某钢筋混凝土结构加固改造方法与工程应用研究 窦本洋，高霏霏，王 威，华 庆 （宣城职业技术学院，安徽宣城２４２０００） ［摘要］经过事故现场的勘查，根据工程中构件的破坏情况采取了不同的加固方法。从建筑物的种类、结构特点、材 料、施工条件以及使用功能等方面进行了综合考虑，制定了合理的施工设计方案，并提出了相应的加固工程的质量保证 措施和验收方案。整个改造工程顺利验收，所采用的加固方法不仅节约了投资，还极大地缩短了工期。 ［关键词］钢筋；混凝土；／ｍ固 ［中图分类号］ＴＵ７４６．３ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７１—５３３０（２０１７）０２—０１４９—０４ １ 工程概况 ＸＸ省ＸＸ市某办公大楼位于ＸＸ市ＸＸ区某 单位的院内。该办公楼用地面积８２３００ｍ ，呈长 方形结构，东西长２５０ｍ，南北长３２０ｍ，建筑面积 为７１３６２ｍ ，建筑总高度７８．６ｍ，地上１６层，地下 一未对悬挑构件承受施工荷载的能力进行复核验 算，且悬挑构件下部未按要求采取相应加固支撑 措施。 经过联合调查小组鉴定，一致认为该楼屋面 层。该办公楼由于建筑功能需要，结构上有大 结构部分梁、柱、裸露钢筋受损严重，必须对受损 部分进行加固处理后方可使用。 通过现场勘察和复核计算，可判定这是一起 典型的因加层而引起的垂直构件承载力不足的事 跨度和大空间的井字楼盖和局部截面高框架梁， 主体结构采用框架结构形式。２０１２年２月在局 部部位混凝土结构浇筑施工时，由于脚手架支撑 体系失稳导致屋面部位坍塌破坏，所幸并未造成 人员伤亡。 例，对于这种情况传统的加固方法有增大截面法、 外包钢加固法、以及预应力撑杆加固法。经过计 算分析可见，加层后，主要是柱轴向力变化较大， 相对而言弯矩的变化较小，故柱子基本上可按轴 心受压构件进行回固。而预应力撑杆加固法加固 ２事故分析与评估 事故发生后，ＸＸ区房屋安全鉴定办公室组 织相关部门与专家成立了联合调查小组，从规划 和施工许可等各个环节进行审查，对事故进行了 分析与评估，结果显示，从事故现场的情况来看， 过程是干作业，施工速度快，不使用有机粘结剂， 加固后截面尺寸基本无变化，不影响建筑的使用 功能，加固效率高，同时预应力撑杆加固法加固后 导致屋面部位整体坍塌的直接原因是由于施工单 位在进行模板支撑施工时未能严格按照规范…， 而导致模板支撑体系的失稳。首先，支撑排架立 杆、横杆间距和步间距不能满足设计和方案的要 求，未按要求设置纵横向扫地杆，未设置剪刀撑； 此外，局部支撑杆件落在未到龄期的悬挑构件上， ［收稿日期］２０１６—１１—１６ 使用年限长，与原建筑使用寿命相匹配，能达到安 全性、经济性和可操作性较完美的结合，是本加固 工程的首选加固方法。 首先，对整体加固工程进行整体设计，选取其 中受力较大的底层中柱，Ｈ＝６ｍ，截面尺寸为 ８００ｒａｍ×８００ｍｍ（ｂ×ｈ），Ｃ４０混凝土，原设计轴向 ［基金项目】２０１４年安徽省级质量工程项目（项目编号：２０１４ｊｘｔｄ０７１） ［作者简介］窦本洋（１９７８一），男，安徽宣城人，讲师，主要从事教育管理、建筑力学与结构、建筑施工技术等研究。 ｌ５０ 安阳师范学院学报 ２０１７年 荷载设计值为３９５０ＫＮ；加层后轴向荷载设计值为 ４５００ＫＮ。设计中采取４根角钢形式加工混凝土 柱，单根截面积为８１３ｍｍ ；确定预加压应力值；根 据相应规范要求选取横向弯折量为１２５ｍｍ。 ３加固改造施工方案 经过具有相应资质的检测单位对受损钢筋混 凝土结构、钢筋等部分的检测，根据鉴定结果制订 出了合理的加固设计方案 Ｊ，主要对混凝土结构 与钢筋结构的主要受损部位进行了合理的修复与 加固改造。 ３．１混凝土结构 对深度不超过混凝土构件钢筋保护层厚度的 缺陷，如蜂窝、夹渣等，凿除清理干净后，用水泥砂 浆封闭即可；对于存在严重缺陷的构件，如深度超 过混凝土构件钢筋保护层厚度的孔洞、裂缝等，采 取加固或者修复的手段，其中主要缺陷及修复方 法如下： 缺陷一：经过现场勘测与检验，由于倒塌部位 周边未振捣的松散混凝土散落在柱头周边，并凝 结在一块，影响了柱头混凝土的性能；同时由于某 些柱头的局部混凝土保护层部位混凝土受拉，从 而导致局部部位的脱落及细微裂纹的产生。 修复方法：对于散落的混凝土，应该凿除直至 到基础层面的混凝土后，打扫后用清水冲洗；对于 局部混凝土出现脱落及细微裂纹产生的，应将脱 落部位及开裂处的混凝土清除，这样就可以满足 钢筋与混凝土之间的握裹力要求。当脱落的混凝 土清除干净后，与上部柱子的混凝土同时进行浇 捣施工。为了保证浇捣质量，混凝土在振捣过程 中应振动均匀，每次振动以２０～３０ｓ，表面不出现 气泡、泛出灰浆为宜。同时，要避免与钢筋、管道 预埋件等发生碰撞。此外，振捣操作要快插慢拔， 防止混凝土浇捣不实。 缺陷二：悬臂部分与主体结构交接部位发生 断裂，该梁的主要问题在于上部钢筋下沉，梁的 有效高度减小，从而降低了承载能力，需要对原有 的已破坏的混凝土结构进行清除，然后重新加固。 修复方法：将新老混凝土结合面处的老混凝 土面凿毛，并凿出长宽深度为１０ｃｍ １０ｃｍ ５ｃｍ 的凹槽，使用微膨胀细石混凝土（膨胀系数选择 在０．０８％一０．１％之间），并在梁底刷ＴＨ８０６４ 粘结剂，以增大新老混凝土之间的咬合力，清洗后 在结合部涂刷界面剂。在悬臂梁的下部增加受压 钢筋及后浇混凝土支撑形成新的受压区，从而增 加梁的有效高度。后加钢筋两端分别与构造柱的 主筋及悬臂梁端底部架立筋（或上部弯下的钢 筋）焊接；对已拆除的悬臂梁的上排钢筋、下排钢 筋下部各植入６根螺纹钢筋，同时，加配ｕ型箍， 与原梁内箍筋相同，并在距梁根部１／３梁长及 不小于４００ ｍｍ范围内适当加密。 缺陷三：倒塌时的撞击使得局部部位产生了 裂缝，经过检测，此处未受到明显的破坏，结构较 为稳定，梁的承载能力基本能够满足设计强度和 使用要求，因此决定采用注入法对裂缝进行处理。 修复方法：将裂缝两侧２０—３０ｒａｍ处的混凝 土表面灰层、浮渣等污染物清理干净，露出混凝土 本体。用油工刀刮抹环氧胶泥在灌浆嘴的底盘 上，然后将进浆孔对准裂缝指定位置。在裂缝两 侧涂上环氧底漆后，用油工刀将封闭裂缝用的环 氧胶泥刮抹到裂缝处，胶泥厚度在１ｍｍ左右，封 缝宽度为２０—３０ｍｍ。刮抹时尽可能地避免小孔 的产生并使得表面平整。然后进行灌浆处理，首 先在灌浆嘴口上套好长约８ｅｍ的乳胶管，作为灌 浆时进浆和封闭之用，同时进行通气检查裂缝封 闭情况和灌浆嘴与裂缝的连通情况。结束灌浆 时，在设计灌浆压力下封闭所有的浆嘴，以保持裂 缝内浆液的压力，使固结体密实，与缝壁粘结牢 固。 ３．２钢筋的加固改造 根据联合调查小组的检测结果，对结构受损 程度和部位进行了评估，由于部分结构破损倒塌， 以致部分梁柱结构发生混凝土散落、钢筋外露等 现象，其中，部分严重部位的钢筋混凝土结构发生 弯曲变形而受到严重破坏。因此，需针对性地采 用不同的修复加固方案进行处理，以保证结构的 安全使用。 （１）对于结构受损较轻的露筋现象，先将其 表面的渣子碎石清理干净，再利用锈转换剂材料 先做防锈处理形成保护膜，将钢筋与外部之空气 及水份隔绝，不让其继续锈蚀，再以轻质树脂砂浆 修复。 （２）对于中度损伤的构件，即钢筋与混凝土 之间的粘结力发生轻微损伤，混凝土表面有裂缝 的情况，这类构件应将松散的混凝土除掉，然后清 洗干净，再用高于梁本身一级的混凝土进行修补， 同时保证钢筋不受锈蚀。梁露筋进行常规补强加 固就行了，一般不会对结构造成影响。 （３）对于受压构件中受压钢筋有３０％以上鼓 第２期 赛本洋，离 忙靠，７－威，等：桀钢筋混凝上结构加固改造方法与工程应ｊ１Ｊ研究 １５ ｌ 出的构件，钢筋与混凝土之间的粘结力已经发生 局部破坏，这类构件的承载力在不同程度』二都有 确定。当采用ＨＲＢ３３５级钢筋种植时，原构件的 混凝土强度等级不得低于Ｃ１５；当采用ＨＲＢ４００ 级钢筋种植时，原构件的混凝土 得低于Ｃ２０ 所降低，应根据剩余承载力的计算结果，按照等强 原则进行加固。根据结构部位的不同，分别采用 安装模块进行施工和喷射混凝土的方法进行施 工、对于螺纹接头损坏的钢筋应首先将薄弱部分 切除，＿ｊ｝用其他钢筋重叠后用金属丝绑定或焊接 若需采用ＨＰＢ２３５级钢筋种植时，钢筋的直径不 得大于１２ｍｍ，原构件的混凝土强度等级不的低 于Ｃ２０。植筋后进行非破损性拉拔试验，用来检 测 【作状态下的植筋质量，检测的数量是植筋总 在原有钢筋条的方式替换掉。如果需要附加额外 数的１０％。检测中，测力计施加的力要小于钢筋 的铬Ｊ筋，则钢筋的保护层、锚圃和搭接都应该符合 规范要求。 在植筋过程中，要避免影响植筋质量缺陷各 因素的发生，从工、料、机、工艺和环境等方面综合 考虑。植筋加同过程为在钢筋混凝土结构卜钻出 孔洞，然后进行清洗４ＬＮ处理，注入胶枯剂，再植 入所预备的钢筋待其固化． 值得注意的是在钻孔 过程中，孔洞问距 ＿ｊ孔洞深度应满足设汁的要求； 清孔时，要先清除孑Ｌ洞内的粉 等杂物，然后Ｊｌ｝Ｊ刷 子多次清刷，在这个过程中，切记小能，｝＿｝ＩＩ水冲洗， 以免水分会削弱粘结剂的效果；在确保术把 气 封入孔内的前提下，把适量的粘结剂植入孔内，然 后缓慢地按川 时针把钢筋插入孔底．这个过程中 要求钢筋旋转，使结构胶粘剂从孑Ｌ中溢出，排出空 气，钢筋外露部分长度要保证工程需要 对裂缝 处的植筋效果如图１所示。 图１ 裂缝处的植筋 植筋前，要对所用的钢筋及植筋进行现场拉 拔试验．确定钢筋是否符合设计要求，钢筋锚旧部 分要清除表面锈迹及污物；植筋后一般不允许在 所植的钢筋上焊接，在特殊情况需要焊接时，焊 距离基材混凝土表面应大于ｌ５倍的钢筋商径，同 时做好保护措施。 采用植筋技术对混凝土结构进行加固改造 时，原构件的混凝土强度等级成按现场检测结果 的屈服强度、大于由没计部门提供的植筋没计‘锚 ｈｌｌ＝Ｉ力值。公式为：ＦＭ＜ＦＣ＜ＦＹＫ（ＦＣ：测力计 施 加的力，Ｎ／ｒａｍ ；ＦＹＫ：钢筋的屈服强度，Ｎ／Ｉ＇ｌｌｌ＇ｌｌ ； ＦＭ：植筋设计锚固力，Ｎ／ｒａｍ：）检测实验合格后就 可进行下道工序。若被植钢筋的混凝土结构 、边距有很大限制或较小时，或其构造上难以增 大锚同深度而又要求所植钢筋不致发生脆性粘结 破坏或混凝土劈裂破坏时，应考虑结构混凝上保 护层及箍筋的约束进行计算来选ｆｆＪ合适的粘结 剂。当使用纯无机粘结剂（近似水泥）植筋时，其 植筋构造及基本锚固长度应按《混凝土结构设计 规范》有关规定确定。 ４加固工程质量控制与验收 １．质量控制。结构加固设计单位应严格按照 审查批准的施工图，与施工单位相关人员进行技 术交流，达成一致意见后，施工单位根据编制施 ｌ： 组织设计。和施工技术方案，经过审查批准后组织 实施加固丁程 按照ＧＢ５０５５０—２０１０建筑结构加固工程施 工质量验收规范～，所有的加固材料，包括钢筋、 混凝土、粘结剂等产品均应有专人进行现场验收。 凡涉及安全、卫生、环境保护的材料和产品应按规 范规定的抽样数量进行抽样复验，送样应经监理 工程师签封，复验不合格的材料和产品不得使用， 施工单位或生产厂家自行抽样、送检的委托检验 报告按无效处理。 在加固Ｔ程施工前，应对原有的钢筋混凝 结构构件进行清理、修整和支护，结构加固工程的 每道工序均应按ＧＢ５０５５０—２０１０建筑结构加固 一ｒ：程施工质量验收规范及建设单位的施工技术标 准进行质量控制，每道工序完成后应有专人进行 检奄验收，如有必要，可按隐蔽丁程的要求进行检 查验收。所有工序都必须满足合格后方允许进行 下一道工序的施工。此外，相关各专业工种交接 时，应进行交接检验，并由监理单位的监理工程师 检查认可后执行 １５２ 安阳师范学院学报 ２．工程验收。施工单位中标后，筹备组织相 关人力、设备、劳务等资源，历时６个月，按合同规 定定期完成了加固工程任务。项目主管部门向负 责验收的单位提出验收申请报告后，组织相关单 位与专家对工程进行验收，分如下几个步骤进行： 了文明施工，环保施工。同时粘钢补强技术对原 有混凝土梁、板、柱等构件无任何损伤，几乎不增 大构件之截面尺寸，不占空间，对使用功能无任何 影响且易于维护。本工程修复加固时，新增工程 产值２０６０万元，利税４８４万元，比采用普通加固 方法节约成本２５％，加固工期约缩短４０％，工程 工期加快约ｌ４天。 施工单位首先介绍加固工程施工情况；监理单位 介绍各单项目的监理情况；设计单位介绍设计方 案及落实情况，结合现场准备资料、实地考察工程 质量等形成的综合评价报告。 在钢筋与混凝土工程施工前，监理单位组织 建设、设计、施工等单位对柱、梁等部位的钢筋工 程与混凝土工程的质量实施专项检测验收；加固 工程完成后，建设单位组织设计、施工、设备供应 该工程于２０１４年１２月完成全部加固工作， 至今已有３年多，使用情况正常。实践表明，该加 固方法在工程上应用大大减轻了结构的自重，给 加固工作带来了极大的方便，同时该加固技术既 能防止有害介质继续腐蚀破坏混凝土构件，又达 到了对构件加固补强的目的，提高了结构的安全 度，具有很大的实用价值，是一种对混凝土构件进 行补强加固的有效方法。 ［参考文献］ ［１］中华人民共和国国家标准．混凝土结构设计规范 单位及工程质量监督部门，对该项目是否符合规 划设计要求以及建筑施工和设备安装质量进行全 面检验，主要项目为施工技术管理资料和工程质 量保证资料以及工程质量验收资料。施工技术管 理资料应包括设计院来函、验收单、混凝土浇捣 令、混凝土强度验收记录、混凝土钢筋保护层厚度 验收记录等；工程质量保证资料应包括钢筋、混凝 土等原材料的质量证明文件和验收文件；工程质 量验收资料应包括混凝土的强度和外观，植筋抗 拔试验报告等验收资料。 （ＧＢ５００１０—２００２）［Ｒ］．北京：中国建筑工业出版 社． ［２］沈蒲生．混凝士结构设计原理［Ｍ］．北京：高等教育出 版社，２００２． ［３］中华人民共和国国家标准．建筑结构加固工程施工 质量验收规范（ＧＢ５０５５０—２０１０）［Ｒ］．北京：中国建 筑工业出版社． ２０１４年１２月，该加固工程顺利结束并通过 了建设单位组织的验收，形成了验收意见。目前 已正式投入使用，至今使用情况良好。 ［４］彭景，孙芳宁，庞新宾．往复荷载作用下区域约束混 凝土柱的抗震性能试验［Ｊ］．混凝土与水泥制品， ２０１３（１）：５７—６Ｏ． ３．采用该加固方案方便快捷，技术先进，性能 良好，施工工艺简便，操作易于掌握，与常规施工 方法相比大大减少了现场工作量，材料损耗亦大 大降低，施工工种少，交叉作业少，减少了声光污 染，对周边的环境影响降到了最低限度，真正做到 ［５］Ｓ．Ｒａｚｖｉ，Ｍ．Ｓａａｔｃｉｏｇｌｕ．Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｍｏｄｅｌ Ｆｏｒ Ｈｉｇｈ —Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｊ．ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔ．ａｎｄ Ｅｎｇｎｇ， １９９９，１２５（３）：２８１—２８９． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ０ｆ ａ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｄ０Ｕ Ｂｅｎｙａｎｇ，ＧＡＯ Ｆｅｉｆｅｉ，ＷＡＮＧ Ｗｅｉ，ＨＵＡ Ｑｉｎｇ （Ｘｕａｎｃｈｅｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｕａｎｃｈｅｎｇ ２４２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｓｐｏｔ，ｗｅ ａｄｏｐｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆａｉｌ— ｕｒｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｔｙｐｅｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｃｌ，ｗｅ ｄｅｖｅｌｏｐ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｓｓｕｒａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｐｌａｎ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ａｐｐｒｏｖｅｄ ｓｍｏｏｔｈｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｖｅｓ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｇｒｅａｔｌｙ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｂａｒｓ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｒｅｉｎｆｃＩｒｃｅｍｅｎｔ ［责任编辑：江雪］