混凝土柱增大截面加固施工要點(diǎn)

謝紹寶，何宇

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 101101）

1 引言

與很多加固立柱的方式相比，增大截面加固法在建筑加固領(lǐng)域早期應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)材料要求低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)，特別適用于原始橫截面尺寸明顯較小且軸向壓縮比明顯較高的組件的加固。主要缺點(diǎn)是濕法作業(yè)多、工期長(zhǎng)、工程量大和機(jī)械使用多。

隨著一些新材料和新技術(shù)的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)加固施工領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展。對(duì)于柱結(jié)構(gòu)的加固，可以使用外加鋼板、碳纖維加固或者預(yù)應(yīng)力鋼筋加固法。但當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性要求較高，或者環(huán)境溫度高于60 ℃時(shí)，增加截面法仍然是不可替代的。增大截面法雖然出現(xiàn)較早，但仍是基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的方法，缺乏系統(tǒng)的理論研究，尚沒有完善的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法。因此，研究、歸納該方法仍然有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

2 工藝原理

配筋率適當(dāng)時(shí)，混凝土受彎構(gòu)件的承載力隨著鋼筋總面積的增大而提高，所以，增大結(jié)構(gòu)橫截面中鋼筋的截面面積可以顯著提高原構(gòu)件的截面抗彎性能。然后在混凝土受壓區(qū)增加現(xiàn)澆混凝土，通過新增部分和原結(jié)構(gòu)的共同工作，可以提高構(gòu)件的正截面承載力[1]。

3 施工工藝流程

混凝土構(gòu)件增大截面加固施工主要按圖1 所示流程進(jìn)行。

圖1 混凝土構(gòu)件增大截面法加固施工流程圖

3.1 修整原結(jié)構(gòu)

對(duì)于原有結(jié)構(gòu)，應(yīng)先清除表面剝落、疏松、腐化的混凝土，再用角磨機(jī)對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨，直至露出骨料新面并打磨平整，然后，采用花錘砂輪機(jī)或高壓水射流進(jìn)行打毛，必要時(shí)也可設(shè)置溝槽。采用三面或四面增大截面法加固混凝土柱時(shí)，還應(yīng)鑿除截面的棱角。完成鑿毛后，應(yīng)用鋼絲刷等工具清潔原混凝土表面松動(dòng)的骨料砂粒，并用清潔的壓力水沖洗干凈，除去浮渣、塵土[2]。

3.2 基礎(chǔ)植筋施工

基礎(chǔ)植筋施工主要的施工步驟為：沖擊鉆機(jī)鉆孔→清理鉆孔→注膠→植入鋼筋。

首先，應(yīng)標(biāo)出鉆孔點(diǎn)位，之后，采用電錘成孔，并用高壓空氣吹射方法清除孔內(nèi)細(xì)小顆粒物，用鋼絲刷除去鋼筋或錨桿表面的銹跡污物，并在植筋前采用棉絲浸泡丙酮，將孔壁和鋼筋清洗干凈。垂直植筋時(shí)，要先把膠灌入孔內(nèi)，再插入鋼筋至孔底，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鋼筋，使膠混合均勻，調(diào)整鋼筋位置，并加以固定。水平植筋，則要在插入鋼筋后封堵孔口，從灌注孔及排氣孔壓力灌膠。

3.3 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎工藝流程為：安裝豎向受力筋→計(jì)算箍筋間距→套柱箍筋→綁箍筋。

在加固樓層范圍內(nèi)，鋼筋應(yīng)通長(zhǎng)綁扎，并應(yīng)滿足植筋邊距、間距與深度的要求。新增箍筋直徑應(yīng)與原箍筋直徑相同，在規(guī)定范圍內(nèi)還應(yīng)加密，從而使新舊兩部分混凝土共同受力，保證混凝土柱的整體剛度與強(qiáng)度滿足要求。綁扎箍筋時(shí)，先將箍筋套在從下部外伸的搭接鋼筋上，箍筋與主筋需垂直布置，箍筋轉(zhuǎn)角處與主筋交點(diǎn)處需要綁扎。新增箍筋需與原柱箍筋錯(cuò)開布置。柱結(jié)構(gòu)兩端的箍筋應(yīng)加密，加密區(qū)長(zhǎng)度及加密區(qū)箍筋間距應(yīng)符合規(guī)范要求。如需增設(shè)拉筋，拉筋應(yīng)勾住箍筋。

3.4 安裝模板

模板安裝工序?yàn)椋耗０逶O(shè)計(jì)、加工→定位放線→拼裝模板→安裝水平固定卡與水平箍→校正垂直→模板驗(yàn)收。

組裝模板之前，應(yīng)檢查柱根處的混凝土，表面應(yīng)光滑整潔。如果不滿足平整度要求，則用1∶1 的水泥砂漿將其整平。立柱模板采用多層板，使用鋼管作豎箍。根據(jù)模板定位線，將模板的榫槽與水平固定夾對(duì)齊，以將模板牢牢箍住。然后，使用水平箍支撐系統(tǒng)進(jìn)行連接。組裝完成后，必須通過平行線投影法用吊線和鋼尺檢查柱體模板的垂直度，校正模板以符合規(guī)格要求。

3.5 澆筑混凝土

新增混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比原柱提高一級(jí)，且不宜低于C25。

為了保證混凝土的質(zhì)量，在施工過程中必須加強(qiáng)振搗。灌漿時(shí)不宜一次下料過多，在下料厚度達(dá)500 mm 后應(yīng)停止下料，振搗密實(shí)后再下料。由于加固部分截面小，柱結(jié)構(gòu)高度大，下料時(shí)需要輕敲模板外壁，防止混凝土在中間被隔斷，保證混凝土的密實(shí)性，同時(shí)，可以用此方法檢查混凝土澆筑是否飽滿。立柱模板從下到上應(yīng)每隔1～1.5 m 設(shè)置1 個(gè)振搗孔，澆筑一定量的混凝土后進(jìn)行振搗，并同時(shí)進(jìn)行外部振動(dòng)，以確保澆筑混凝土的密實(shí)性。振搗完成后，用模板將振搗口堵住，然后繼續(xù)澆筑。

3.6 養(yǎng)護(hù)及拆模

澆筑和振搗混凝土后，需要及時(shí)拆除模板，以增加模板的周轉(zhuǎn)率，加快工程進(jìn)度，但過早拆除模板會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。模板的拆除順序與安裝順序相反，先拆除后安裝的模板，后拆除先安裝的模板。即首先移除框架桿的水平箍，然后移除固定卡，然后用撬棍小心地抬起模板，以將模板與混凝土分離。

在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，要定期在施工現(xiàn)場(chǎng)灑水，以保證環(huán)境濕度，使混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間保持表面濕潤(rùn)。混凝土潮濕養(yǎng)護(hù)應(yīng)不少于7 d，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間有利于保證材料強(qiáng)度提高，可以避免后期干縮裂縫的出現(xiàn)。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 保證新增鋼筋連接強(qiáng)度

新增加的鋼筋需有工廠的質(zhì)量檢測(cè)證明和試驗(yàn)報(bào)告，并要抽樣進(jìn)行力學(xué)特性試驗(yàn)和焊接試驗(yàn)，通過試驗(yàn)后才能投入使用。然后，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖的要求選擇鋼筋的等級(jí)、規(guī)格、切割長(zhǎng)度、形狀，并盡量減少鋼筋接頭。

新增鋼筋（包括種植箍筋）需與原鋼筋連接，對(duì)四面加大截面的混凝土柱進(jìn)行加固，要確保新增加的箍筋閉合；當(dāng)采用單面、雙面或三面加大截面加固混凝土柱時(shí)，若不能封閉，可采用新箍筋與原箍筋進(jìn)行焊接實(shí)現(xiàn)密封。內(nèi)箍為鉆孔植筋，清孔處理后，要注入植筋膠，插入鋼筋，新增箍筋與原有箍筋高度宜錯(cuò)開50 mm 布置，錨入深度應(yīng)嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)圖的要求；外箍筋與原外箍筋焊接，單面焊接長(zhǎng)度應(yīng)不小于10 d（d 為箍筋直徑）。

4.2 混凝土振搗

混凝土澆筑后，應(yīng)進(jìn)行振搗，以除去混凝土澆筑產(chǎn)生的氣泡，使混凝土澆筑均勻，以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并確保混凝土構(gòu)件的質(zhì)量。逐層澆筑混凝土?xí)r，每層混凝土的厚度不應(yīng)超過振搗棒長(zhǎng)度的1.25 倍，在振搗過程中，要上下?lián)u動(dòng)振搗棒，以使上下振搗均勻。振搗上部混凝土?xí)r，應(yīng)在下部混凝土初凝之前進(jìn)行，并且應(yīng)將振搗棒插入下層混凝土5～10 cm，以使先后澆筑的兩層混凝土成為整體?；炷帘砻鎽?yīng)平整，沒有明顯的沉降和氣泡。使用振搗器時(shí)，振搗器與模板之間的距離不應(yīng)超過振搗器半徑的0.7 倍，不宜在模板附近振搗，并且應(yīng)避免與鋼管、管道、吊環(huán)、預(yù)埋件等發(fā)生碰撞[3]。

4.3 保證混凝土密實(shí)度

對(duì)柱截面采用增大截面法加固時(shí)，可以采用自密實(shí)混凝土或微膨脹混凝土，能夠保證混凝土密實(shí)度及抗裂性能，提高柱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度。

自密實(shí)混凝土的主要特性是具有高流動(dòng)性，并且不離散，不滲漏，可以通過自重填充各種形式的空間，對(duì)于致密的鋼筋和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)具有良好的填充特性。它可以形成致密的混凝土結(jié)構(gòu)而無須振搗（或輕微振搗），并且具有良好的機(jī)械性能和耐用性，為解決或改善致密鋼筋、薄壁、復(fù)雜形狀、大體積混凝土結(jié)構(gòu)或有特殊要求且難以振搗的混凝土施工帶來了極大的便利，可以避免振搗不足引起的質(zhì)量缺陷，消除振搗引起的噪聲污染，提高混凝土施工效率。

一般混凝土由于干燥收縮、蠕變、溫差效應(yīng)引起的收縮變形會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)拉應(yīng)力大于混凝土的極限拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。使用微膨脹混凝土?xí)r，在混凝土養(yǎng)護(hù)的初期階段，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生膨脹變形，并釋放能量，可優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力和壓應(yīng)變。由于結(jié)構(gòu)處于塑性狀態(tài)，所以，可以壓縮、填充大量空隙，抵消收縮變形產(chǎn)生的應(yīng)力，有效提高結(jié)構(gòu)的耐裂性。

另外，在混疑土中加入微膨脹劑，可以提高結(jié)合面的黏結(jié)性能，保證新舊兩部分混凝土能整體工作，共同受力，減小加固混凝土收縮性。

4.4 防止模板脹模

脹模是混凝土柱澆筑過程中的常見現(xiàn)象，其成因是混凝土坍落度大，澆筑過程快。當(dāng)混凝土層下部剛澆筑，而且初凝還沒有開始，上層不斷澆筑的混凝土將會(huì)持續(xù)增加模板的側(cè)向壓力，則其自身的水平和垂直壓力將容易引起模具膨脹。

為了防止混凝土脹模，可采取以下措施：

1）柱模板結(jié)構(gòu)下角基底面必須平整，平整度控制在2 mm以內(nèi)。應(yīng)在支撐模板前用砂漿將模板底角找平，用水泥砂漿封住模板底角，防止模板接縫處漏漿。

2）澆筑底板時(shí)插入φ20 mm 鋼筋頭，使模板下角不移位，并用腳手架管固定模板外側(cè)。

3）應(yīng)在模板兩側(cè)布置對(duì)拉螺栓，對(duì)于距柱根部1 m 范圍內(nèi)的對(duì)拉螺栓帽采用雙帽，以加大安全系數(shù)。嚴(yán)格檢查對(duì)拉螺栓的間距（間距為400 mm，柱下部1 m 范圍內(nèi)加密，間距300 mm），看板墻的外形尺寸[4]。

4）在澆筑下一層混凝土?xí)r，將20 mm×20 mm 的木條固定在模板的上部入口內(nèi)，以使?jié)仓幕炷恋纳喜咳肟谛纬赏剐?，在支設(shè)上一層模板時(shí)下口就能與混凝土面緊密接觸，加上有鋼筋支腳當(dāng)對(duì)拉螺栓，保證下口模板不發(fā)生脹?，F(xiàn)象。

5）模板接縫處應(yīng)用木橫跨縫固定，以加強(qiáng)支撐，保證模板表面平整。

6）拆除模板時(shí)，必須在能保證混凝土強(qiáng)度的情況下進(jìn)行，以免拆除模板時(shí)損壞混凝土的表面和邊角。拆解式不能整體拆解，必須從上到下依次拆解。

4.5 控制新舊混凝土黏結(jié)強(qiáng)度

增大截面加固法最大的問題是新舊混凝土部分的功能結(jié)合問題。受力時(shí)，新舊混凝土的結(jié)合面是薄弱部位。若新舊混凝土結(jié)構(gòu)界面的強(qiáng)度過低，則不能有效傳遞荷載應(yīng)力，過高則會(huì)引發(fā)脆性斷裂危害。因此，在結(jié)合面上放置足夠的剪切摩擦肋或錨固構(gòu)件，可以強(qiáng)化新舊兩部分的連接，確保在結(jié)合面上有效地傳遞外力，并且使新舊混凝土作為一個(gè)整體發(fā)揮作用。

一般在原構(gòu)件混凝土界面（黏合面）打毛完成后，涂刷結(jié)構(gòu)界面膠，在經(jīng)過粗糙度處理的舊混凝土表面涂刷界面劑可改善舊混凝土的黏結(jié)微觀結(jié)構(gòu)，提高黏結(jié)性能。需要注意的是，應(yīng)選擇黏結(jié)力強(qiáng)、耐水性好、耐老化性強(qiáng)的界面膠，界面劑可以提高新舊混凝土之間的黏結(jié)力，避免因表面吸水特性或光滑引起界面不易粘連的現(xiàn)象。

為了保證界面劑的黏結(jié)效果，可采取以下措施：保持施工環(huán)境的相對(duì)濕度小于70%，通風(fēng)良好，基面和環(huán)境溫差需控制在5 ℃以內(nèi)；涂刷界面之前，需用鋼絲刷清除油脂、苔蘚等，混凝土表面疏松和破裂的部分應(yīng)提前修理；用刷子均勻涂刷黏結(jié)漿料在基面上，然后讓涂層表面干燥（約12 h）。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)現(xiàn)行施工方法與工藝流程的歸納總結(jié)，提出了對(duì)柱結(jié)構(gòu)采用增大截面法進(jìn)行加固施工的常見問題，探討了保證混凝土振搗質(zhì)量、控制澆筑混凝土強(qiáng)度、防止脹模、控制新舊混凝土黏結(jié)強(qiáng)度等施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，并分析了自密實(shí)混凝土、微膨脹混凝土、混凝土界面劑等新材料在柱增大截面加固中的應(yīng)用及發(fā)展前景。增大截面加固法雖然是一種傳統(tǒng)的施工方法，但是值得進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，同時(shí)，應(yīng)研究與推廣新材料、新施工方法的應(yīng)用，不斷完善其施工工藝。