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工程案例

業務范圍

鋼筋混凝土結構加固改造技術

發布時間：2014-07-15

碳纖維加固技術　

　碳纖維布加固技術是利用碳素纖維布和專用結構膠對建筑構件進行加固處理，該技術采用的碳素纖維布強度是普通二級鋼的10倍左右。具有強度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優點。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構件截面，能保證碳素纖維布與原構件共同工作。

1、碳纖維介紹
　　碳纖維根據原料及生產方式的不同，主要分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維及瀝青基碳纖維。碳纖維產品包括PAN基碳纖維（高強度型）及瀝青基碳纖維（高彈性型）。
2、環氧樹脂
　　不同類型的樹脂還可以保證其對砼具有良好的滲透作用，例如底涂樹脂；以及對碳纖維片與砼結構的粘接作用，例如環氧粘結樹脂等。
（1）環氧樹脂簡介
　　僅僅依靠碳纖維片本身并不能充分發揮其強大的力學特性及優越的耐久性能，只有通過環氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼筋混凝土結構表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作，才能達到補強的目的。因此，環氧樹脂的性能是重要的關鍵之一。環氧樹脂因類型不同而有不同的性能，適應于各個部位的不同要求。例如底涂樹脂對混凝土具有良好的滲透作用，能滲入到混凝土內一定深度；粘貼碳纖維片的環氧樹脂易于"透"過碳纖維片，有很強的粘結力。依使用溫度的不同，樹脂還分為夏用及冬用類樹脂。我公司使用的各類樹脂規格及性能（包括底層涂料的規格及性能、環氧膩子的規格及性能、粘結樹脂的規格及性能等均有詳細表格資料、以備索取）。
（2）物理性能
　　碳纖維片工法中使用了底涂、膩子、浸滲粘著樹脂等三種環氧樹脂。上述三種環氧樹脂的使用目的各不相同，其物性標準也不相同。
①底涂：粘著強度
　　底涂必須確實具有把作用在混凝土表面上的荷載傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此粘著強度成為制定其物性標準的重要依據。
②膩子：
壓縮強度?壓縮彈性率
　　膩子用于填充混凝土上的微小缺損部分。因此，要求必須具有與混凝土同等以上的壓縮強度。此外，還要求具有較高的壓縮彈性模量。根據以上理由，制定膩子的物性標準時主要根據其壓縮強度及壓縮彈性模量。剪切強度?粘著強度
　　膩子與底涂一樣必須具有把因荷載作用等在混凝土表面上發生的應變確實傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此剪切強度及粘著強度便成為制定其物性標準的重要依據。
③ 粘著樹脂：
張拉強度?彎曲強度
　　碳纖維片工法系通過向碳纖維片內滲透浸滲粘著樹脂、通過固化形成CFRP。重要
的是固化后的CFRP的物性，而浸滲粘著樹脂本身的物性并非重要。但要想獲得良好的CFRP物性，浸滲粘著樹脂本身的物性確實也有影響。因此制定了最小限度的張拉強度及彎曲強度的物性標準。
剪切強度?粘著強度
　　浸滲粘著樹脂除滲透到碳纖維片內、通過固化形成CFRP之外，還具有粘著劑的功能。與膩子、底涂同樣，必須具有把因載荷作用等在混凝土表面上發生的應變確實傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此剪切強度及粘著強度便成為制定其物性標準的重要依據。
相比之下，國產的樹脂材料目前缺乏配套產品，用途單一，且尚未制定出嚴格的物性標準。
2、碳纖維材料與其他加固材料對比
　　（1）抗拉強度：碳纖維的抗拉強度約為鋼材的10倍。
　　（2）彈性模量：碳纖維復合材料的拉伸彈性模量高于鋼材，但芳綸和玻璃纖維復合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的一半和四分之一。

（3）疲勞強度：碳纖維和芳綸纖維復合材料的疲勞強度高于高強綱絲。金屬材料在交變應力作用下，疲勞極限僅為靜荷強度的30%～40%。由于纖維與基體復合可緩和裂紋擴展，以及存在纖維內力再分配的可能性，復合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強度的70%～80%，并在破壞前有變形顯著的征兆。
　　（4）重量：約為鋼材的五分之一。
　　（5）與碳纖維板的比較：碳纖維片材可以粘貼在各種形狀的結構表面，而板材更適用于規則構件表面。此外，由于粘貼板材時底層樹脂的用量比片材多、厚度大，與混凝土界面的粘接強度不如片材。

3、材料性能
　　碳纖維片是以碳纖維為組分，以樹脂為基體，通過一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的復合片材。它具有極其優越的品質：材料質輕高強，碳纖維片的抗拉強度比同截面鋼材高7~10倍，用環氧樹脂將它與結構物粘貼后形成一體，能可靠地與鋼筋混凝***同工作，獲得優異的補強效果，而結構物自重的增加幾乎可以忽略；其抗疲勞強度高，耐久性能好，耐磨損、抗老化等。注：設計厚度是按照碳纖維斷面積推算出的厚度，施工時用的片材含有集束用的預浸樹脂、玻璃纖維網和襯紙，其厚度與設計厚度不同。
4、工具簡介
（1）基底處理工具：
① 磨機：用于混凝土表面的打磨用
② 鏨子：用于剔鑿混凝土表面松散部位的混凝土殘渣
③ 鋼絲刷：用于清除混凝土表面的不潔污漬
（2）粘貼碳纖維：
① 調料容器：用于調和環氧樹脂用
② 衡器：用于稱量材料各組分的重量
③ 攪拌器：用于攪拌混合樹脂材料用
④ 刮板：用于修補凹凸不平及粘貼碳纖維撫平用
⑤ 滾筒刷：用于涂刷樹脂用
⑥ 羅拉：用于碳纖維的脫泡和壓緊用
（3）檢測類工具：
① 靠尺：用于檢查混凝土表面平整度
② 塞尺：與靠尺配合使用
③ 溫濕度計：用于測量大氣溫度、濕度用
④ 小鼓錘：用于檢查空鼓用 ⑤ 卷尺與鋼板尺
（4）修補類工具

① 注膠器：用于向空鼓內注入粘結樹脂
② 割刀：用于割開空鼓處碳纖維片以便注入粘結樹脂

（5）勞保類用品

① 工作服、工作帽

② 防護眼睛

③ 防塵口罩

④ 安全帽

⑤ 膠手套

結構粘鋼加固

粘貼鋼板加固法，是指用膠黏劑將鋼板粘貼在構件外部的一種加固方法。該法在建筑，橋梁等工程的加固、補強、修復中的應用較為廣泛。

結構粘鋼加固方法，與其他的加固方法比較，有許多獨特的優點和先進性，主要有：

1、堅固耐用：經過多年來的工程實踐，已經證明完全能保證加固工程的質量，結構的強度和剛度都能滿足設計的要求。施工工藝精巧，質量優秀，工程合格率為100%。膠粘劑30年老化試驗耐久性能滿足要求。粘鋼加固后的結構試驗，也證明強度和剛度的設計方法是正確的和可靠的。

2、施工快速：在保證粘鋼加固結構質量的前提下，快速完成施工任務，并能根據業務要求，在不停產不影響使用的情況下完成施工，受到用戶的普遍贊揚。

3、簡潔輕巧：與其它加固方法比較，粘鋼加固的施工，干凈利落，比較簡便，現場無濕作業。完成加固后的結構外觀不改變，比較輕巧，鋼板薄，結構自重增加極微，不會導致建筑物內其他構件的連鎖加固。

4、靈活多樣：粘鋼加固法的適應性很強，能夠解決生產上和生活上各種有關問題。粘貼鋼板的方案多種多樣，靈活巧妙。還可粘貼型鋼、加固鋼結構及磚砌體結構等。

5、經濟合理：由于施工快，避免或減少工廠停產時間，節約加固材料，與其它加固方法比較，粘鋼加固的費用大為節省，經濟效益很高。

結構粘剛加固的使用情況：

（1）鋼筋焊接點斷裂加固

（2）施工中漏放鋼筋加固

（3）混凝土標號達不到，提高結構強度加固

（4）加層抗震加固

（5）陽臺根部斷裂加固

（6）牛腿接點加固

（7）懸掛式吊車梁提高荷載加固

（8）樓面荷載集中力加固

（9）火災后梁柱砼燒壞加固

（10）混凝土柱子牛腿斷裂加固

（11）橋式吊車梁加固

（12）薄腹梁斷裂加固

（13）爆炸沖擊波破壞梁體加固

（14）提高樓面荷載加固

（15）屋架梁下弦腐蝕嚴重露筋加固

（16）斷梁加固

（17）截柱加固

（18）減震加固

（19）梁柱受化學腐蝕的粘鋼加固

（20）舊房改造綜合加固

（21）生命線建筑物抗震加固

（22）剪力墻開1.6M以下的圓洞加固，開1M X 2M以下的門洞加固

（23）橋梁斷裂、舊橋維修加固

　（24）提高柱子承載力解決柱子軸壓比超標加固

化學植筋技術

（一）、化學植筋技術
植筋新技術是運用高強度的化學粘合劑，使鋼筋、螺桿等與混凝土產生握固力，從而達到預期效果。施工后產生高負荷承載力，不易產生移位、拔出，并且密著性能良好，無需作任何防水處理。由于其通過化學粘合固定，不但對基材不會產生膨脹破壞，而且對結構有補強作用。施工簡便迅速，安全并符合環保要求，是建筑工程中鋼筋混凝土結構變更、追加、加固的最有效的方法。

（二）、使用范圍
1、各類建筑結構增建、變更等預留鋼筋固定。
2、橫梁、柱頭、樓板、剪刀墻等加固預留鋼筋錨定。
3、各類剛結構、機械設備、支架等的螺桿錨定。土結構

（三）、技術特點
1、高承載力（剪力、拉力）
2、對固定的基材不產生膨脹力，適宜邊距、間距小的部位
3、施工簡便、時間短

（四）、植筋（化學錨栓）加固施工工藝流程

①鉆孔②清孔③注入錨固劑④植入鋼筋或螺桿⑤固化⑥完成

（五）、植筋技術數據

鋼筋直經
鉆孔直徑
鉆孔推薦深度
承載力（KN）

10 MM
14 MM
150 MM
26.3

12 MM
16 MM
180 MM
37.9

14 MM
18 MM
210 MM
51.6

16 MM
22 MM
240 MM
67.4

18 MM
25 MM
270 MM
85.4

20 MM
28 MM
300 MM
105.2

22 MM
30 MM
330 MM
127.3

25 MM
32 MM
400 MM
153.8

28 MM
36 MM
500 MM
206.3

32 MM
40 MM
600 MM
257.9

注漿加固設計

（一）、注漿加固設計

針對鋼筋混凝土結構物（構造物）由于各種原因產生的各種裂縫，采用環氧樹脂類粘合劑及密封劑灌漿加固修補，在不影響生產運營的情況下可以達到預期的強度，延長結構的適用壽命，施工快捷方面，不需要大型機械作業，加固效果安全可靠。

（二）、注漿工法特點
1、采用慢速、低壓連續灌漿，可以確保樹脂注入裂縫細微部位
2、可以控制注入量，必要時可以補充灌漿料
3、可根據裂縫大小、注入狀況的需要，調整壓力
4、注入量和注入情形可以目視觀察

　（三）、注漿工法適用的范圍
1、混凝土建筑物裂縫的修補：大廈、公寓、倉庫
2、各種設施：儲存、塔槽、煙囪等
3、橋梁、鐵道的附屬構件：橋墩、橋臺、橋面、絎架、隧道等
4、港灣、河川設施：堤岸、便橋、攔沙壩、堰堤等

　（四）、注漿加固工法施工工藝流程

　　①基層處理②裂縫密封③安裝底座④密封劑養護⑤注入漿材⑥硬化養護⑦修正飾平⑧完成

改變受力體系加固法

改變受力體系加固法，既在梁的中間部位增設支點、托梁（架）或將多跨筒支梁變為連續梁等方法。改變結構的受力體系，能大幅度地降低計算彎矩，提高結構構件的承載力，達到加強原結構的目的。按增設支點的支撐剛度的不同，分為剛性支點和彈性支點兩種。按支撐的受力情況分預應力支撐和非預應力支撐。

（一）、剛性支點

所謂剛性支點，就是指新增設的支撐件剛度很大，以致被加固結構構件的新支點在外荷載作用下沒有豎向位移或位移很小可忽略。工程中常見的集中支撐體系，這些桿件受軸向力作用，在后記上荷載作用下，新支點的變位很小，可以作為剛性支點考慮。

（二）、彈性支點

所謂彈性支點，是指所增設的支桿或托架相對剛度不大，在外荷載作用下，新支點的位移相對于原結構支座較大。當采用受彎構件作為支撐件或支撐件的剛度較小，軸向變形叫大時，支撐點的位移不能忽略，應按彈性支點計算。工程中長作為彈性支點計算的加固件。

（三）、預應力撐桿（支柱）

預應力撐桿（支柱），是指在施工時，對支撐桿件施加預壓應力，使之對被加固結構構件施加預頂力。它不僅可保證支撐件良好地參加工作，而且可調節被加固結構構件的內力。預定理頂力對被加固構件的內力有較大的影響，梁中彎矩隨預應力的增大而減小，預頂力越大，跨中彎矩減少得越多，增設支點的“卸載”作用也就越大。若預頂力過大，原梁可能出現負彎矩。因此，對預頂力的大小應加以控制。加固規范規定，預應力的大小以支點上表面不出現裂縫和不需增設附加鋼筋為宜。

在撐桿中施加預應力的方法有以下兩種：

（1）.縱向壓縮法

采用預制型鋼支撐或鋼筋混凝土支柱時，使其預制長度略小于實際長度，并在支柱下部預留一孔洞。加固施工時，先將小托梁穿入預留孔內，然后用兩只千斤頂頂升小托梁，當頂升力達到要求后，在支柱底部嵌入鋼板，拆去千斤頂及小拖梁，澆混凝土加以保護。縱向壓縮的另一種方法，是采用直接在支柱的底部及基礎頂面嵌入鋼，以產生預頂力。

（2）.橫向校直法

用型鋼做支柱時，可采用橫向交織法產生預頂力。做法是使鋼支柱的制作長度稍大于安裝尺寸，并使其對稱地向外彎曲（折）。安裝時，先固定支柱的兩端，然后用螺栓裝置將支柱校直。支柱彎曲（折）變直，受到壓縮而產生預頂力。預頂力值由初始彎曲值控制。

在對被加固梁進行內力分析時，可以把預頂力作為作用在加固梁上的外力來考慮。

（四）、多跨簡支梁的連續化

簡支梁在房屋建筑和橋梁工程中有廣泛的應用。多跨簡支梁的支座處加負彎矩筋，使其可以承受彎矩。這樣，簡支梁體系變為連續梁體系，減小了原梁的跨中彎矩，提高了受荷等級。簡支梁連續化的加固方法如下：

1）在鋪設鋼筋的位置，鑿出鋼筋槽（深20mm、寬50mm）；

2）清洗鋼筋槽，并用丙酮將混凝土表面擦拭干凈；

3）在槽內鋪10mm厚的環養砂，放入加配的鋼筋；

4）對鋼筋施加1.5～2.0kN/m的壓力，3d后即可使用。

增補受拉鋼筋加固法

增補受拉鋼筋加固法，是指在梁的受力較大區段補加受拉鋼筋（或型鋼），以提高梁承載能力的加固方法。增補鋼筋與原梁之間的連接方法有全焊接法、半焊接法和黏結法3種；增補型鋼與原梁的連接方法有濕式外包法和干式外包法兩種。

（一）、全焊接發

全焊接法是增補鋼筋直接焊接在梁的原筋上，以后不在補澆混凝土做黏層保護。即增補筋是在裸露情況下，依靠焊接參與原梁的工作。增補筋之所以能錨固與梁中原筋上完成承載功能，是由于梁中原梁的應力是不均勻的有寫區段、部位（如簡支梁的端部、連續梁的反彎點附近）原筋的應力較小。這些部位的原筋強度沒有被充分利用，尚有潛力可挖。若把增補鋼筋的端頭焊接在上述區段內，則原筋對增補筋即可起到錨固作用。

（二）、半焊接法

半焊接法是指將增補筋焊接在梁中原筋上后，再補澆或噴射一層細石混凝土進行黏結和保護。這樣增補筋即手焊點錨固，有手混凝土黏結力的固結，使增補筋的受力特征與原筋相近，受力較為可靠。

（三）、黏結法

黏結法是增補筋完全依靠后澆混凝土的黏結力傳遞，來參與原梁的工作。

黏結法施工工藝如下：

1）.將需增補鋼筋區段的構件表面鑿毛，使凹凸不平度大于6mm；

2）.每隔500mm鑿一剪力鍵，并加配U形箍筋焊接在原筋上或用環氧樹脂錨固與原混凝土中；

3）.將增補縱筋穿入U形箍筋并予以綁扎，最后涂刷環氧膠黏劑和噴射混凝土。

（四）、濕式外包鋼

濕式外包鋼加固法，是一種用乳膠水泥砂漿或環氧樹脂水泥砂漿把角鋼黏貼在原梁下邊角部，并用U形螺栓套箍加強，再噴射水泥砂漿保護的加固方法。當被加固梁為樓面梁時，應在樓板U形螺栓相應位置處鑿一個方式（或長方形）凹坑，以使墊板和螺帽置與屋面構造層上，這樣不會影響防水層，而且施工也比較方便。

（五）、干式外包鋼

用型鋼對梁進行加固時，當型鋼與原梁間無任何膠黏劑，或雖填塞水泥砂漿，但不能確保剪力在結合面上的有效傳遞，這種加固屬于.干式外包鋼連接。

施加預應力加固法

用預應力鋼筋對梁、板進行加固的方法，稱為預應力加固法。這種方法具有施工簡便和不影響結構使用空間等缺點。用預應力鋼筋加固、板的基本工藝是：在需要加固的受拉區段外面補加預應力筋，對鋼筋進行張拉，并將其錨固在梁、板的端部。

（一）、預應力筋的張拉

預應力筋通常裸置于梁體之外，所以預應力筋的張拉也是在梁體外進行的。

張拉的方法有以下3種。

（1）千斤頂張拉法

千斤頂張拉法是使用千斤頂在預應力筋的端部進行張拉并錨固的方法。

（2）橫向收緊法

橫向收緊法，即在加固筋兩端被錨固的情況下，利用簡易工具使鋼筋由直變彎產生拉伸應變，從而在加固筋中建立預應力。

（3）豎向張拉法

豎向張拉法分為人工張拉和千斤頂張拉兩種方法。

（二）、預應力筋的錨固

預應力筋的錨固可采用以下4種方法。

（1）U形鋼板錨固

首先將原梁端部的混凝土保護層鑿去，并涂以環氧砂漿，然后把與梁同寬U形鋼板卡在環氧砂漿上，再將加固筋焊接或錨接U形鋼板的兩側。

（2）高強螺栓錨固

在梁及鋼板上鉆出與高強螺栓相同直徑的孔，然后在鋼板和梁上涂一層環氧砂漿，用高強螺栓將鋼板壓在原梁上，以產生摩擦力和黏結力，最后將預應力筋錨固在鋼板上，或直接焊接在鋼板上。

（3）扁擔式錨固

在原梁的受壓區增設鋼板托套，把加固筋錨固或焊接在鋼板托套上。施工時，鋼板托套用環氧砂漿年節在原梁上，以防止其滑動。

（4）套箍錨固

套箍錨固是把型鋼作成的剛框嵌套在原梁上，并將預應力筋錨固在鋼框上的一種錨固方法。施工時，先除去鋼框處的混凝土保護層，并用環氧砂漿黏結鋼框。

增大加固法

增大加固法，是指在原受彎構件的上面或下面澆一層新的混凝土并補加相應的鋼筋，以提高原構件承載能力的方法。他是工程中常用的一種加固方法。

補澆的混凝土處在受拉區時，對補加的鋼筋起到黏結和保護作用；當補澆層混凝土處在受拉區時，增加了構件的有效高度，從而提高了構件的抗彎、抗簡承載力，并增加了構件的剛度。因此，其加固效果是很顯著的。

實際工程中，在受拉區補攪混凝土層的情況是比較多的。原配筋率較低，其混凝土受壓區高度較小，因此在受拉區補加縱向鋼筋并澆混凝土是提高該梁抗彎承載力的有效方法。又如陽臺、雨蓬等懸臂構件的承載力加固，可在原板的上面（受拉區）補配鋼筋和補澆混凝土。當在連續梁（板）的全長上部補澆混凝土時，后補澆的混凝土在跨中處于受壓區，而在支座卻處在受拉區。按后澆混凝土與原混凝土結合情況的不同，增大截面可分為新舊混凝土截面獨立工作和整體工作兩種情況。

增加截面法加固時，應滿足如下7條構造要求。

1）.新混凝土的強度等級不低于C20，切且宜比原構件設計的混凝土等級提高一級。

2）.新澆混凝土的最小厚度，當加固板為新舊獨立工作時，不應小于50mm；當加固板為增體工作為整體工作時，起厚度不應小于40mm；加固梁時不應小于60mm.。

3）.除必要時可再用角鋼或鋼板外，加固配筋宜優先先采用鋼筋。現澆板的受力鋼筋直徑宜φ6、φ8，分布筋宜為φb4、φb5；梁的縱向鋼筋應采用變形鋼筋，最小直徑不應小于12mm，最大直徑不宜大于25mm，封閉式箍筋直筋不宜小于φ8。

4）.對于加固后為整體工作的板，在支座處應配負鋼筋，并與跨中分布筋相搭接。分布筋應采用直徑φb4、間距不大于300mm的鋼筋網，以防止產生收縮裂縫。

5）.石子宜用家蠅上午卵石或碎石，其最大粒徑不宜超過新澆混凝土最小厚度的1/2及鋼筋最小間距距3/4。

6）.對于加固后按整體計算的板，如果其面層與基層結合不好（有起殼現象），或混凝土實際強度等級低于C15，則應鏟除重做，對表面的缺陷應清理至密實部位。

7）澆后澆層之前，原構件表面應保持濕潤，但是不得積水。后澆層用平板振動器震搗至出漿，或用輥筒滾壓出漿。加固的板表面可隨即加以抹光，不再另做面層，以減少荷載。

增大截面加固法

　　增大截面加固法是指在遠受彎構件的上面或下面澆一層新的混凝土并補加相應的鋼筋，以提高原構件承載能力的方法。這種方法是將原構件在新舊混凝土黏合部位的表面鑿毛。板表面不平整度不小于4mm，梁表面不平整度不小于6mm，并在原構件的澆筑面上每隔一定距離鑿槽，以形成剪力鍵，洗凈后，涂覆丙乳水泥漿，同時澆混凝土。還應在后澆層中加配箍筋及負彎矩鋼筋，并注意其連接。墻體預應力鋼拉桿加固法砌體鋼拉桿加固（橫拉桿加固）采用在墻體上鉆孔對穿拉桿，然后施加預應力，有效約束被加固構件的變形，增強砌體結構的整體性。拉桿材料可采用鋼筋或鋼絞線，適用于橫墻開裂加固、頂層墻體抵抗溫度應力加固和抗震加固。工藝流程：①定位②墻體上鉆孔③穿鋼拉桿④施加預應力⑤鎖定⑥端頭保護。

上一條框架結構混凝土加層加固改造技術
下一條砂漿錨桿施工工藝

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