淺析井塔結(jié)構(gòu)的加固

陳貴斌

【摘 要】對(duì)已使用多年的建筑結(jié)構(gòu)，由于長(zhǎng)期受到荷載的作用及大自然雨雪的侵蝕，受損較為嚴(yán)重，為了保證使用安全、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命、改善結(jié)構(gòu)環(huán)境，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的加固處理，具有非常重要的作用。本文就銅陵有色金屬集團(tuán)鳳凰山礦業(yè)公司混合井井塔的加固，對(duì)砼結(jié)構(gòu)的幾種常用加固處理方式進(jìn)行探討，為此類(lèi)結(jié)構(gòu)的加固提供一個(gè)成功的案例，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】壓力注漿 碳纖維片材加固 CGM 灌漿料 粘鋼

1 項(xiàng)目概況

銅陵有色金屬集團(tuán)鳳凰山礦業(yè)公司混合井井塔始建于1968年，1970年投入使用，有色冶金設(shè)計(jì)總院設(shè)計(jì)，銅陵有色建安公司施工。井塔為十層框架結(jié)構(gòu)，總高度為61.45m。1993年有色冶金設(shè)計(jì)院對(duì)該混合井井塔結(jié)構(gòu)可靠性及安全性進(jìn)行過(guò)全面的檢查鑒定，并根據(jù)鑒定結(jié)果于1994年對(duì)井塔進(jìn)行了加固修補(bǔ)，至今已有21年，井塔主體結(jié)構(gòu)又有不同程度的損壞，今后還有十多年的使用期，為保證安全使用，必須重新進(jìn)行加固處理。

2 加固處理方案

2.1 框架柱

（1）柱面破損嚴(yán)重處，鑿除、清理，增補(bǔ)鋼筋，支模，CGM灌漿料澆筑；（2）柱表面裂縫處壓力灌漿。

2.2 框架梁

（1）梁底破損較嚴(yán)重處，采用粘鋼法加固；（2）梁上部破損處，鑿除、清理，增補(bǔ)鋼筋，支模，CGM灌漿料澆筑；（3）梁側(cè)面裂縫處壓力灌漿。

2.3 樓層板

破損較嚴(yán)重的板底、板面，采用碳纖維片材加固。

2.4 樓梯

原預(yù)制鋼筋砼樓梯拆除，更換為鋼梯。

3 加固方案的實(shí)施

3.1 砼裂縫壓力注漿

3.1.1 工藝特性

壓力注漿是根據(jù)低壓注入原理，利用注漿器的壓力和毛細(xì)管原理，將樹(shù)脂自動(dòng)注入砼裂縫或細(xì)小孔洞中，完全充填并粘接牢固，從而使砼的整體性和耐久性得以提高。廣泛用于混凝土裂縫修補(bǔ)加固，止水堵漏等情況，適用的裂縫寬度范圍為0.5～3mm。優(yōu)點(diǎn)：注漿器簡(jiǎn)單、操作便捷、注漿質(zhì)量可靠、無(wú)刺激性氣味等。

3.1.2 工藝流程

施工準(zhǔn)備→基層處理→裂縫封閉、安底座→配料→注漿→拆除、恢復(fù)→效果檢查。

3.1.3 施工步驟

（1）施工準(zhǔn)備。對(duì)需要注漿處理的區(qū)域，用10倍的放大鏡仔細(xì)觀(guān)察裂縫狀況及分布情況，并對(duì)裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量并標(biāo)注在裂縫上方（貫穿裂縫要注明），查明砼厚度，計(jì)算出樹(shù)脂材料的理論用量。

（2）基層處理。沿裂縫方向清除基層浮灰，用棉絲蘸酒精擦洗表面；潮濕基層涂刷一道界面劑，使基層干燥不透水；對(duì)砼的蜂窩、麻面、露筋等損傷部位用快干型封縫膠修復(fù)，缺損嚴(yán)重處用聚合物砂漿修補(bǔ)。

（3）裂縫封閉、安底座。選擇注漿口位置，要選在裂縫較寬處、裂縫分支匯合處等，注漿口相隔20～40cm為宜，裂縫越細(xì)，距離越短；在注漿口位置貼上膠布，對(duì)于貫穿裂縫需兩面留設(shè)注漿口。將封縫膠涂于裂縫表面，用刮刀刮嚴(yán)確保完全封閉，封縫膠寬度為3～4cm，每邊寬出1.5～2cm，厚度0.8～1.0mm。揭開(kāi)注漿口處膠布，用封縫膠將底座粘在注漿口上，底座圓孔要與注漿口對(duì)準(zhǔn)。每米裂縫留出1～2 個(gè)底座作為排氣孔及出口，水平裂縫留在兩端末梢裂縫較細(xì)的部位。待封縫膠完全干燥后，即可開(kāi)始注漿。

（4）配料。根據(jù)裂縫寬度和樹(shù)脂性能特點(diǎn)參照使用說(shuō)明選擇配制灌漿樹(shù)脂，隨配隨用，每次不超過(guò)500g。

（5）注漿。將注漿器安設(shè)到底座上，放松彈簧，開(kāi)始注漿。一般自下而上進(jìn)行，至高處的出漿口出膠。注漿器軟管中漿液已基本進(jìn)入裂縫，可隨時(shí)更換注漿器，補(bǔ)充注入，當(dāng)注漿量已超過(guò)理論值，進(jìn)膠速度明顯減慢至幾乎不再進(jìn)膠，且出膠口有漿液流出，表明裂縫已基本充滿(mǎn)，這時(shí)先用堵頭將出膠口堵嚴(yán)，注漿器繼續(xù)保持注漿狀態(tài)以免漿液倒流。

（6）拆除、恢復(fù)、效果檢查。注漿完畢待樹(shù)脂凝固后可拆除注漿器、底座和封縫膠，恢復(fù)基層原狀。

3.1.4 注意事項(xiàng)

（1）注漿樹(shù)脂材料應(yīng)有產(chǎn)品合格證及檢驗(yàn)報(bào)告，確保符合質(zhì)量要求。（2）對(duì)于寬度差距較大的裂縫（中間寬兩頭細(xì)），應(yīng)將不同型號(hào)的樹(shù)脂配合起來(lái)使用，以使不同的需要。要及時(shí)封堵漏漿部位，在樹(shù)脂尚未初凝前繼續(xù)完成灌漿工作。（3）用壓力水或水鉆取芯法檢測(cè)注漿密實(shí)程度。（4）對(duì)于因結(jié)構(gòu)承載力不足而處于運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的裂縫，應(yīng)先進(jìn)行加固，再按本工藝進(jìn)行修補(bǔ)。

3.2 應(yīng)用CGM 灌漿料加固梁、板、柱施工工法

3.2.1 工藝特性

CGM 灌漿料是以高強(qiáng)度材料為骨料，以水泥作為結(jié)合劑，并加入高流態(tài)、微膨脹、防沉降、防離析等物質(zhì)配制而成；與被加固體粘結(jié)力強(qiáng)，接觸緊密，可保證空隙之間填充密實(shí)，滿(mǎn)足傳遞結(jié)構(gòu)受力的要求。具有：工藝簡(jiǎn)單、便于施工、質(zhì)量可靠；早強(qiáng)、高強(qiáng)、工期短；自流態(tài)、免振搗；無(wú)收縮、微膨脹；抗油滲、耐久性好；無(wú)污染、無(wú)噪聲，文明施工。

3.2.2 工藝流程

施工準(zhǔn)備→基層清理→增配鋼筋骨架→模板支設(shè)→配料、灌漿→養(yǎng)護(hù)、拆模。

3.2.3 施工步驟

（1）施工準(zhǔn)備，設(shè)定處理區(qū)域，在準(zhǔn)備材料、工器具的同時(shí)，做好對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的技術(shù)交底。（2）基層清理，在需要處理的區(qū)域，清除表面的浮漿、抹灰層、污染物等，剔除已松動(dòng)的砼，并用界面劑進(jìn)行拉毛處理。（3）增加鋼筋骨架，按設(shè)計(jì)要求，利用在砼表面的植筋和已露出的原有鋼筋，通過(guò)焊接來(lái)安裝和固定增加的鋼筋骨架。（4）模板支設(shè)，模板應(yīng)支設(shè)嚴(yán)密，接縫處用膠帶貼縫處理，裝水試驗(yàn)，不漏水。（5）配料、灌漿，根據(jù)使用說(shuō)明，配制灌漿料。灌漿前24h 澆水充分濕潤(rùn)砼表面，灌漿時(shí)應(yīng)當(dāng)從一側(cè)灌漿，至另一側(cè)溢出為止，必須連續(xù)進(jìn)行，不能間斷，并應(yīng)盡可能縮短灌漿時(shí)間。不得從四周同時(shí)進(jìn)行灌漿，防止因空氣排不出而產(chǎn)生空洞。灌漿中如出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)封堵處理。（6）養(yǎng)護(hù)、脫模，灌漿完畢后，應(yīng)立即覆蓋塑料薄膜并加蓋濕草袋。正常氣溫下48小時(shí)拆模，脫模前避免未結(jié)硬的灌漿層受到振動(dòng)影響。

3.2.4 注意事項(xiàng)

（1）CGM灌漿料的驗(yàn)收以試驗(yàn)室檢驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)，每批產(chǎn)品應(yīng)有合格證和檢驗(yàn)報(bào)告，嚴(yán)格按產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)使用，嚴(yán)禁摻加任何外加劑、外摻料。（2）如需剔除部分，在灌漿完畢2～4小時(shí)即灌漿層硬化前，用抹刀輕輕鏟除。（3）驗(yàn)收按《鋼筋混凝土工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB 50204的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

3.3 碳纖維片材加固施工工法

3.3.1 工藝特性

碳纖維片材加固是將碳纖維片材采用高性能的環(huán)氧類(lèi)粘接劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。主要特性：適用面廣，施工便捷，工效高；質(zhì)量易保證；耐腐蝕及耐久性能極佳；特別適用于不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸的加固處理。

3.3.2 工藝流程

施工準(zhǔn)備→卸荷→基底處理→涂底膠→找平→粘貼→保護(hù)→驗(yàn)收。

3.3.3 施工步驟

（1）施工準(zhǔn)備，主要是材料、工器具的準(zhǔn)備，同時(shí)做好對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的技術(shù)交底。

（2）卸荷，加固前對(duì)于不承受二次荷載的構(gòu)件必需卸荷：①可卸靜載，采用拆除原有的吊頂、墻面裝飾、地面面層、設(shè)備等方法，以達(dá)到卸靜荷的目的。②不可卸靜荷，采用千斤頂頂升的方式；對(duì)于承受均布荷載的梁，應(yīng)采用多點(diǎn)均勻頂升；對(duì)于有次梁作用的主梁，每根次梁下加設(shè)頂升，預(yù)升噸位由設(shè)計(jì)計(jì)算確定。③卸除所有活荷載。

（3）基底處理：①構(gòu)件基面出現(xiàn)的剝落、空鼓、腐蝕等部位予以清理鑿除，面積較大時(shí)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)；基面打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓?。≧≥10mm）。②裂縫部分先進(jìn)行壓力灌漿處理。③用吹風(fēng)機(jī)將砼表面吹凈并保持干燥。

（4）涂底膠，①根據(jù)處理面積及環(huán)境溫度計(jì)算用膠量，按使用說(shuō)明配制底膠，攪拌器攪拌均勻，嚴(yán)格控制使用時(shí)間，在1小時(shí)內(nèi)用完。②用滾刷將底膠均勻涂抹于構(gòu)件表面，等膠固化后（以指觸干燥為準(zhǔn)，固化時(shí)間為2～3d天），再進(jìn)行下一步施工。

（5）找平，構(gòu)件表面凹陷部位用找平膠泥填平，轉(zhuǎn)角處用找平膠泥修補(bǔ)為光滑的圓弧。

（6）粘貼碳纖維片材，①按設(shè)計(jì)尺寸及層數(shù)，裁剪碳纖維片材。②調(diào)配粘膠（同底膠），然后均勻涂抹于所有粘貼部位，在搭接、拐角處加厚。③在確定部位剝?nèi)ヌ祭w維片材離析紙進(jìn)行鋪貼（搭接長(zhǎng)度不得小于100mm），用特制的滾子反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使貼膠充分浸透碳纖維片材。多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待纖維布表面指觸干燥方可進(jìn)行下一層的粘貼。④在最后一層碳纖維片材的表面均勻涂抹貼膠。⑤碳纖維片材端部固定用粘貼橫向碳纖維片材固定。

（7）保護(hù)，加固后的碳纖維片材表面采取噴防火涂料進(jìn)行保護(hù)。

（8）驗(yàn)收，以評(píng)定碳纖維片材與砼之間的粘結(jié)質(zhì)量，用小錘輕敲碳纖維片材表面，通過(guò)回音來(lái)判斷粘結(jié)效果。如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)現(xiàn)象即采用針管注膠（貼膠）進(jìn)行修補(bǔ)，但粘結(jié)面積少于90%則判定粘結(jié)無(wú)效，需重新施工。

3.3.4 注意事項(xiàng)

（1）碳纖維片材及其配套膠有生產(chǎn)廠(chǎng)家所提供的材料檢驗(yàn)證明。（2）裁剪及使用碳纖維片材時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源，與高壓電線(xiàn)及輸電線(xiàn)路要有可靠隔離措施；配套用膠要遠(yuǎn)離火源，避免陽(yáng)光直接照射；每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢查，做好相關(guān)的驗(yàn)收記錄。（3）檢驗(yàn)加固效果應(yīng)與業(yè)主方、設(shè)計(jì)方協(xié)商進(jìn)行荷載試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)變形應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.4 粘鋼加固施工法

3.4.1 工藝特性

粘鋼加固是將鋼板采用高性能的環(huán)氧類(lèi)粘接劑粘結(jié)于砼構(gòu)件的表面，鋼板與砼形成統(tǒng)一的整體，利用鋼板良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。主要特性：工序簡(jiǎn)單、效率高；粘結(jié)劑強(qiáng)度高，加固后整體好，受力均勻，提高了構(gòu)件的承載能力和抗裂性；粘貼鋼板所占的空間小，不影響結(jié)構(gòu)外形；適用于承受靜力作用的一般受彎及受拉構(gòu)件。

3.4.2 工藝流程

施工準(zhǔn)備→鋼板制作→基底處理→卸荷→配膠→粘貼→固定及加壓→固化→檢驗(yàn)→防腐處理。

3.4.3 施工步驟

（1）施工準(zhǔn)備，按施工方案準(zhǔn)備材料、工器具，同時(shí)做好對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的技術(shù)交底。

（2）鋼板制作，按設(shè)計(jì)要求，量測(cè)構(gòu)件尺寸，對(duì)鋼板進(jìn)行下料、成型。

（3）基底處理，包括被加固構(gòu)件結(jié)合面處理及鋼板貼合面處理。1）砼結(jié)合面：①對(duì)有油污的粘合面，應(yīng)先用硬毛刷沾丙酮刷除表面油污，后用冷水沖洗，再對(duì)粘合面進(jìn)行打磨，除去2～3mm 厚表層，直至完全露出新面，并用壓縮空氣吹除粉粒。②對(duì)已碳化的粘合面，直接對(duì)粘合面進(jìn)行打磨，去掉1～2mm 厚表層，用壓縮空氣除去粉塵或用清水沖洗干凈，待完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面即可。③對(duì)于露筋（或空鼓）的砼表面，需用鋼絲刷將鋼筋除銹，剔除松動(dòng)的砼，用水沖洗潤(rùn)濕，再用高強(qiáng)樹(shù)脂砂漿修補(bǔ)。④對(duì)于濕度較大的砼結(jié)合面，要進(jìn)行人工干燥處理。2）鋼板結(jié)合面：①對(duì)于未生銹或輕微銹蝕的鋼板，可用噴砂或平輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤。打磨粗糙度越大越好，打磨紋路盡量與鋼板受力方向垂直，其后用脫脂棉沾丙酮擦拭干凈。②對(duì)于大面積銹蝕的鋼板，先用適度鹽酸浸泡20min，使銹層脫落，再用石灰水沖洗，最后用平砂輪打磨出紋路，用脫脂棉沾丙酮擦拭干凈。

（4）卸荷，粘鋼板前宜對(duì)構(gòu)件適量進(jìn)行卸荷，卸荷方式同碳纖維片材加固法。

（5）配膠，粘鋼使用的粘膠，在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)配制，配制時(shí)按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)定進(jìn)行。

（6）粘貼，用抹刀將粘膠同時(shí)涂抹在已處理好的砼和鋼板貼合面，涂抹時(shí)，先用少量膠在結(jié)合面來(lái)回刮抹數(shù)遍，使膠能充分浸潤(rùn)、滲透、擴(kuò)散于結(jié)合面，再添抹至所需厚度（1～3mm），中間厚邊緣薄，然后將鋼板貼干預(yù)定位置（若是立面粘貼，為防止流淌，可加一層脫蠟玻璃絲布）。

（7）固定與加壓，鋼板粘好后，應(yīng)立即用特制U 形夾具夾緊或用支撐頂撐固定，并適當(dāng)加壓，以使膠液剛從鋼板邊緣擠出為度。

（8）固化，粘膠在常溫（20℃左右）下固化，24小時(shí)即可拆除夾具或支撐，3天后即可受力使用，固化期不得對(duì)鋼板有任何擾動(dòng)。

（9）檢驗(yàn)，粘鋼結(jié)束后，一般采用非破損檢驗(yàn)，即從外觀(guān)檢查鋼板邊緣溢膠色澤，硬化程度，用小錘敲擊鋼板表面，以回音來(lái)判斷有效粘接面積；如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)的現(xiàn)象采用壓力灌膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救，若粘結(jié)面積錨固區(qū)少于90%，非錨固區(qū)少于70%（錨固區(qū)由設(shè)計(jì)計(jì)算確定），則判定粘結(jié)無(wú)效，需重新施工。對(duì)于重大工程，為真實(shí)檢驗(yàn)其加固效果，尚需抽樣進(jìn)行荷載試驗(yàn)，一般僅作標(biāo)準(zhǔn)使用荷載試驗(yàn)，即將卸去的荷載重新全部加上，其結(jié)構(gòu)的變形和裂縫開(kāi)展應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要求。

（10）防腐處理，外部粘鋼加固鋼板，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。采用噴防火涂料的方法進(jìn)行保護(hù)。

3.4.4 注意事項(xiàng)

（1）驗(yàn)收鋼板及粘膠的材質(zhì)證明、復(fù)試報(bào)告及膠的抗拉拔試驗(yàn)報(bào)告。（2）基底處理是關(guān)鍵工序，對(duì)于老結(jié)構(gòu)，更應(yīng)突現(xiàn)出對(duì)空鼓，裂縫的檢查；粘貼時(shí)，一定要避免先焊后粘，避免因焊接溫度過(guò)高而引起粘膠老化；粘貼鋼板與原構(gòu)件宜采用脹管螺栓連接；每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢查，做好相關(guān)的驗(yàn)收記錄。（3）粘鋼質(zhì)量，采用非破損檢驗(yàn)，即從外觀(guān)檢查鋼板邊緣溢膠色澤，硬化程度，用小錘敲擊鋼板表面，以回音來(lái)判斷有效粘接面積，若粘結(jié)面積錨固區(qū)少于90%，非錨固區(qū)少于70%，則判定粘結(jié)無(wú)效，需重新施工。（4）檢驗(yàn)加固效果，需抽樣進(jìn)行荷載試驗(yàn)，僅作標(biāo)準(zhǔn)使用荷載試驗(yàn)，即將卸去的荷載重新全部加上，其結(jié)構(gòu)的變形和裂縫開(kāi)展應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本次井塔加固施工總工期為四個(gè)月，施工結(jié)束后，經(jīng)檢驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)要求以及相關(guān)規(guī)范，并順利通過(guò)竣工驗(yàn)收。目前，該項(xiàng)目已正式投產(chǎn)一年，從當(dāng)前的使用效果看，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目的，取得了非常好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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