徐慶和
(河南省鄭州新區(qū)建設(shè)投資有限公司,鄭州450046)
目前,混凝土結(jié)構(gòu)仍然是應(yīng)用最為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式。但許多現(xiàn)有建筑的結(jié)構(gòu)與功能已不能滿足人們的需求,面臨著修復(fù)、改造與加固。一部分建筑或是因為建筑質(zhì)量不佳,或是需要進(jìn)行加層改造,或是改變了原有建筑的用途,均需進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。此外,由于現(xiàn)有抗震規(guī)范的更新,使部分混凝土結(jié)構(gòu)也需進(jìn)行抗震加固[1~3]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,建筑領(lǐng)域出現(xiàn)了很多更加先進(jìn),更加環(huán)保的建設(shè)方法,本文對其種類、特點(diǎn)研究使用范圍進(jìn)行分析。
2.1.1 減少破壞原則
減少破壞原則即在混凝土結(jié)構(gòu)加固過程中,應(yīng)采取積極的措施,避免由于加固施工對原有建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的破壞。在保證加固效果的前提下,盡量提高原有混凝土結(jié)構(gòu)的完整性。
2.1.2 盡量分擔(dān)荷載原則
盡量分擔(dān)荷載原則即在混凝土結(jié)構(gòu)加固過程中,應(yīng)充分考慮原有結(jié)構(gòu)的受力特性,利用原有建筑中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,最大限度地保留原有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能。這樣不僅會減少加固工作量,降低成本,同時也保證了加固效果。
2.1.3 全面校核原則
全面校核原則即在混凝土結(jié)構(gòu)加固過程中,需先對原混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性進(jìn)行全面的計算分析,并對加固后的建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行校核,保證加固后的建筑結(jié)構(gòu)的安全性,使其滿足實際使用要求。
混凝土結(jié)構(gòu)加固基本要求包括:(1)充分掌握結(jié)構(gòu)的受力特性。進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)加固之前,應(yīng)對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測,通過計算充分掌握原結(jié)構(gòu)的受力特性,再根據(jù)檢測結(jié)果,結(jié)合實際需要,進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計,可最大限度地避免加固過程中出現(xiàn)失誤。(2)混凝土結(jié)構(gòu)加固材料的要求。由于混凝土結(jié)構(gòu)加固處理對加固材料要求較高,應(yīng)在充分研究加固材料特性的基礎(chǔ)上,根據(jù)采用的加固方式對擬用混凝土結(jié)構(gòu)加固材料進(jìn)行優(yōu)選。(3)混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求。進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)加固時,不但要時刻關(guān)注相關(guān)構(gòu)件承載力和安全性,還要充分考慮混凝土結(jié)構(gòu)加固處理部分與原有結(jié)構(gòu)結(jié)合的合理性及整體的協(xié)調(diào)性。所采用的加固方法應(yīng)符合相關(guān)的力學(xué)原理,也應(yīng)符合規(guī)范對有關(guān)構(gòu)造措施的要求。
混凝土結(jié)構(gòu)加固的基本流程包括:(1)對既有混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測,依據(jù)國家規(guī)范對既有混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、抗震性能等進(jìn)行現(xiàn)場檢測,根據(jù)檢測的參數(shù)和分析計算結(jié)果對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行評級;(2)依據(jù)檢測報告,結(jié)合工程現(xiàn)場實際、承載力需求以及抗震等級要求等,初步擬定加固技術(shù)和方法;(3)對初步擬定的加固技術(shù)和方法進(jìn)行詳細(xì)的計算分析,并對加固方法進(jìn)行優(yōu)選,確定最終加固方法及施工方式;(4)現(xiàn)場施工。依據(jù)前期選定的加固方法和施工方式進(jìn)行。同時對加固所用原材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的審查,并加強(qiáng)施工過程的管理與監(jiān)督,施工完成后及時進(jìn)行驗收,使設(shè)計方案得到準(zhǔn)確的實施,做到加固后確實滿足實際需求。
直接加固法是對混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固處理,主要有增大截面加固法、置換混凝土加固法、粘貼碳纖維復(fù)合材加固法、預(yù)應(yīng)力碳纖維復(fù)合板加固法、粘貼鋼板加固法、外包型鋼加固法、預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿層加固法等。
增大截面加固法:通過增大原構(gòu)件的截面及配筋,進(jìn)而提高構(gòu)件的承載力,又稱外包混凝土加固法。該方法應(yīng)用廣泛,技術(shù)成熟,造價較低,但現(xiàn)場施工量大,工期較長,會改變建筑外觀及實際使用空間。
置換混凝土加固法:將存在缺陷的混凝土置換為質(zhì)量合格優(yōu)質(zhì)的混凝土,以達(dá)到加固的目的。優(yōu)點(diǎn)是采用該方法不會改變原建筑的使用空間,但應(yīng)對原結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗算,并在進(jìn)行卸荷施工前采取有效的支頂措施,同時應(yīng)對施工過程進(jìn)行觀測控制。此外,對新舊混凝土的結(jié)合面也應(yīng)采取有效措施,使其黏結(jié)性得到保障。
粘貼碳纖維復(fù)合材加固法:碳纖維復(fù)合材具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、易裁剪等特性,使粘貼碳纖維復(fù)合材加固法在實際工程中應(yīng)用廣泛。優(yōu)點(diǎn)是幾乎不增加構(gòu)件尺寸,不影響原建筑的使用空間,且施工速度快,對建筑的正常使用影響小。預(yù)應(yīng)力碳纖維復(fù)合板加固法適用于截面偏小或配筋不足的鋼筋混凝土受彎、受拉和大偏心受壓構(gòu)件的加固。采用該方法加固的構(gòu)件質(zhì)量需基本完好。但是該方法對原構(gòu)件的質(zhì)量要求較高,當(dāng)構(gòu)件損傷嚴(yán)重時,不可采用此方法。
粘貼鋼板加固法:通過結(jié)構(gòu)膠將薄鋼板粘貼于構(gòu)件受力面,與構(gòu)件共同受力,提高構(gòu)件的抗彎、抗拉承載力。該方法的優(yōu)點(diǎn)是施工快,幾乎不影響構(gòu)件截面尺寸,不影響建筑使用空間。缺點(diǎn)是對結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量及現(xiàn)場粘貼施工工藝要求較高,對施工環(huán)境要求較高,不適于高溫高濕的環(huán)境。外包型鋼加固法,通常采用型鋼或鋼板包在原混凝土構(gòu)件兩側(cè)、四角或表面等位置,并在原構(gòu)件與型鋼或鋼板的間隙灌注高強(qiáng)砂漿或環(huán)氧樹脂漿料,從而提高原構(gòu)件的整體承載力或抗震性能。該方法現(xiàn)場施工速度較快,對構(gòu)件截面尺寸影響小,同時可顯著增強(qiáng)構(gòu)件承載力或抗震性能。
預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿層加固法:適用于鋼筋混凝土梁、柱、墻等構(gòu)件的加固,且大多用于受彎構(gòu)件的加固,該方法在實際工程中應(yīng)用較少。
間接加固法是對混凝土結(jié)構(gòu)總體布局進(jìn)行加固,可分為體外預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法等。體外預(yù)應(yīng)力加固法,通過鋼拉桿、型鋼撐桿等對原結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力,優(yōu)化原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布及應(yīng)力水平,可使體外預(yù)應(yīng)力部分與原結(jié)構(gòu)共同受力,進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的整體承載力。該方法在大跨度結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用較多,可顯著提高承載力,但施工方法較復(fù)雜。增設(shè)支點(diǎn)加固法,通過增加支撐點(diǎn)的數(shù)量,降低結(jié)構(gòu)的跨度,提高結(jié)構(gòu)整體承載力。該方法適用于梁、板、桁架等結(jié)構(gòu)的加固。但由于增設(shè)了支點(diǎn),也影響了原建筑內(nèi)部的使用空間。
混凝土結(jié)構(gòu)加固相關(guān)的技術(shù)有植筋技術(shù)、錨栓技術(shù)、裂縫修補(bǔ)技術(shù)等。植筋技術(shù)是通過結(jié)構(gòu)膠在混凝土結(jié)構(gòu)中植入帶肋鋼筋、全螺紋螺桿的技術(shù)。錨栓技術(shù)通常用于外包鋼、纖維復(fù)合材料等加固材料與混凝土構(gòu)件的附加錨固。裂縫修補(bǔ)技術(shù),通常采用改性環(huán)氧樹脂類等修補(bǔ)膠液,通過表面封閉法、壓力注漿法等對原構(gòu)件的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。在混凝土結(jié)構(gòu)加固中,應(yīng)根據(jù)不同的加固方法,采取相應(yīng)的加固技術(shù)給予輔助,提高加固效果。
本文分析了混凝土結(jié)構(gòu)加固基本原則及基本要求,總結(jié)了混凝土結(jié)構(gòu)加固的基本流程,并從直接加固法、間接加固法及加固相關(guān)技術(shù)3方面,梳理了混凝土結(jié)構(gòu)加固工程中不同加固方法的特點(diǎn)及其適用范圍,為類似混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計方案的優(yōu)選提供參考。