淺論建筑結構的加固與修復常用技術的分析

王東興

身份證號碼：450122197801104539 廣西省南寧市 530021

摘要：本文闡釋了常規建筑加固與修復的主要特點、適用范圍和施工重點。結合工程體會，指出了在建筑結構加固與修復中，需要注意的一些問題。探討了國內常用的直接加固和間接加固修復技術。

關鍵詞：建筑結構；檢測；加固；修復

目前，鋼筋混凝土結構在建筑施工中扮演著不可忽視的作用，但其會因為年限的延長和自然災害的出現而造成鋼筋混凝土建筑構件的強度和剛度不足，所以一般而言.建筑物經過數十年的使用就需要進行加固維修。如何保證建筑繼續正常、安全的使用，是建筑行業亟待解決的問題。經過工程技術人員長期的努力，對建筑物原有結構、構件進行改造、加固補強。逐漸形成了一套較為完善的切實可行的工程加固方法，再加上科學技術的飛速發展，各種新型建材的出現也為加固技術和方法的不斷創新、升級提供了有利的條件。

一、結構加固的現狀

目前，發達國家用于建筑加固改造的投資已占國家建筑業總投資的半數。20 世紀末，美國曾經預言：建筑維修加固業將成為21 世紀最熱門的行業之一。

自上世紀70 年代末實行改革開放以后，我國各類房屋建筑以及城市設施快速增加。據相關部門統計，我國現存的各類建筑總面積遠遠大于100 億m2，其中以混凝土及砌體結構占主流。

新中國建立初期，大量工業與民用建筑的服役期幾乎都超過50年，存在安全隱患。由于勘察、設計和施工中的技術和管理問題，一些新修建的工程項目在初期就存在安全隱患。如果不及時采取措施，將導致嚴重的事故。因此，每年國家投入大量資金用于建筑的加固修復，形成巨大的市場空間。

在功能上，一些現有建筑采取舊的結構設計已不能滿足需求，促進了建筑加固修復專業的發展壯大。特別是，隨著我國經濟發展和人民生活水平的不斷提高，舊城改造已成為各大、中城市的共同熱點課題。為建筑加固修復業帶來了史無前例的機會。

二、結構加固的傳統方法及特點

通常情況下，由于災害（如火災、腐蝕、凍害）或施工質量問題或功能改變等因素，會出現須加固結構承載能力不足的現象。多數是從提高結構的有效受力面積出發（如加大載面法）減小截面的應力，或者直接改變結構的受力體系，改變其傳力途徑（如增加支撐法等）從而降低結構構件的受力，最終達到加固的目的。a）混凝土結構加固方法，b）砌體結構加固方法，c）鋼結構加固方法。根據實際條件與要求，選擇合適的結構加固方法。

目前，土建結構常用的幾種傳統加固方法，主要是以下幾種：

1.預應力加固法

指在原結構上增加預應力構件，來承擔原結構上所受的相應負載，從而提高原結構的承載能力的方法。目前使用較多的主要是體外預應力加固法。

預應力法加固效果好，能較大幅度地提高結構整體承載力。但加固后對原結構外觀有一定影響；比較適用于大跨度或重型結構的加固以及處于高應力、高應變狀態下的混凝土構件的加固。但不適合混凝土收縮變大的結構，此外，加固后需要觀測預應力鋼筋的防腐問題。

2.噴射混凝土擴大混凝土截面加固法

建筑物加固也經常使用加大原有結構截面積的方法來提高結構的承載力。其優點是結構的鋼性提高較多且施工成本較低，缺點是增大了原結構的體積和重量，施工比較煩瑣。增大截面的混凝土層通常較薄，采用一般的混凝土施工方法很難做到混凝土自身密實，也很難達到和原由混凝土面結合牢固，因此經常使用噴射混凝土的方法。二十世紀七十年代，我國首先在煤炭系統應用噴射混凝土方法用于地下工程中。隨著技術日臻成熟，該方法在地面建筑物加固、建筑基坑和巖石邊坡護坡等工程中得到廣泛應用，滿足了工程的需要。噴射混凝土具有以下特點：建筑物加固時，常采用在結構（梁、柱、板、墻）表面增加一層鋼筋混凝土擴大原有結構的截面積來提高承載力。由于噴射混凝土粘結性強，有較高的強度，故與原有結構面粘結牢固，達到共同承載的目的。在某些情況下，模板的組裝是困難的，且要大量時間做準備。而采用混凝土噴射工藝，雖然每立方米噴射混凝土成本較高，但從節省的準備費用和時間上講，該法還是比傳統的立模澆灌混凝土經濟適用。

3.改變受力體系加固法

包括在梁的中間部分增設支點（剛性支點或彈性支點），將多跨簡支梁變為連續梁等方法。改變結構的受力體系能大幅度降低計算彎矩，提高結構和構件的承載力，達到加強原結構的目的。

此法簡單，且效果可靠。但加固量較大，易損害建筑物的原貌和使用功能，通常還會減小建筑的使用空間。由于所增加的支撐構件一般需要將荷載傳遞到基礎上，適用于整個建筑的加固。

4.粘鋼加固法

通過在構件外側粘貼鋼板，鋼板運用膠粘劑與原構件共同作用，從而增強結構的抗彎和抗剪力，提高結構安全性能。目前，發展最快的一種加固方法是承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎構件的加固。

特點是施工便捷，僅卸荷和按要求除銹后即可施工。現場濕作業量少，加固后全天即可使用，且加固后對原結構自重、外觀尺寸和原有凈空無明顯影響，可明顯提高構件的剛度和承載力，且價格低廉；但加固質量很大程度上取決于膠粘劑質量和施工的水平，特別是粘鋼后一旦發現空鼓，進行補救比較困難。

5.外包鋼加固法

以角鋼外包于原構件四角，角鋼間用扁鋼焊接形成整體鋼構套的加固方法，提高構件的承載力和延性。

一般是在要求不顯著增大構件截面，同時又可以大幅度提高結構承載能力的情況下采用，特別是結構柱周圍裹鋼，結構受力比較可靠，同時現場的工作量也較小，結構截面增加也不大。主要缺點是較大的鋼材用量，加大工程成本；在節點處理上有難度。

6.修補加固方法

濕式外包鋼加固法：濕式外包鋼加固，鑿除混凝土構件結合面的酥松層、碳化層、銹裂層及嚴重污染層等，打磨修理平整，四角磨出小圓角，并用鋼絲刷刷毛吹凈。角鋼（鋼扳）及扁鋼箍除銹和粗糙處理，后用丙酮清洗。

采用環氧樹脂化學灌漿粘結時，先將型鋼和連接綴板焊接，在預留的灌漿孔中壓入環氧樹脂，雖然該方法加固效果較理想，但材料費用相對較高，且不適合在環境溫度較高時采用。其改進方法是用無骨料灌漿料替代環氧樹脂進行灌漿，由于無骨料灌漿料的粘結效果和強度與環氧樹脂基本相同，而材料的收縮率及耐高溫性能卻優于環氧樹脂，不但加固、效果相當理想，且施工成本也大為降低。

7.對于混凝土結構，在選擇加固方法的同時還需選擇相應的配套技術。其中施工技術一般有：

（1）托換技術。該技術系托梁（或析架，以下同）拆柱（或墻，以下同）、托梁接柱和托梁換柱等技術的概稱。托換技術屬于一種綜合性技術，由相關結構加固、上部結構頂升與復位以及廢棄構件拆除等技術組成，適用于已有建筑物的加固改造。與傳統做法相比，具有施工時間短？費用低、對生活和生產影響小等優點。但對技術要求比較高，需要由熟練工人來完成，才能確保安全。

（2）植筋技術。該技術系一項對混凝土結構較簡捷、有效的連接與錨固技術，可植入普通鋼筋，也可植人螺栓式錨筋，已廣泛應用于已有建筑物的加固改造工程。

（3）裂縫修補技術。該技術根據混凝土裂縫的起因、性狀和大小，采用不同封護方法進行修補，使結構因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復；主要適用于已有建筑物中各類裂縫的處理，但對受力性裂縫，除修補外，尚應采用相應的加固措施。（4）碳化混凝土修復技術。該技術系指通過恢復混凝土的堿性（鈍化作用）或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術，目前這一技術還不夠成熟。（5）混凝土表面處理技術。該技術是指采用化學方法、機械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣以及其它附著物的專門技術。

三、結構加固的新方法及發展

由于自身的局限性，并不能滿足具體某種程度的耐久性和美觀需求，或受施工條件的限制而無法實施。全新的加固技術，如粘貼纖維復合材料加固法、鋼絲網水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術從一開始引進和在國內普遍應用，以其優異的性能、特點和加固效果取得工程界的廣泛認可。以下重點說明粘貼纖維復合材料加固法：

八十年代末到九十年代初，在發達國家興起的纖維材料（FRP）加固修補土建結構技術，因優點多，效果顯著，已成為廣泛使用的一項技術，并徹底產業化。

根據纖維材料的差異，分為玻璃纖維材料、碳纖維材料和阿拉米德材料。其中，又以碳纖維材料CFRP最具代表性，其性能特點主要有以下幾個方面：

（1）性能優良的物理力學：其抗拉強度為普通鋼材的10 倍以上，彈性模量相當于普通鋼材的1.1～2.4 倍；而且纖維片材重量輕，比重僅為鋼材的1/ 4；厚度小，一般片材增強層厚度在0.1mm～0.2mm 之間，因此基本上不增加結構截面尺寸和自重。

（2）現場施工方便：沒有濕作業和明火施工，占用場地小，也無需大型施工機具，因此施工方便、工效高、施工質量容易得到保障。

（3）使用范圍廣：可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結構的加固補強。特別是在曲面殼體和復雜節點的加固中，具有其它加固方式無法比擬的優勢，與混凝土的有效接觸面積可達100 %。

（4）良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點。

該材料技術始于上世紀80 年代中期的土建結構加固。1991年歐洲首先用CFRP完成了國際第一座橋梁加固后，該項技術在世界上迅速推廣，特別是在上世紀90 年代中期日本阪神大地震后的重建過程中，該項技術得到大量的應用。

四、粘貼纖維增強復合材料加固方法

纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer或Fiber Reinforced Plastics，簡稱為FRP）是一種高強度的纖維復合材料，FRP材料種類主要包括碳纖維增強復合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡稱為CFRP）、玻璃纖維增強復合材料（Glass Fiber Reinforced Polymer，簡稱為GFRP）和芳綸纖維增強復合材料（Aramid Fiber Reinforced Polymer，簡稱為AFRP），三種纖維增強復合材料中，應用最廣泛的是碳纖維增強復合材料，而碳纖維增強復合材料主要為碳纖維布和碳纖維板。

1.表面粘貼纖維片材加固法

表面粘貼纖維片材加固是指用纖維片材（包括纖維布和較寬的纖維板）和配套的結構膠將纖維片材粘貼于混凝土結構構件表面的加固方法。表面粘貼纖維片材加固加固法具有施工速度快，施工干擾小，附加荷載小，不改變形狀，高強高效，綜合造價低等優點，但也有其局限性，如抗火能力差，惡劣環境因素容易降低界面粘結性能，不易與相鄰構件錨固，遭受意外荷載易損傷等缺點。

2.纖維板（筋）嵌入式加固法

纖維板嵌入式加固法是近幾年才提出的一種新形式的加固方法，是指將纖維板（筋）放入到結構需加固表面預先開好的槽中，并向槽中注入粘結劑使之成為整體，以此來提高結構性能的方法。該工法通常的作法是：在混凝土表面剔槽，在槽內先注入約1/2的粘結劑，將纖維板放入槽中并輕壓，使纖維板被粘結劑充分包裹，再在槽內注滿粘結材料并將其表面修復平整。與表面外貼法相比，纖維板嵌入式加固法具有施工操作簡便、材料用量少、強度高、耐腐蝕、易與相鄰構件錨固，遭受意外荷載不易損傷等特點。

五、結語

目前，重大的任務是土建結構的加固改造。伴隨建筑業的迅猛發展，其加固、維修、改造的應用領域和范圍也逾廣，各類全新的加固技術將取得長遠發展。建筑結構的加固是建筑工程質量安全保障體系的重要組成部分。嚴格遵循規范要求是建筑工程加固的前提。

參考文獻：

[1]申俊紅.郭曉輝.高層建筑物沉降變形監測實踐[J].中州大學學報.2006（12）

[2]陳紹元.工業建筑加固改造方案多目標決策初探[J].武漢工程職業技術學院學報.2006（09）.

[3]田明革.火災后鋼筋混凝土結構破損評估研究與應用[D].2002（01）

[4]任慶新.周博.王慶利.鋼板加固矩形HSRC軸壓長柱數值研究[A]；“發展綠色技術，建設節約結構”——第十四屆全國混凝土及預應力混凝土學術會議論文集[C].2007（10）