钢筋混凝土结构加固技术应用研究

■刘蔚晓 ■时代建筑设计院(福建)有限公司，福建 福州 350003

混凝土是现代建筑工程的重要材料，我国建筑采用混凝土材料已有近百年的历史，随着时间的推移，混凝土结构出现不同程度的老化和损伤，由于设计缺陷或施工不当可能造成混凝土结构蜂窝、麻面、孔洞等质量缺陷，重者可能会导致开裂、倾斜、坍塌等重大事故。为此，研究混凝土结构加固技术具有重要的现实意义。

1 结构加固要求

在加固方案的选择上，应尽可能争取做到以下几点:(1)综合各加固措施，优选加固效果好，施工工期短，材料用量少，简单易操作、劳动强度低的加固方法，充分发挥综合效应;(2)对于可以继续使用的原结构应尽量保留，发挥其潜力，避免无谓的拆卸、更换，节省材料及劳动力;(3)尽可能减小加固构件对建筑物原使用功能的影响;(4)避免或尽可能降低加固方案带来的负面效应，事先要充分考虑加固措施可能会带来的不利影响。(5)在加固材料的选择上，采用的混凝土强度等级要比原结构的混凝土强度等级提高一级，且不低于C20;在加固的混凝土中不能掺入火山灰、粉煤灰、高炉矿渣等其他混合材料。对于粘结材料及化学灌浆材料，其粘结强度要比被粘结构的抗拉强度和抗剪强度大。

2 结构加固技术

结构加固技术是在确认建筑物的可靠性后，对存在问题的部位进行补强，从而恢复建筑物原有的使用功能和安全性的技术措施。目前混凝土建筑结构常用的加固技术可分为直接加固法和间接加固法。

直接加固法包括加大截面法、混凝土置换法、外包钢加固法、黏贴纤维复合材料法。加大截面法是指增大截面尺寸、增加受力配筋，从而提高建筑结构承载力的方法。该方法施工简便、技术成熟、质量易于控制，适用于板、柱、梁、墙及一般构造物等多种结构的加固，但该方法现场湿作业时间长，可能减少原有建筑使用空间等缺陷。混凝土置换法是清除建筑结构中，强度不达标或存在严重质量缺陷部位的混凝土，重新浇灌新混凝土的加固方法。该方法湿作业时间长、清除混凝土工作量大，同时需要增设部分加固设施。外包钢加固法是将型钢(通长为角钢)外包于构件四角(或两角)来加固混凝土结构，外粘钢加固法是通过在混凝土构件表面粘贴钢板，提高结构承载力来进行结构加固，这两种方法都具有施工操作简便、施工时间短、，效果可靠等优点，其实际效果主要取决于粘钢施工质量。黏贴纤维复合材料法是将高强度纤维织物黏贴于加固构件表面，该方法具有高强高效，不增加构件自重和体积，对受拉和受压承载力不足的加固具有较好效果。

间接加固法可分为增加支撑法、预应力法。增加支撑法即指增加支承构件的方式来进行结构加固，该方法的优点是受力明确、安装简便、维修效果可靠;缺点是容易破坏建筑物的原貌和使用功能，会使建筑物的净空间减小，所以该方法常用于抢险工程或对大跨空间要求不高的建筑。预应力法是通过设置外加预应力拉杆或撑杆的方式，改变原结构部分内力模式，从而提高建筑结构承载力。

另外，混凝土结构特点为带裂缝工作，但裂缝如若开展过大，会影响混凝土结构的承载力及耐久性，对裂缝超过规范限值的构件应进行裂缝修补。裂缝修补方法主要有以下3 种:表面处理法、填充法、灌浆法。裂缝修补的材料主要为树脂和水泥。修补方法与修补材料的类型密不可分。根据工程实际和建筑结构要求，选择合理的加固材料和方法是实施混凝土建筑结构加固工程的关键。

3 案例分析

3.1 工程概况

某市综合办公楼项目，呈长方形，东西长约200m，南北宽约300m，总建筑面积约7.0 万方，地上19 层，建筑面积约6.1 万方，地下1 层，建筑面积约0.9 万方。该办公综合楼的报告厅位于主体结构四层，有大空间的使用要求，其屋面为大跨度框架结构，是建筑结构施工的难点。在施工过程中，由于模板支撑体系失稳导致报告厅屋面整体坍塌，事故造成一系列不良影响，必须采取积极有效的加固措施。

3.2 事故分析与评估

综合楼屋面垮塌事故发生后，建设单位组织相关部门进行原因分析和影响评估。从施工现场看，施工单位未按照预先设定的模板支护系统专家论证方案进行施工，导致模板支护系统整体失稳，造成屋面破坏。主要有两方面的问题:一是支撑系统的横向和纵向排架间距未满足设计方案要求，排架底部未按要求设置扫地杆，未设置剪刀撑。二是支撑系统中部分支撑杆落在未到龄期的悬挑梁上，同时尚未完成结构受力核算，悬挑梁下面也没有设置新的支护措施。

屋面坍塌对该项目造成较大影响。一是坍塌造成四层周边尚未凝固的混凝土散落在四楼混凝土柱头上并形成块状凝结，受冲击力影响四楼部分混凝土柱头表面的保护层出现开裂;二是部分裸露钢筋受倒塌外力影响发生严重变形，甚至产生90°压弯;三是四层悬臂阳台受倒塌外力冲击，悬臂梁根部断裂;四是受倒塌外力作用，三层部分梁在撞击后发生开裂，裂缝最宽处约0.5mm，深度达300mm。根据屋面坍塌原因及受损情况分析，该报告厅部分梁、柱、裸露钢筋受损严重，应及时采取加固措施。

3.3 加固技术方案

该项目结构加固主要涉及两方面:一是混凝土工程;二是钢筋工程。

3.3.1 混凝土工程加固

混凝土工程加固的重点是:四楼柱头混凝土结构和悬臂梁、板混凝土结构。

(1)混凝土柱头加固。经检测，混凝土柱头结构完好，强度基本符合要求。但也存在部分结构缺陷，一方面，坍塌的屋面使周边未达终凝的混凝土散落在柱头上凝结成块，从而影响混凝土柱头的咬合力;另一方面，部分柱头钢筋的混凝土保护层出现张拉裂缝和脱落现象。为此，采取的主要修复方法是:首先，将散落在结构层上的混凝土凿去，并用清水冲洗干净，直至显露原结构层;其次，采用扁嘴凿将混凝土柱头上脱落或开裂部分凿除，若混凝土的剥落位置在钢筋中心线附近，则应将钢筋周边混凝土全部清除，以满足混凝土与钢筋的握裹力，混凝土裂缝清除后，可与柱子同步浇筑新混凝土;第三，为保障新、旧混凝土的紧密衔接，在交界面上采用凿毛处理，以增强混凝土面的契合表面积，并在交接面增刷界面剂，同时为了避免出现分层现象，凿除的范围应为混凝土外皮至内10cm 以上。

(2)悬臂梁、板结构。经检测，该综合楼四层悬臂梁板混凝土结构破坏最为严重，悬臂梁板已严重断裂，应及时清除已破坏的建筑结构，并对悬臂部分采用加固处理。一是混凝土加固面的处理。悬臂梁的根部是新旧混凝土的结合面，将交界面表面凿毛，每隔10cm 开凿宽度8cm，深度5cm 的凹槽，以增强新旧混凝土的咬合力，充分冲洗凿毛面和凹槽面，并涂刷界面剂，提高混凝土强度等级。二是强化悬臂梁根部的抗弯、抗剪性能。由于新浇筑的混凝土与原混凝土存在施工缝，这样会减弱悬臂梁的抗弯、抗剪能力，为此采取增加悬臂梁尺寸，增大纵向受力筋的。方式进行加固，将已拆除的悬臂梁K126、L16 的截面增加50mm，同时上排钢筋、下排钢筋附近各增加4 根直径为25mm 的的螺纹钢。在悬臂梁中增设钢筋后，增设直径为10mm 间距100mm 的箍筋。通过上述措施，能够有效增强悬臂梁根部的抗弯抗剪能力

(3)混凝土梁裂缝处理。报告厅屋面倒塌后，三层KL6 部位受外力撞击产生宽约0.5mm，深约300mm 的裂缝，检测报告显示，自坍塌事故发生后的5 个多月中，裂缝无扩大发展，混凝土强度满足要求。为此，对该处裂缝采用封闭灌胶处理。

图1 悬臂梁上部增设钢筋分布图

图2 四层悬臂梁L26 下部增设钢筋分布图

3.3.2 钢筋工程加固

该项目钢筋工程加固主要涉及四楼柱裸露钢筋、四楼悬臂梁和悬臂板裸露钢筋。

(1)四楼柱裸露钢筋。该坍塌事故造成四楼楼面裸露钢筋部分呈90°弯折。为节约利用资源，检测单位切除部份弯折钢筋并调直后，检测其抗拉、抗弯性能，结果满足要求。经X 探伤后，钢筋内部完好。因此，该部分钢筋以保留为主。一是做好裸露钢筋的除锈处理;二是直螺纹钢筋损坏部分应予以切除，采用冷挤压套筒连接。

(2)四楼悬臂梁和悬臂板裸露钢筋。经现场勘查，四楼悬臂板裸露钢筋保存较为完好，应适当除锈。四楼悬臂梁上部钢筋受弯严重，应予以切除，并采用冷挤压套筒连接。施工中严格按照《钢筋机械连接通用技术规程》(JGJ107 -2010)的相关规定进行施工。故在施工中，悬臂梁的下部所增设钢筋，尽量靠近原设计位置，原钢筋应予保留，并与新钢筋同步捆扎。

4 结语

钢筋混凝土结构加固技术是土木工程领域的前沿和热点。结构加固技术具有多变性和特殊性，要根据不同项目的实际情况和各种加固措施的应用效果，综合考虑结构加固中整体和局部、临时和长久、构件和结构的关系，确定优选的结构加固方案。本文以工程案例为分析对象，从混凝土柱头加固处理、断裂悬臂梁板修补、混凝土梁裂缝封闭、裸露钢筋处理等方面，对已坍塌的建筑开展加固措施探讨，具有一定的理论和实践意义。

［1］张益多，刘荣桂.混凝土结构加固技术研究及应用综述［J］.江苏大学学报，2009，(6):2 -6.

［2］卫龙武，吕志涛，郭彤.建筑物评估、加固和改造［M］.江苏:江苏科学技术出版社，2010.7 -54.

［3］梁丛中.钢筋混凝土梁粘钢加固的抗震构造及其性能研究［D］.上海:同济大学，2012.21 -25.