齊 岳,王 琨,鄭文忠
(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,150090哈爾濱,qiyue0451@126.com;2.黑龍江大學(xué)建筑工程學(xué)院,150086哈爾濱)
實(shí)際工程中經(jīng)常遇到混凝土梁、混凝土柱由于施工缺陷或建筑功能改變等原因而不能滿足承載力要求的情況.為提高梁、柱截面抗彎或抗壓承載力,常采用增大截面的加固方法[1-2].采用增大截面法對(duì)混凝土梁、混凝土柱進(jìn)行加固的過程中,常規(guī)做法是在原截面外圍綁扎鋼筋骨架后設(shè)置木模板或竹絲模板,然后澆筑混凝土,待混凝土結(jié)硬后,拆除模板.但是多數(shù)情況下,梁、柱截面所需增加的尺寸較小,采用混凝土澆筑時(shí)會(huì)遇到混凝土中的粗骨料難以進(jìn)入原構(gòu)件與新模板間隙、混凝土振搗困難等問題[3],這就造成了新增混凝土難以澆筑密實(shí),使加固效果降低.
為解決上述問題,提出了一種先在原構(gòu)件外綁扎鋼筋,再在外圍設(shè)置焊接密閉鋼模,最后灌注水泥基灌漿料的加固技術(shù),稱之為焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù).這種加固技術(shù)的特點(diǎn)在于用流動(dòng)性好且無粗骨料的水泥基灌漿料替代常規(guī)混凝土,用免拆除的密閉鋼模替代傳統(tǒng)模板.本文通過工程實(shí)例介紹了焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù),工程應(yīng)用情況表明這種新型加固技術(shù)施工簡(jiǎn)便,節(jié)省工期,加固效果良好,具有較強(qiáng)的適用性,可在加固工程中推廣應(yīng)用.
焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)是將薄鋼板焊接后作為新增部分的模板,用水泥基灌漿料替代混凝土進(jìn)行澆筑,以此來實(shí)現(xiàn)增大構(gòu)件截面,提高構(gòu)件承載力的加固技術(shù).
與常規(guī)的木模板、竹絲模板相比,焊接密閉鋼模的密閉效果較好,可保證施工過程中不漏漿,且施工后無需拆除,施工簡(jiǎn)便,節(jié)省工期[4-5].與常規(guī)混凝土相比,水泥基灌漿料不僅強(qiáng)度高,而且流動(dòng)性好,其原材料中無粗骨料,在免振搗或輕微振搗的情況下即可達(dá)到良好的澆筑效果.
水泥基灌漿料的原材料為:P.O 42.5普通硅酸鹽水泥、UEA膨脹劑和FDN高效減水劑[6],配合比如表1所示.為了測(cè)試其強(qiáng)度,制作了5個(gè)尺寸為150 mm×150 mm×300 mm的棱柱體試塊,在標(biāo)準(zhǔn)條件下自然養(yǎng)護(hù)28 d后,采用2 500 kN MTS試驗(yàn)機(jī)對(duì)試塊進(jìn)行材性試驗(yàn).壓應(yīng)力達(dá)到預(yù)估值的80%前,采用力控制,之后改為位移控制,以便測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段[7-8].試驗(yàn)裝置如圖1所示.
表1 灌漿料配合比
圖1 水泥基灌漿料材性試驗(yàn)
對(duì)材性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知:灌漿料的軸心抗壓強(qiáng)度平均值fc,m=28.1 N/mm2,彈性模量Ec=1.8×104N/mm2,其強(qiáng)度介于C30與C35混凝土之間(C30混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度平均值為26.1 N/mm2,C35混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度平均值為29.8 N/mm2),可滿足一般工程的強(qiáng)度要求[9].這種水泥基灌漿料不僅強(qiáng)度高,而且流動(dòng)性好,與混凝土相比,其原材料中無粗骨料,在免振搗或輕微振搗下即可達(dá)到良好的澆筑效果.
圖2為采用焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)對(duì)混凝土梁進(jìn)行加固的示意圖.具體施工方法為:首先將原梁底面打磨粗糙,在梁底植入錨栓,植入長(zhǎng)度不小于150 mm,間距與計(jì)算所需的新增箍筋間距相同;然后將新增箍筋與錨栓焊接連接,再穿入新增縱筋,新增縱筋的數(shù)量應(yīng)由計(jì)算確定.由于灌漿料流動(dòng)性較好,為保證鋼模與梁的左右支座之間不漏漿,在支座處設(shè)置鋼翼板,鋼翼板邊緣與支座之間采用玻璃膠進(jìn)行密封處理.
圖2 加固混凝土梁示意
圖3為采用焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)對(duì)混凝土柱加固的示意圖.具體施工方法為:首先將原柱四面打磨粗糙,并沿柱高度方向設(shè)置一定數(shù)量的錨栓,以確保原柱與新增部分之間能夠共同工作,然后增設(shè)由計(jì)算確定的鋼筋骨架(柱縱筋及箍筋),新增柱縱筋上下兩端應(yīng)植入節(jié)點(diǎn)內(nèi)部不小于400 mm,最后在外圍設(shè)置焊接密閉鋼模,并灌注水泥基灌漿料.為保證鋼模與上下樓面之間不漏漿,在樓面和柱頂之間設(shè)置鋼翼板,鋼翼板邊緣與樓板之間采用玻璃膠進(jìn)行密封處理.灌漿料灌入時(shí)應(yīng)采用壓漿機(jī)從柱底預(yù)留管道灌入,并在柱頂預(yù)留通氣孔道.當(dāng)多層柱均需要加固時(shí),應(yīng)使柱縱筋穿過樓板,以保證豎向荷載的均勻傳遞.
圖3 加固混凝土柱示意
鶴崗富力煤礦是一大型煤礦,是國(guó)家重要能源基地之一.該煤礦篩煤車間用兩個(gè)6 t動(dòng)力篩(即一次可篩煤的最大質(zhì)量為6 t的動(dòng)力篩)對(duì)地下開采的煤進(jìn)行篩分.為了適應(yīng)煤產(chǎn)量增加的生產(chǎn)需求,并提高生產(chǎn)效率,預(yù)將篩煤車間原有的6 t動(dòng)力篩更換為22 t動(dòng)力篩.動(dòng)力篩通過6個(gè)支腿放置在樓板上,動(dòng)力篩及支腿位置如圖4所示.新的動(dòng)力篩裝載量增大,工作時(shí)對(duì)樓板的作用力增大.為確保安全,對(duì)22 t動(dòng)力篩工作下的樓板及相關(guān)梁、柱進(jìn)行驗(yàn)算,并對(duì)不滿足承載力的構(gòu)件進(jìn)行加固.
圖4 動(dòng)力篩及支腿位置
按照建設(shè)單位提出的加固期間不影響正常生產(chǎn)的要求,提出了在動(dòng)力篩支腿下增設(shè)鋼梁,并用焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)加固原梁的方案,加固方案的平面布置如圖5所示.圖中XZL表示新增鋼梁,YL表示原梁.經(jīng)驗(yàn)算,過?軸、?軸的梁及相關(guān)的柱、基礎(chǔ)均有足夠的安全儲(chǔ)備,無需加固.
圖5 加固方案的平面布置
新增鋼梁采用2[16a的槽鋼,槽鋼通過與錨固在原梁上的鋼板焊接來實(shí)現(xiàn)和原梁的連接,具體做法如圖6所示.原梁的加固采用焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù),YL1的新增高度為300 mm,新增縱筋為425,新增箍筋為φ8@200.YL2的新增高度為300 mm,新增縱筋為4φ22,新增箍筋為φ8@200.具體做法如圖2所示.圖7為該工程的實(shí)際情況.
圖6 新增鋼梁與原梁的連接做法
圖7 梁加固的實(shí)際情況
在此工程中,使用了焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù),大大減少了濕作業(yè),在經(jīng)濟(jì)合理的情況下,既確保了煤礦的正常生產(chǎn),又使工程順利完成.與傳統(tǒng)的增大截面加固方法相比,焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)消除了支設(shè)木模板給正常生產(chǎn)帶來的不便,甚至停產(chǎn)的可能,減少了混凝土澆筑帶來的困難.此工程已竣工,所提出的加固方案和所達(dá)到的良好澆筑效果得到一致認(rèn)可.
鐵力市學(xué)院小區(qū)綜合樓為框架剪力墻結(jié)構(gòu),地下一層,地上十六層,總建筑面積為16590 m2,基礎(chǔ)采用梁板式筏形基礎(chǔ).當(dāng)基礎(chǔ)、地下室及地上三層施工完畢后,在對(duì)預(yù)留混凝土試塊進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn),試塊的強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求.為此,對(duì)已施工完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了混凝土強(qiáng)度測(cè)定,并用測(cè)定的強(qiáng)度核算了整體結(jié)構(gòu)是否安全,對(duì)不滿足要求的構(gòu)件進(jìn)行了加固.
為明確柱中混凝土的具體強(qiáng)度值,采用回彈法推測(cè)柱中混凝土強(qiáng)度[10].依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)數(shù)據(jù),得到柱中混凝土推定強(qiáng)度如表2所示,表2中同時(shí)給出了混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí),可以看出,地下室~地上三層的柱中混凝土強(qiáng)度等級(jí)均偏低,未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).
表2 柱中混凝土強(qiáng)度推定值與設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)
柱中混凝土強(qiáng)度雖然未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但是不代表柱一定不滿足承載力要求,這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)可能留有一定安全儲(chǔ)備的緣故.因此,根據(jù)表2中混凝土的推定強(qiáng)度計(jì)算出混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,采用混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度驗(yàn)算柱是否滿足承載力要求.驗(yàn)算結(jié)果表明,一部分柱不滿足承載力要求,需進(jìn)行加固.所需加固柱每邊需要增加的尺寸為100 mm,需要增加的縱筋為425.由于增加的尺寸較小,為保證澆筑密實(shí),采用了焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù),具體做法如圖3所示.圖8為工程的實(shí)際情況.
圖8 柱加固的實(shí)際情況
另外,此工程中有部分柱出現(xiàn)了局部混凝土酥松的現(xiàn)象,圖9為酥松混凝土已被剔除后的柱照片.對(duì)于酥松部位加固補(bǔ)強(qiáng)的具體做法如圖10所示.首先鑿去酥松的混凝土,直至露出堅(jiān)實(shí)的混凝土表層,然后采用焊接鋼板外包整個(gè)柱的薄弱部位,鋼翼板邊緣與樓板之間采用玻璃膠進(jìn)行密封處理.確保不漏漿,最后采用壓力灌漿法將孔洞灌注密實(shí).
圖9 局部混凝土酥松現(xiàn)象
圖10 柱酥松部位的加固處理
此工程中,需加固的柱較多且增加的截面尺寸均不大,使用焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)進(jìn)行加固,在提高澆筑質(zhì)量的同時(shí),大大節(jié)約了工期,降低了成本.
1)提出了一種先在原構(gòu)件外綁扎鋼筋,再在外圍設(shè)置焊接密閉鋼模,最后灌注水泥基灌漿料的加固技術(shù),稱之為焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù).這種加固技術(shù)的特點(diǎn)在于用水泥基灌漿料替代常規(guī)混凝土,用密閉鋼模替代傳統(tǒng)的模板.
2)焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)可改善傳統(tǒng)增大截面加固法在處理所需增加尺寸有限的混凝土梁和混凝土柱的過程中,混凝土中的粗骨料難以進(jìn)入原構(gòu)件與模板間隙、混凝土難以澆筑密實(shí)及振搗困難等問題.
3)焊接密閉鋼模注漿加固技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果表明,這種加固技術(shù)施工簡(jiǎn)便,節(jié)省工期,加固效果良好,具有廣泛的適用性,可在加固工程中推廣.
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