建筑结构的加固方法与施工探析

建筑结构的加固方法与施工探析
蒋文革
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摘要：随着建筑建筑时间的加长，常常出现裂损问题。本文对建筑结构的需要加固的原因进行了分析，提出了加固方法及施工进行了分析研究，具有一定的经济价值和现实意义。
关键词：建筑结构 加固方法 施工 质量

随着我国经济建设的迅速发展，人们对建筑的要求也随之提高，建筑物的裂损现象影响着人们的正常生产和生活。建筑物中裂缝的存在预示着结构承载力可能不足，过大的裂缝会促使钢筋生锈而降低结构耐久性，会造成房屋渗漏影响建筑物美观。比如上世纪六七十年代建成的教学楼、住宅楼工程，随着运行时间的推移，有些工程设施老化失修，有些工程设施由于受当时客观条件的限制，存在着设计考虑不周、规范标准低的缺陷，要对这些建筑物进行除险加固，采用什么样的形式进行加固，既能达到现行规范要求，又能保证质量节省投资，本文就此问题做如下分析。
一、建筑结构需要加固的原因
1、设计工作的失误
设计工作失误：许多设计人员对地基基础问题的重要性认识不足，常把复杂的地基问题简单化处理。据有关部门统计，由于设计工作失误导致建筑物发生质量事故的约占事故总数40％。设计工作失误主要表现在以下几个方面：
（1）建筑物基础设计时，没有掌握地基土性，缺乏认真方案比选、专家论证，采用的基础形式不当而发生事故。
（2）在深厚淤泥软土地基上，错误选用沉管灌注桩、沉管夯扩桩等基础形式，经常发生缩颈、离析、断桩和桩长达不到持力层等事故。
（3）在填土、软土或湿陷性黄土等厚薄不均地基上，采用条形或筏板等基础方案，导致建筑物倾斜。
（4）采用强夯处理地基时，由于夯击能量不足，影响深度达不到加固深度的要求，没有消除填土或黄土的湿陷性，如果建筑物在使用过程中地基浸水，必然造成建筑物下沉、倾斜或裂损。
（5）对于欠固结的填土、淤泥等软土地基，地面大量回填堆载，采用桩基方案时，如忽视负摩擦力的作用与计算，常发生布桩数量不足，导致桩基过量沉降、断桩等严重事故，使建筑物开裂或倾斜。
（6）同一栋建筑物上选用两种以上基础形式或将基础置于刚度不同的地基土层上，易发生严重事故。
（7）对于软土地基或建筑物形体复杂、高度变化较大时，必须按照变形与强度双控条件进行设计，以确保建筑物的整体均匀沉降。如只做强度验算，将会使建筑物发生不均匀或过量沉降。
（8）忽视相邻新老建筑物的基底应力的迭加效应，引起新的附加沉降或新老建筑物基底标高不一，又没有采取相关措施，引起建筑物倾斜或开裂。
（9）回填土地基，在填土时抛入大量块石、废弃的建筑物垃圾，形体大小不一，造成地基土的物质组成极不均匀，设计时没有进行处理，采用条基、筏板时，发生局部应力集中，导致基础开裂或倾斜。
（10）年轻的设计人员对复杂地基的处理问题缺乏经验，常把复杂问题简单化处理，导致建筑物发生裂损或倾斜的严重后果。
（11）在进行既有建筑物增层改造或扩建时，新建工程的基础压在原有建筑物的基础上，导致严重后果。
（12）在进行既有建筑物增层改造时对既有建筑物的地基承载力估计过高，取值不当。
（13）在城市住宅区规划方面的失误：将住宅区规划在欠固结的深厚淤泥等软土地基上，从而导致整个住宅区大面积沉陷，或部分建筑物倾斜，沉陷等。
2、施工方面的失误
（1）基础工程施工质量低劣：施工部门偷工减料，弄虚作假，随便减少配筋，降低混凝土强度等级，采用劣质钢材乃至缩小基础尺寸，减少基础埋深，基础施工放线不准确等。
（2）地基处理方面的原因：目前地基处理手段多，这方面的问题也很多，如桩端未进到设计持力层；桩径未满足设计要求；强夯未达到有效的影响深度；振冲碎石桩未达到振密效果；检测手段不合理或未能正确反映实际情况等等。
（3）地下开挖引起地面建筑物的裂损：城市由于修建地铁、地下街等地下建筑物，或者矿区开挖采矿、采煤巷道引发地面沉降，造成地面建筑物的下沉、开裂、倾斜等损害。
（4）相邻深基坑施工引起建筑物的损坏：在高层建筑基础工程施工中，由于深基坑的开挖、支护、降水、止水、监测等技术措施不当，造成支护结构倒塌或过大变形，基坑大量漏水、涌土失稳，基坑周边地面塌陷，以及相邻建筑物基础工程的施工相互影响，都会对已建成或正在建造的相邻建筑物造成威胁与损坏，引发严重的事故。
3、工程勘察方面的失误
（1）如若勘测点布置过少，或只借鉴相邻建筑物的地质资料，对建筑场地没有进行认真勘察评价，提出的地质勘察报告不能真实反映场地条件，如岩溶土洞、墓穴等没有被发现，甚至旧的人防地下道也被忽视，使新建的建筑物发生严重下陷、倾斜或开裂。
（2）勘察资料不准确，结论不正确、建议不合理，给结构设计人员造成误导。
4、周围环境因素对建筑物造成的损害
周边的施工开挖、降水、振动等因素的影响。地下水位的自然升降也不溶匆忙视，我国已有360多个城市严重缺水，由于大量超限开采、抽汲地下水，地下水位明显下降，或者由于修建水库等原因，引起地下水位上升，都会改变建筑物地基承载性状，可能引起建筑物的下沉或裂损。地下水具有侵蚀性质，或周边有对砼基础造成腐蚀物质时，使基础砼和钢筋严重锈蚀和剥蚀，造成基础严重开裂，引起建筑物损坏。
5、使用或管理不当对建筑物造成的损害
已建成的建筑物使用不当：如上下水管道破裂长期不修，地面长期积水不排泄，污水井堵塞，污水流入地基等，都可能使地基浸水湿陷。装修时随便拆除承重墙，致使承载结构裂损，各种病害发生后没有及时维修，造成建筑物开裂或倾斜破坏。
除上述人为因素以外，自然灾害如地震、山体滑坡、水灾、泥石流等造成地基液化，地基土被水掏空，基础滑移等，都会对建筑物造成严重损害。
二、建筑结构加固的方法和施工
1、基础结构加固
基础结构加固主要是地基承载力的建筑物进行加固，其主要方法有：
（1）抬墙梁法。采用预制的钢筋混凝土梁或钢梁穿过原建筑的基础梁下。置于原基础两侧的桩或墩基础上，支承新增结构荷载。抬墙梁的平面位置应避开一层门窗洞口，不能避开。
（2）墩式加固法。是直接在基础下分段挖空至持力层浇筑墩式混凝土基础，最后使分段基础联成一整体，承受增层结构荷载。
（3）当原建筑基础底面积不足时，可采用基础加宽法。对条形基础可采用一侧加宽或两侧加宽，对柱基可沿基础四边加宽，加宽时可每隔1000~1500mm设置一根钢筋混凝土减荷梁。
2、混凝土结构加固
（1）加大截面加固法。该法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的湿作业时问长，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。
（2）置换混凝土加固法。该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点；适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
（3）植筋技术法。这是一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术；可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋；已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。
（4）预应力加固法。该法能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响；适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固，但在无防护的情况下，不宜用于混凝土收缩与变大的结构。
（5）裂缝修补技术。根据混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同封护方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术；适用于已有建筑物中各类裂缝的处理，但对受力性裂缝，除修补外，尚应采用相应的加固措施。
3、钢结构加固
（1）改变钢结构计算图形的加固法。是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法；改变结构计算图形的一般方法为：增加支撑形成空间结构并按空间结构验算：加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等，以提高结构承载力和改善结构动力特性；增设支撑或辅助杆件，使结构的长细比减小以提高其稳定性；在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷。
（2）增设支点加固法。增设支点加固法是通过增设支承点来减小结构计算跨度，改变结构内力分布并提高其承载能力的加固方法。梁、板在跨中增设支点后，减小了跨度，从而能大幅度提高承载能力，并能减小和限制梁、板的挠曲变形。适用于房屋净空不受限制的大跨度结构中梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。增设支点加固法优点是简单可靠，缺点是使用空间会受到一定影响。
（3）有粘结外包型钢加固法。外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边，外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法，即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构件粘结成一整体，加固后的构件，由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高，因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。
（4）粘贴纤维增强塑料加固法。除具有粘结外包型钢加固法相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。注意的是，加固工程完成后，应用小锤轻轻敲击粘贴钢板，从响声判断粘接效果或用超声波法探测粘贴密度。如锚固区粘贴面积少于90%，非锚固区粘贴面积少于70%，则此粘贴无效，应剥下重新粘贴。对于重大工程，为真实检验加固效果，尚需抽样进行荷载试验，一般仅作标准使用荷载试验，即将卸去的荷载重新全部加上，其结构的变形和裂缝开展应满足设计使用要求。
总之，建筑物结构加固与改造工程是人类历史发展的客观需要。它符合科学发展观所倡导的可持续发展战略。就目前来看，上述结构加固技术还有待在实践中进一步探索，随着建筑科学技术的不断进步，新型建筑材料不断出现，更好的加固方法将会有更大拓展。

参考文献：
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