基础工程中的混凝土结构加固之法

混凝土结构加固是通过一些有效地措施，使受到损害的结构构件恢复原有的结构功能或在已有结构基础上提高其结构构件的抗力能力，以满足新的使用条件下结构功能的要求。

一、混凝土结构加固的主要原因

混凝土结构需要加固的原因有以下几个方面：

1、施工方法的错误、施工管理的不善以及施工单位的偷工减料等原因，使得建筑物存在质量问题；

2、设计基础资料和设计方法不准确，导致设计出来的建筑物存在着安全性问题；

3、设计规范的修订和设计标准的提高，按照原规范标准设计的结构将不能满足设计标准的要求；

4、由于高湿酸碱环境、温差、冻融等影响以及地震、流沙等自然灾害的作用，导致建筑物发生严重损坏；

5、原有建筑物使用功能和要求的改变，需要对其进行改造、加固。

二、混凝土结构加固的主要方法

1、加大截面加固法

加大截面加固法，是采用钢筋混凝土或钢筋网砂浆层，来增大原混凝土结构的截面面积，达到提高结构承载能力的目的。该法施工简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，适用于梁、板、柱、墙和一般构造物混凝土结构的加固；但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。加大截面法的效果与原结构在加固前的应力水平、结合面的处理、施工工艺、材料性能以及加固时是否卸荷等因素直接相关。如某厂现浇框架，在第二层施工时，因吊运大构件带动了框架模板，导致了该层框架柱倾斜。经复核，须对部分柱进行加固。因附加弯矩是单向，采用单面加固法，且在喷射细石混凝土时对倾斜柱进行适当纠偏，收到了良好的效果。

2、外包钢加固法

外包钢加固法，是在混凝土构件(梁、柱)四周包以型钢的加固方法。在我国，外包钢法是一种使用较广的传统加固方法，适用于使用上不允许过大增加截面尺寸，却又要求大幅度地提高承载能力的混凝土结构加固。该方法的优点是用于柱的加固时，施工简便，现场工作量较小，受力可靠，加固效果好；缺点是用钢量较大，加固维修费用较高，用于梁的加固时需在楼板上开较多的孔(焊接箍板用)，在梁的根部外包钢时，传力到柱上的节点处理较复杂。另外，这种加固法还存在不能确保钢与混凝土结合面传递剪力和外包钢需要进行防腐处理等问题。外包钢法分为干式和湿式两种方法。湿式外包钢加固，外包型钢与构件之间采用乳胶水泥或环氧树脂化学灌浆等方法粘结，以使型钢与原构件能整体工作共同受力，该方法不宜在无防护的情况下用于60℃以上高温场所。干式外包钢加固，型钢与原构件之间无有粘结，有时填以水泥砂浆，但不保证结合面剪力的传递，与湿式相比，干式外包钢施工更为方便，但其承载力的提高不如湿式外包钢有效。

3、粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构承载力的一种加固方法。20世纪60年代末，法国、南非等国家首先采用该技术对混凝土结构进行加固补强，随后瑞士、日本、英国等国家相继采用，日本在1975年应用此项技术先后对200多座桥梁进行了加固，以提高结构承受重型交通荷载的能力，取得了较好的效果。实践证明，粘贴钢板加固法能有效提高结构的抗弯、抗剪及抗裂性能。由于该加固技术不改变结构外形等特点，在许多情况下替代了增大截面加固技术，成为20世纪80年代的一种先进加固方法，为设计人员所普遍采用。

粘贴钢板加固具有施工快速、现场无湿作业，对生产和生活影响小的优点，且加固后对原结构外观和净空无显著影响，适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固；缺点是加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平，这是由于钢板刚度较大，施工时的误差等原因使得结构使用中容易在粘结面上发生剥离脱空，特别是钢板端部更易发生剥离破坏。另外，研究发现粘贴钢板结构在承受长期动载下的抗疲劳性能不甚理想，对高强度混凝土试件进行粘贴钢板加固时疲劳强度好一些，在疲劳荷载的作用下，粘贴钢板加固梁的端部锚固问题复杂，有待于进一步研究。

4、锚栓—钢板加固法

锚栓一钢板加固法是在既有构造物上打设铆钉、锚栓、高强螺栓、高强承压螺栓、膨胀螺栓等机械方法，将钢板贴在被加固的构件的表面，使结构物与钢板成为一个可共同受力的整体。锚贴的钢板不易脱落，可以充分发挥钢板的延性性能，而且锚贴的速度快，可直接受力，特别适用于混凝土强度等级为C20～C60的混凝土承重结构的改造加固。但该法不适用于已严重风化的结构及轻质结构，在原构件的钢筋密集区实现锚贴比较困难。

钢板与混凝土用锚栓连接结构，可视为钢一混凝土组合结构，不同的是加固结构物中的钢筋可能已经超过了容许应力，接合材料不是通常的剪力钉而是后置的锚栓。研究表明：

1）锚栓一钢板加固法可有效地提高混凝土结构的抗弯承载能力；

2）加固效果取决于锚栓的根数(总抗剪应力)，但加固效果的上限取决于钢板强度；

3）锚栓根数增加时弯曲承载能力增大，破坏型态由弯曲压坏向剪切破坏过渡；

4）锚栓的设置间距、早期应力的影响、螺母施拧扭矩、螺母是否与钢板焊接对极限承载力影响小：

5）试件的承载力符合平截面假定，当钢板的强度上限取锚栓的抗剪强度时计算极限承载力接近实测值。

5、预应力加固法

预应力加固包括预应力拉杆加固和预应力撑杆加固两种形式。适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性的混凝土结构，它同时具有卸载、加固及改变结构受力三种功能。预应力加固法克服了采用其它方法加固时加固材料中普遍存在的应力滞后的弱点，保证了新旧材料和结构的整体性与协同工作。工程实践表明：采用体外预应力法加固桥梁和房屋结构，不仅能提高其承载力，还可以减小挠度和裂缝宽度，提高结构的弹性恢复能力，并且具有施工简便、不占用空间等特点，是一种经济的加固方法。

预应力拉杆主要用于加固受弯构件、屋架等，在特定场合下，也可用于加固大偏心受压构件。预应力撑杆主要用于加固轴心受压构件和偏心受压构件。此加固方法不适用于环境温度高于60℃和收缩徐变大的混凝土结构，另外需要注意预应力筋的防腐问题。预应力加固法对施工技术要求比较高，一般应由专业技术实力较强的工程队伍来完成。

6、改变受力体系加固法

该方法是通过增设支点(柱或托架)或采用托梁拔柱的办法来改变结构受力体系的加固法，其中用得最多的是增设支点法。增设支点可以大大减少结构构件的计算长度、计算弯矩，大幅度地提高结构和构件的承载力，减少挠度，缩小裂缝宽度，达到加固原结构的目的。该法简单可靠，适用于梁、板、桁架、网架等水平结构的加固，缺点是使用空间会受到一定的影响。托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墙及托梁拔柱的总称，是在不拆或少拆上部结构的情况下，拆除、更换或接长柱子的一种处理方法。与传统的大掀盖改造相比，该法具有对生产生活影响小、施工工期短、费用较低等优点，缺点是技术要求比较高，需由熟练工人来完成，安全措施必须周密。如某厂房工作平台大梁因工艺变更增设2个30kN和1个60kN的集中荷载，因此对原梁进行加固，采用在原梁下部增设型钢支撑加固，加固效果良好。