混凝土結構加固技術在建筑改造工程中的應用研究

摘 要：受自然災害的影響以及工程質量瑕疵等因素影響，使得已經建成或使用中的建筑物存在承載力不足、安全隱患等問題，亟需進行加固。基于此，以某建筑廠房改造項目為例，設計混凝土結構加固方案，并對施工關鍵技術進行闡述，旨在為促進結構加固技術領域的持續進步做出一些思考和建議。

關鍵詞：混凝土結構；加固技術；建筑改造

中圖分類號：TU746.3" " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2024）04-0016-03

0 引言

混凝土結構是在建筑領域中廣泛使用，且安全性較高的結構形式，為了確保它的良好運行和耐久性，在設計和建造時為其提供可靠的基礎和使用環境之外，于其壽命周期內還需要對其進行持續不斷的保養與維護[1]。大量工程實例表明，對既有建筑物進行維修加固是合理可行的，能夠保證建筑物的同時有效地控制土地利用和資金投入，使施工企業獲得更大的收益[2]。為此，本文以某建筑廠房改造項目為例，對在舊樓改建工程中采用的加固方法和施工要點進行了較為詳細的論述。

1 建筑改造工程常用混凝土結構加固技術

1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是提高鋼骨混凝土構筑物承載能力與抗震性能的兩種途徑，適用于受彎、受壓構件[3]。例如擴大梁的底部或側面尺寸，加強筋以增大橫截面積大小，達成強化結構承重能力的目的。

1.2 粘鋼加固法

采用粘鋼加固法將型鋼圍繞于構件上，構成鋼框架，對核心混凝土進行有效的約束，從而保證結構能夠經受住振動和沖擊荷載[4]。

1.3 碳纖維加固法

碳纖維加固法是通過使用樹脂粘合劑把碳纖維粘附到鋼筋混凝土構件表面上，實現加強原有結構的方法，這一方法能夠顯著提高構件承剪能力和承載能力[5]。

1.4 預應力加固法

預應力加固技術是利用施加于結構中的額外張力來增強結構強度的技術[6]。該方法可以調整結構內力量分配并減輕壓力，提高與其他結構的配合度，增強整體結構的承受力度。

這種方法能調整內部壓力及負載大小、增加結構的穩定性等，適合對大型或高強度構件進行強化處理或常規的增強措施無法達標的特殊情況。

除以上加固技術外，常用的混凝土結構加固技術還有增設支承加固技術、錨栓錨固技術以及繞絲加固技術等[7]。各種加固方法的加固特點及適用范圍如表1所示。

2 混凝土架構技術具體應用

2.1 工程概況

某建筑廠房采用鋼筋混凝土排架結構，隨著工廠產能的不斷提高，現有廠房必須對其建筑結構做出調整來容納新的設備和基礎設施。把原來的6 m跨度擴大到12 m，添加承重梁以承受新增加的屋頂荷載并保持原建筑物結構穩定和安全。由于增加了部分結構，同時對原有結構進行了調整，使得兩根立柱和立柱基礎承載的壓力增大，為了安全性，需要對立柱、梁及基礎進行加固。

2.2 檢測與鑒定

回彈法的優勢在于其簡單地實施快速的測試效率和較低的成本。因此它被廣泛地用于在工地中進行混凝土與磚石粘結強度的檢驗[7]。本文利用每個測量區域的混凝土強度數據求出它們的算術平均數和離散程度，然后根據一定的準則，得出該段混凝土的整體強度數值。主要梁柱構件混凝土強度檢測評定結果具體如表2所示。

由表2 可知，該建筑廠房的主梁和立柱使用的混凝土結構的構件，其強度的推定值大約為20 MPa，這與25 MPa的要求相距甚遠。所以該建筑物廠房主要結構的混凝土構件（比如梁和柱子）的抗壓強度的級別小于C25，遠遠低于原先的結構所要求的強度標準。

2.3 加固方案設計

2.3.1 框架梁柱加固設計

由于拔除立柱后的承載能力未達到預期標準，因此為了確保建筑的穩固性，需要對此支撐結構進行加強處理。

2.3.1.1 增大截面法

本項目工程的柱子為矩形RC柱，主梁為T形RC框架梁，在柱的周圍和梁的下面分別設置一層厚度150" mm、強度C25的混凝土，使柱的截面面積增大0.69 m2。增加直徑20 mm的HRB400級鋼筋12根，承載鋼筋增加2 512 mm2，增加間距200 mm。梁體橫斷面面積增大0.3 m2，梁底筋采用直徑25 mm的HRB400級鋼筋3根。梁體受拉筋的面積增大了1 471.9 mm2。具體布置情況如圖1所示。

2.3.1.2 外包鋼加固法

廠房立柱四角用角鋼包裹，補板連接。外包鋼補強技術有濕法和干法兩種。濕式外包鋼法用膠粘劑或環氧樹脂作粘結劑，將型鋼與原始構件粘結。整體連接后，保證了整體性和工作的穩定、可靠性，但增加了濕工作量。干式外包鋼法沒有將型鋼與原有構件粘結，使用方便但承載能力低。采用濕式外包鋼對立柱補強，保證成型立柱強度和剛度，服役期間保持穩定。

本項目擬在立柱周圍增設4塊Q235B級，寬250 mm，厚8 mm的等角鋼，主梁下部采用2塊Q235B級，寬120 mm，厚5 mm的等角鋼安放好后，將注漿料灌注原有立柱和角鋼間隙，外側再加50 mm厚的樹脂砂漿，具體布置見圖2。采用外貼鋼板對其進行補強處理后，結構的承載能力滿足設計要求。

2.3.2 基礎加固

經過改建，廠房跨度增大，地基受力增強，為確保穩定，加固原有地基。設計階段，關注結構界面抗剪校核，確保新老混凝土協同工作。

地基補強施工要點如下：①在對地基進行加固之前，應對新老混凝土的接觸面進行定位，并對其進行鑿毛、除浮渣等工序，使新老混凝土能牢固地粘結在一起。②在植筋時，應采用梅花形排列，并保證其定位精度和穩定性。③在接觸表面涂一層清水泥漿，以確保涂層均勻。④按試驗結果配制的混凝土，應加強水灰比和坍落度的檢測和控制。降低水灰比、流動性和增加強度可改善新老混凝土粘結穩定。配制時按低水灰比、低流動性和高強度等指標，并適當加入微膨脹劑。⑤在結構整體高度上，采用兩次澆筑的方法，根據澆筑條件采用振搗，以增強混凝土的緊實度。采用粘結或小直徑振桿進行振搗，在界面處澆筑兩次混凝土，形成一個小喇叭口，以增強混凝土的粘結穩定性。⑥通過對鋼筋混凝土的振搗、溫度與濕度的控制，保證了混凝土的高效成型。根據養護情況及混凝土成形狀況，應在濕潤條件下進行15 d以上的養護。

3 施工關鍵技術

3.1 施工準備

施工之前，對粘貼區域混凝土進行溫度和濕度檢測。當混凝土周圍的溫度低于5℃，且有較高的濕度時，必須采取相應的預防措施。在混凝土基面符合設計要求之前，不允許施工。在施工之前，必須按照設計圖將補強位置的位置用黑色線條彈出來。在施工過程中，必須保證定位線與設計中線的偏差不得超過10 mm，且需預留足夠的工作空間。

3.2 基層處理

對存在剝落、蜂窩、銹蝕的混凝土構件進行處理，直到露出新的混凝土表面。要將大面積的劣質層鑿去，使用高分子砂漿修補。清除混凝土表面的浮漿、油污、粉刷層等雜物，用角磨機和電動鋼絲刷對表面進行打磨，特別是凸起部位。結構角部的膠接部位需要倒角，并打磨成光滑的弧形曲面。最后用吹風機將混凝土表面清理干凈并保持干燥。采用環箍、U箍、環箍等方法對方形、矩形截面構件進行補強時，需先進行修磨，使梁的圓角半徑不能低于20 mm，圓柱的圓角半徑不能低于25 mm。

3.3 配置結構膠

在建筑結構加固中，鋼板與混凝土的粘結強度對于鋼板的功效至關重要，遵循規范，選用JGN施工用膠粘劑。將所有成分單獨放置于包裝桶內，混合均勻后，根據說明書進行調配，并用轉速100～300轉/min的軸式攪拌器順同一方向攪拌，以防止氣泡的生成。充分攪拌后，膠水中不能有塊狀物質，顏色應較為均勻，15 min后沒有單一成分條，呈粘性。

3.4 涂膠、粘貼及加壓

配制好結構膠粘劑后，用專用抹刀將其均勻地涂到已處理過的鋼筋和混凝土表面上。為了保證結構膠能完全滲透和粘附在粘合面上，涂上少許膠水，并刮擦，保證結構膠能與混凝土充分結合，然后再加一次或刮抹，達到中間厚邊薄的效果。

將鋼板貼在預定的位置，先用螺絲將鋼板暫時固定住，然后緩慢地向兩側旋緊，所有螺栓都就位后再將各個螺栓擰緊，使膠水能從鋼板邊緣的縫隙中擠出來。

貼上鋼板后，用手緩慢地在鋼板表面上敲擊，無空洞聲音說明是粘合緊密的，否就應該把鋼板剝離，再進行粘合和修補。

3.5 表面防護

隨著環境溫度的變化，結構膠粘劑的養護時間也各不相同，JGN結構膠粘劑室溫（20℃）養護24 h后，就可以拆下支座，固化期中不得對鋼板有任何擾動。待膠凝固后，清除鋼板表面，用20 mm厚的M15水泥漿抹平，或在鋼板上涂刷防銹漆，防止鋼筋銹蝕。

4 結束語

由于一些既有建筑物的適應性較差，需要依據舊有建筑物進行改建，而混凝土結構加固技術是比較典型的一種方法。因此，在建筑工程中，采用了各種加固方法，但其適用范圍也有較大差別。在實際施工中，必須根據工程的具體條件，選擇合適的加固方法，制定出最優的施工方案，才能對結構進行有效的加固，從而提高結構的安全性。

參考文獻

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[6] 楊麗霞.建筑結構工程鋼筋混凝土結構加固設計常用方法探討[J].建材與裝飾，2019（35）：97-98.

[7] 周蘭.現有建筑結構抗震鑒定及混凝土結構加固設計研究[J].佛山陶瓷，2023，33（3）：22-24+31.

收稿日期：2023-12-04

作者簡介：宋玉偉（1989—），女，黑龍江牡丹江人，工程師，研究方向：建筑工程。