆芯法等。本次混凝土強(qiáng)度檢測(cè)采用鉆芯法進(jìn)行,鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度是近年來國(guó)內(nèi)外使用較多的一種局部破損檢測(cè)結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度的有效方法。此法是使用專用鉆芯取樣機(jī)直接從混凝土構(gòu)件上鉆取一定規(guī)格的混凝土芯樣，然后將經(jīng)過加工的芯樣放置在壓力試驗(yàn)機(jī)上，測(cè)取混凝土強(qiáng)度的測(cè)試方法。由于鉆芯法是直接從混凝土構(gòu)件上取得試樣，因此其測(cè)試結(jié)構(gòu)更能如實(shí)反應(yīng)混凝土構(gòu)件的實(shí)際情況；混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)主要包括：構(gòu)件所處環(huán)境的調(diào)查和測(cè)定，環(huán)境中特殊腐蝕性物質(zhì)的種類的調(diào)查和測(cè)定，混凝土碳化深度的測(cè)定，混凝土腐蝕層深度的測(cè)定和特殊腐蝕物質(zhì)侵入深度及含量的測(cè)定等。根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)來評(píng)定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐久性狀態(tài)和危險(xiǎn)程度，并結(jié)合主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定結(jié)構(gòu)的應(yīng)采取的措施和安全使用年限；鋼筋的檢測(cè)主要包括鋼筋位置和保護(hù)層厚度測(cè)定、鋼筋銹蝕的鑒別與檢測(cè)。鑒別和評(píng)定鋼筋銹蝕的方法可以分成兩類：判別法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法；若依據(jù)測(cè)試原理又可分為電化學(xué)方法和非電化學(xué)方法。鋼筋銹蝕的電化學(xué)方法有自然電位法、極化技術(shù)和交流阻抗法。其他的還有一些極為重要且易于被忽視的檢測(cè)內(nèi)容，如鋼筋的搭接、錨固、預(yù)埋件及焊縫的腐蝕情況等。

2 加固方法

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件經(jīng)過檢驗(yàn)和可靠性鑒定后，認(rèn)為不滿足使用要求時(shí)，就要進(jìn)行加固處理。結(jié)構(gòu)加固改造的全過程包括結(jié)構(gòu)可靠性鑒定、方案設(shè)計(jì)和施工三個(gè)階段。在結(jié)構(gòu)加固方案的選擇和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)可靠性鑒定結(jié)果、原有結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況、加固改造的目的和加固后的使用要求，在對(duì)加固后結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力狀況進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，并充分考慮施工隊(duì)伍的技術(shù)水平和施工場(chǎng)地條件，選擇合理的加固方案。一般所需加固的結(jié)構(gòu)大都存在承載能力不足的現(xiàn)象，所采用的加固方法多是從提高結(jié)構(gòu)的有效受力面積出發(fā)（如增大載面法等）減小截面的應(yīng)力，或者直接改變結(jié)構(gòu)的受力體系，改變其傳力途徑（如增加支撐法等）從而降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力，最終達(dá)到加固的目的。

加固方法一般有：①增大截面法，用與原結(jié)構(gòu)性能相同或更強(qiáng)的同種材料增大構(gòu)件截面面積，以提高構(gòu)件的正截面受彎承載力；②外包型鋼法，在原結(jié)構(gòu)桿系構(gòu)件的四周包以型鋼以提高構(gòu)件的正截面受彎承載力；③粘貼鋼板或纖維材料法，在原結(jié)構(gòu)受拉區(qū)粘貼鋼板或纖維材料，提高構(gòu)件承載力；④錨釘粘貼鋼板加固法，在原結(jié)構(gòu)受拉區(qū)用特制錨釘錨住并粘貼鋼板，同時(shí)粘貼鋼板有預(yù)應(yīng)力效能，使混凝土構(gòu)件的承載力有更大的提高；⑤托梁換柱、增設(shè)支點(diǎn)法，改變結(jié)構(gòu)的受力傳遞路線，減小構(gòu)件的跨度，以提高構(gòu)件承載力、減小撓度變形；⑥預(yù)應(yīng)力法，對(duì)原結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，改變構(gòu)件內(nèi)力分布，提高構(gòu)件承載力和剛度；⑦其他方法，增加結(jié)構(gòu)的承載力或剛度，增加結(jié)構(gòu)的抗震能力等。

3 工程案例

3.1 工程概況

某廠房原設(shè)計(jì)為4層混凝土框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，但只建成了1層，建筑物高度為4.8m。現(xiàn)根據(jù)發(fā)展需要，擬在已建成的1層結(jié)構(gòu)上增建3層大空間辦公用房。加層采用鋼結(jié)構(gòu)形式，建筑物高度增至19.8m。整體計(jì)算及構(gòu)件驗(yàn)算表明，原一樓的框架柱雖然是按原設(shè)計(jì)4層框架柱所建造的，但截面配筋及截面面積對(duì)于加到4層的新結(jié)構(gòu)來說均偏小，故必須對(duì)一樓進(jìn)行加固處理。由于活荷載加大，原設(shè)計(jì)梁板不滿足設(shè)計(jì)要求故梁采用常規(guī)的粘鋼處理，而板采用粘貼碳纖維布。

3.2 外包鋼加固法

一層框架柱的加固處理常采用的加固方法是加大截面法和外包鋼法。經(jīng)過反復(fù)計(jì)算核定比較，加大截面法雖然相對(duì)經(jīng)濟(jì)，但施工周期長(zhǎng)影響一樓的正常使用，采用外包鋼法可以免去周期長(zhǎng)、影響大的困擾。外包鋼法在對(duì)廠房框架梁柱加固時(shí)均有應(yīng)用以環(huán)氧砂漿膠泥粘接，角鋼與框架梁柱用焊接鋼綴板，角鋼與箍板固定采用粘鋼與植筋錨固。其施工工藝為：混凝土表面劃線、確定角鋼及綴板安裝位置→混凝土表面處理→角鋼及綴板表面處理→配制環(huán)氧砂漿→粘接角鋼→焊接、粘接綴板→養(yǎng)護(hù)、固化→自檢→角鋼管架防護(hù)處理。

3.3 外粘鋼板法

框架梁與除氧器大梁加固采用外粘鋼板加固，其施工工藝流程為：混凝土表面劃線、確定角鋼及綴板安裝位置→混凝土、角鋼、鋼板表面加壓→粘接綴板及加壓→養(yǎng)護(hù)固化→鋼板表面防護(hù)。

3.4 增大截面法

除氧器大梁加固時(shí)，需要進(jìn)行增大截面，要求對(duì)新老混凝土進(jìn)行界面處理。其施工工藝流程為：新老混凝土表面打毛沖洗干凈，澆水充分濕潤(rùn)老混凝土→按比例配制YZJ-5界面結(jié)構(gòu)膠，人工將界面膠均勻涂刷在老混凝土表面，界面膠厚為1mm～1.5mm→在界面膠初凝之前，澆筑新混凝土，邊刷膠邊澆筑，并隨混凝土一起養(yǎng)護(hù)。

圖1 柱加固大樣圖

3.5 粘貼碳纖維布加固法

對(duì)主廠房樓板、次梁加固時(shí)采用碳纖維布進(jìn)行加固，其施工工藝流程為：混凝土表面處理→涂抹底膠涂抹找平膠（混凝土表面修補(bǔ)整平）→涂抹浸漬膠→粘貼碳纖維布涂→抹浸漬膠→養(yǎng)護(hù)固化→表面防護(hù)。

4 小 結(jié)

本工程是現(xiàn)行檢測(cè)與加固技術(shù)綜合運(yùn)用實(shí)例，在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)針對(duì)不同的部位及構(gòu)件采用不同的加固方案，以取得最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性。在加層結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)、底層加固方法、加層與底層的連接等重點(diǎn)環(huán)節(jié)都明確貫徹了施工實(shí)用設(shè)計(jì)原則，取得了良好的效果。

[1]袁文陽(yáng),陳尚建,阮永懷.工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]張家啟,李國(guó)勝,惠云玲.建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]王宏林,閏文斌,車朝紅.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工技術(shù)資料范例[M].北京：中國(guó)建材出版社，2011.

[4]GB 50367-2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.