随着我国城市人口急剧增加,人们住房水平也逐渐提高,对住宅建筑的使用功能又有了更高层次的要求。早期建设的房屋由于各方面的原因,致使其结构的承载力及刚度不够,有的甚至还存有安全隐患。显然部分原有早期的住宅建筑结构的强度、刚度、耐久性等已经不能满足人们的使用需要。为了节省国家资源,因此,采取科学、合理的维修加固以及结构改造技术,提高房屋结构的安全性与耐久性,以满足房屋建筑的正常使用功能以及节能环保需要,增加房屋结构的耐久年限,对原有房屋建筑工程结构进行加固改造势在必行。加固技术的发展与应用对于提高建设工程的质量起到了积极的作用。房屋结构加固改造的方法有很多种,文章作者结合自身的工作经验,对常用的几种房屋结构加固改造技术以及与之配套使用的技术进行了分析总结。
1、常用的结构加固技术
1.1粘贴碳纤维材料加固
碳纤维是一种由**母体纤维(例如粘胶丝、聚丙烯腈或沥青)采用高温分解法在1000~3000度高温的惰性气体下去除碳以外的所有元素制成的新型非金属材料。具有高比强、高比模、耐疲劳、抗蠕变、比耐热钢还耐高温、比不锈钢还耐腐蚀、耐磨损、尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能。另一重要特性就是比重小。比重一般在1.6左右,是铝的二分之一,钢的五分之一。尽管碳纤维质量轻,但它强度高,有很高的“比强度”(比强度=材料的强度极限/材料的单位重),碳纤维还有较好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数),一般仅约为19克;拉力高达300KG/MM2;目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异宝贵的电学、热学和力学性能。采用碳纤维结构加固、维修的方法是现代工程技术常用的方法。主要应用于工程中结构因时间积累,产生结构破坏的维修加固。近年来,该加固技术施工工艺已经相当的成熟,在加固工程中的应用效果非常好。这种加固技术具有优点:1)强度高、质量轻、加固效果好。2)碳纤维材科化学性质非常稳定,具有**强的耐腐蚀能力与良好的耐久性能。就使得加固后的结构物具备良好的抗腐蚀能力与耐久性能,避免了因加固而造成的化学腐蚀问题。3)施工简便,适用范围广。碳纤维材料质地比较柔软,可以根据需要随意裁剪。4)该法作业不需要大型的机械设备,占用施工场地小,由于全是干作业,施工效率高。
1.2新增梁施工
梁的荷载统计包括新增墙体荷载和装修吊顶的荷载,由于使用的是轻质隔墙,荷载以装修吊顶自重为主。为了提高墙体的局部承载能力,在梁穿过墙体时在其下部设置一混凝土梁垫。新增梁施工时,首先在板下相应的墙体部位开洞,在相反方位置放置预制混凝土梁垫。然后穿过洞口布设钢筋。支模板,**支撑。最后,在梁上端楼面板上开小斜孔将流动性较好的高强无收缩混凝土灌入其中,待混凝土强度达到设计强度的70%时拆去梁底支撵、模板。施工从上至下逐层进行。
1.3增大截面法
增大截面法在房屋工程结构加固中的应用也是非常广泛的,是一种比较传统的加固方式。是在原有需要加固的结构上增加一层钢筋混凝土或者钢筋网砂浆层,使之与原有的结构共同作用,以达到增强结构的承载力的目的。该法施工工艺简单,适用范围广,有长期的使用经验,加固效果也相当显着,常用于柱、梁、墙、板、基础等构件和一般构筑物的加固。但是,采用增大截面法加固时必须采取措施让新增加的混凝土结构层与原有结构的密切结合。减小在荷载的作用下,新旧混凝土结合面出现的剪应力、拉应力对新加层的破坏。在加固前,应该将旧混凝土面凿毛,并清洗干净,确保新旧混凝土的粘结良好。另外,该法缺点是施工湿作业时间长,在混凝土养护期间需限制荷载,勘口固后结构自重增大、建筑使用空间减小。
1.4 外包钢加固法
外包钢法指的是在需要加固的结构物四角用型钢包裹,型钢间采用缀板进行连接的加固方法。外包钢法又分为湿式与干式两种。1)湿式外包钢法是采用孔胶水泥或者环氧树脂等将角钢粘贴于原有构件上,以保证包裹的型钢与原有构件形成一个整体共同受力,其整体性好,但是其工作量非常巨大。2)干式外包钢加固法,型钢与原构件间不粘结,有时仅用水泥砂浆填充,外包的型钢与原有结构各自单独受力,而不是整体受力。干式外包法较湿式外包法旌工简单,但是承载力的提高效果较差。外包钢法可以在不改变原结构的截面面积的情况下,使得结构物的承载能力大幅度提高,增大结构的延性与刚度,可以用于混凝土柱、梁、屋架等结构的加固处理。尤其是对于不允许改变截面尺寸,而又需
要提高结构承载力的受压构件的加固。该方法施工速度快,安装工作量小、加固效果显着,其缺点是施工成本较高。
1.5粘贴钢掘加固法
粘钢加固法是利用特制的建筑结构胶将钢板粘贴在需要加固的混凝土结构表面上,使之与原有结构共同受力,提高结构的承载力。其实,这就是一种体外增加配筋率,以提高结构的刚度、强度,以增强结构抵抗弯矩与剪力的能力。粘贴钢板加固法对建筑结构胶的要求非常高,不但必须要具备很高的强度、很强的粘结能力,还必须具有耐老化、线膨胀系数小、弹性模量高等特性。该方法施工简单、快速,不改变结构的外形,对作业空间要求小,施工过程不影响人们的正常生活,因此普遍府用于房屋结构加固中。此工法缺点是对使用环境的温度有限制,且加固费用较高。
2、配套使用的技术
与房屋建筑混凝土结构加固改造配套使用的技术主要有下面几种:
2.1托换技术
托换技术是为提高既有建筑物地基的承载力或纠正基础由于严重不均匀沉降所导致的建筑物倾斜、开裂而采取的地基基础处理、加固、改造、补强技术的总称。
由于勘察、设计、施工或使用不当,造成既有建筑物开裂、倾斜或损坏,而需要进行地基基础加固的情况下或因改变原建筑使用要求和使用功能,即需要进行地基基础托换加固。还有因周围环境改变,而需要进行地基基础加固,大致有因地下工程施工可能对既有建筑造成影响,因邻近上程的施上对既有建筑物可能产生影响;因深基坑开挖对既有一建筑可能产生的影响;因古建筑的维修,而需要进行地基基础加固。新近规划建构筑物与既有建构筑物位置相互重合,有不可避免,新规划项目经济及社会意义较重要,不变修改新近规划方案的,要进行托换施工,以满足既有建筑物和新建建筑物的使用和安全性要求。但是该法的技术要求高,必须由操作熟练的、有相关施工经验的工人来完成,才能保证施工安
全。
2.2 裂缝修补技术
房屋建筑现浇板往往因各种原因而开裂,因此裂缝修补技术也是相当的关键。应该根据裂缝产生的原因、裂缝发展的情况、裂缝的宽度等选用不同的方法来进行修补,从而恢复结构物的使用功能及耐久性能。裂缝修补技术应用于建筑物中各种裂缝的处理,对受力裂缝进行修补的同时还应该采取加固措施。
2.3 化学法植筋技术
化学法植筋是指建筑工程化学法植筋胶植筋,简称植筋,又叫种筋,是目前建筑结构抗震加固工程上的一种钢筋后锚固利用结构胶锁键握紧力作用的连接技术,是结构植筋加固与重型荷载紧固应用的较佳选择。化学法植筋是指在混凝土.墙体岩石等基材上钻孔,然后注入高强植筋胶,(注:高强建筑植筋胶大致分为注射式植筋胶和桶装式植筋胶两种)。再插入钢筋或型材,胶固化后将钢筋与基材粘接为一体,是加固补强行业较常用的一种建筑工程技术比如施工过程中钢筋位置偏差的补救,增大截面加固法中的应用,房屋加层接柱、高层建筑增设剪力墙等。
2.4阻锈技术
通过测量电渗阻锈过程中阻锈剂渗入量、脱盐率以及钢筋较化电阻,研究了混凝土技术参数和电渗电量对电渗阻锈效果的影响。试验结果表明,电渗阻锈技术能在脱除盐污染混凝土中氯离子的同时,将有效阻锈基团快速迁移到钢筋表面,使已腐蚀的钢筋快速恢复钝化而达到防腐的目的。防治已有混凝土结构、构件的钢筋锈蚀,宜采用能有效抑制或阻断有害离子对钢筋侵蚀的化学物质为阻锈剂,通过喷涂与渗透,使阻锈剂吸附于钢筋表面或在混凝土中形成低渗透率、高透气性的隔离层,在阻断有害离子和水分与钢筋接触的同时,使腐蚀电流的下降速率显着加快,从而起到阻锈作用。
2.5 锚固技术
主要指植筋技术和锚栓技术。前者适用于承重结构加固中的构件连接、接长以及施工漏埋钢筋或钢筋偏离汹寸位置的补救:后者适用于金属构件(如钢部件、幕墙龙骨等)与混凝土结构的连接、紧固:也用于其他加固材料(如粘钢、外包钢和纤维复合材料粘贴等)与混凝土基层粘结的附加锚固。其优点是定位准确、施工方便;缺点是增加加固工程造价。
3、建筑物的加固改造与设计
应与建筑物的检测鉴定、现场实际结构状况、现行各相关规范相结合,施工时应先加固后改造。对于需要拆除的承重墙部分,施工时,应布置合理的施拆除方案。建筑物的结构加固应结合建筑物的使用功能要求,对原结构和改造后的结构进行详细的计算和分析,对比各种加固方法的经济性,采取经济合理的加固方法。在对原有建筑物进行加固时,应充分考虑不同材料的连接节点处理,并采用安全可靠的结构加固方法。需进行改造加固的结构工程大多经过较长时间的使用,有些甚至经过几次的加固改造,在设计中应充分考虑结构的耐久性要求,对于出现裂缝或混凝土碳化较严重的结构部位,尤其是主要承重结构部位,设计人员需要加强对结构现场的考察,并针对现场实际情况进行分析,采取合理的设计和施工措施。
某地区一栋六层居民楼位于某县城东北部,其施工地基过程中忽视地基承载力的问题,在土方回填过程中,不认真碾压,用铲车进行碾压后就在其上部进行3:7灰土压实一米厚,完成后就在其上进行楼房施工。竣工后由于上部排水不畅,下水管破损断裂,生活用水渐渐渗入其3:7灰土下部,致使建筑物沉降变形产生裂缝。
二、工程地质情况及变化对比
参照原岩土工程勘察报告,本工程场地地层大致分为:
1、粉土层
本层为河流沉积土层,岩性为粉土,淡红,褐红色,含云母、氧化物、腐植质及湿陷性机质,松散,软弱土层,摇震反应中等,干强度低,韧性低,**含水率为13.7~20.1%,压实系数为0.43~1.29MPa-1,具中等~高压缩性,无湿陷性,厚度0.5~5.0m,分布于场地北部,由北向南减薄。
2、湿陷性粉土,粉质粘土层,岩性为粉土,粉质粘土,淡红、褐黄色,含云母、氧化无及少量**质,松散,可塑 ~硬塑,摇震反应无,干强度高,韧性高,**含水率为9.3~17.7%,干密度为1.35~1.56g/cm3,压缩系数为0.05~1.34MPa-1,具低~高压缩性,湿陷性系数为0.018~0.107,自重湿陷系数为0.000~0.090,具轻微~强烈湿陷性,分布于场地中部及南部地段,厚度大于9.5m,层**标高由北向南渐高,
三、技术分析
1、房屋周边排水不利,特别是下水管破裂导致生活用水渗入地基中,致使基础湿陷地基不均匀沉降。
2、从委托方提供的资料和我单位检验后的土工报告,分析该地区土为湿陷性场地,遇水后地基会发生不均匀沉淀,但未能见到地基处理的有关信息,怀疑局部基土发生沉陷,但不影响主体结构,房屋结构的承载力基本能满足正常使用,但需要对地基进行加固处理,以防止不均匀沉降进一步发展。墙面裂缝进行维修。
3、待地基处理完毕并观察一段时间后,可对裂缝处进行修复处理,但应继续加强观察,发现新的变化及时报告。
4、建议对下水管道及房屋周围排水进行认真检查,对不合格的部分进行返工修整。
四、加固方案的选择确定
根据建设单位提供的住宅施工图纸,岩土工程勘察报告、以及房屋建筑安全的鉴定意见,对该现场进行了实地勘测。认为该建筑场地属湿陷Ⅰ级到Ⅱ级(中等)自重湿陷场地。施工中由于未对该地质进行有效的湿陷性处理,故在长期地表水以及排水管沟漏水的渗透影响下,导致湿陷性黄土见水下沉,从而使建筑物地基产生不均匀沉降,影响到结构的安全及使用功能。根据房屋安全鉴定意见,为了控制不均匀沉降进一步发展,有必要对其地基基础进行加固处理。
【方案】桩式托换加固:对于既有建筑物不均匀沉降处理,是地基基础处理工程中综合性较强的课题。而桩式托换加固正是常用的方法之一由于该建筑物已出现裂缝,在加固的施工过程中不允许再出现二次沉降。所有我们认为桩式托换加固较其它处理方式有其*有的优势。依据《湿陷性黄土地区建筑与规范》和《既有建筑地基基础加固技术规范》,本方案拟采用两个步骤进行处理,简述如下:
(一)、双灰桩施工
由于该地基上部的含水率较大,在开挖导坑时易发生塌方的危险,故先在距离墙面1.0M处布设双灰桩,一则可吸水膨胀,使地基土空隙率降低,土体结构密实,二则可在导坑开挖,基底掏洞室起到一定的稳固土的作用。双灰桩共布点3*24个点。
1、施工工艺流程:选择成孔设备→测量放线→确定孔位→成孔
2、成孔布置应符合下列要求:
(1)成孔间距:1.5m;
(2)成孔直径:0.15m
(3)成孔深度:4.5m
3、施工步骤应符合下列要求:
(1)成孔深度经测量后,达到要求方可进行双灰料夯填。
(2)回填至地面1.0m后,再用素土夯填封**。
(3)回填材料:粉煤灰为粉末状,白灰块粒径小于50mm
(4)回填材料配合比:采用体积比,粉煤灰:白灰块=4:6如本地无粉煤灰时可用黄土替代。待双灰桩完成10天后方可进行桩式托换施工。
(二)、桩式托换加固:
为保证工程质量,缩短工期,本工程拟采用钢管砼桩。沿基础布设预制钢管砼桩,总计为36根。
(1)桩长:初定为7~10m,双控,主要以压桩应力控制为主,初定为10MPa.
(2)桩径:¢176mm*8mm钢管,
(3)布桩:采用均匀布点,原则是承重墙下对称布置。桩距为2.5~3.2m
(三)、施工工艺流程
(1)测量放线,确定托换桩孔位
(2)压桩准备:a.挖导坑:先挖竖向工作导坑,几何尺寸为1.5*1m,深度为2.5m。b.桩制作:将钢管制成短桩,外表除锈刷漆,下焊桩尖,内预灌c35砼。
(3)在工作坑内将桩尖摆正,管桩找直,垂直度误差控制在1%以内,检查合格后,方可开始压桩。
(4)用大吨位液压千斤顶,将已预制好的带尖钢管混凝土短桩,借助地梁的反力将其分级压入地基土中,然后再接上*二根,其连接采用帮条焊接法,帮条采用4*10cm,厚度6.0mm钢板,3块均布,水平夹角为120度,电焊连接。其他短桩,一次连接,不在赘述。只至桩应力达到0.3兆帕为止。
(5)托换加固:安照托换程序:安装托换支架,安装托换钢管节或工字钢,大锤备紧钢楔,其后应进行焊接,使之成为整体。
(6)回填:完成托换程序后,应对导坑进行3:7灰土人工夯填,要求回填密实。基础下留置500mm净空,用以灌注微膨胀混凝土。两边应**出基础底100mm。
为保证微膨胀砼充填密实,应采用一定措施,如先塞后挡等。夯填至散水底面后,散水应及时配合修复,以利于排水防渗。