混凝土柱加固设计方案.docx

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混凝土柱加固设计方案

南京地铁三号线房建工程

林场停车场混凝土柱加固处理

设

计

方

案

江苏华通工程检测有限公司

二〇一三年十一月

林场停车场砼框架柱加固处理设计方案说明

一、设计依据文件

（1）《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（送审稿.2008）（参照）；

（2）《混凝土结构加固技术规范》（GB50367-2006）；

（3）《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146:

2003）；

（4）《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB50728-2011）。

二、问题砼柱病害情况

（1）综合楼二层1—8轴框架柱16钢筋电渣压力焊实测值小于标准值。

（2）综合楼一层A/11、B/12、D/9，二层B/12、C/11、D/9框架柱钢筋间距不符合规范要求，二层B/12框架柱保护层过小。

（3）运转楼一层C/14、A/8、B/2框架柱钢筋间距不符合规范要求。

（4）洗车库C/3、A/1、B/1，工程车库A/7、A/1、B/2框架柱钢筋间距不符合规范要求。

（5）综合楼一层10/A、10/B、10/C三个框架柱下部被剔凿，箍筋断伤。

三、维修加固方案

建筑结构的维修加固应遵循安全、适用、经济、技术先进可靠、经久耐用、环境保护和可持续发展、美观等原则进行设计。

目前对房建框架柱行之有效的加固方案有三类，分别为：

（1）增大截面加固框架柱法：

即在钢筋混凝土受弯构件受压区增加混凝土现浇层，增加截面面积，提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚性，起到加固补强的作用。

此法现场施工的湿作业时间长，对生产生活有一定影响，且加固后的建筑物净空间有一定减少。

（2）碳纤维加固框架柱法：

即将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘接于混凝土构件的表面，利用纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。

碳纤维布加固框架柱法操作简单，稳定性好，但成本相对偏高。

（3）钢板低压注胶法加固框架柱：

将型钢和钢板包在被加固的框架柱外侧，通过结构胶将型钢和原有结构紧密地粘接在一起，通过钢板和原有框架柱共同工作来达到提高框架柱承载能力和刚度的目的。

钢板加固法具有施工方便、周期短、不需大型机械、占用使用空间小、不改变结构外形、不影响美观等优点，且相对成本较小，经济适用。

参照本工程的实际情况，采用增大截面加固框架柱的方法将占用部分预设的使用空间，且施工难度较大，可行性不高，建议采用粘贴钢板或碳纤维布的方法进行框架柱加固。

方案一：

采用钢板低压注胶法加固框架柱

采用低压注胶法将4块∠150×150×6mm角钢粘贴于柱子四角，每一柱面上的两块角钢外侧用60×4mm钢板（缀板）焊接联成整体共同参与框架柱的受力。

缀板在框架柱的上下端设加密区，加密区长度不小于1m，加密区间距为中部普通区的一半（中部缀板竖向间距400mm，加密区为200mm）。

加固成型后的框架柱如下图所示：

方案二：

采用粘贴碳纤维布法加固框架柱

使用环氧树脂胶泥修补柱表坑槽后，清理柱体表面并作找平处理，确保混凝土基面平整光滑后涂刷浸渍树脂，沿柱体表面自上而下环向粘贴碳纤维布（双层），粘贴完成检验合格后涂刷保护涂装，进行养护。

粘贴碳纤维布法加固框架柱工程实例如下图所示：

四、加固方案间的比较与建议的应用

粘贴钢板加固和粘贴碳纤维布加固的方法在本工程中均可应用，两者比较而言，碳纤维布加固的操作简易，稳定性较好，基本不占用使用空间，包钢加固的方法成本较低，经济适用，需稍微占用使用空间。

在本工程的加固实施中，建议对综合楼二层1—8轴框架柱施行包钢加固，对其他各类质量存在缺陷的框架柱施行粘贴碳纤维布加固。

对于综合楼一层10/A、10/B、10/C三个框架柱，可先将断开的箍筋重新对接焊牢并作防锈阻绣处理后使用聚合物砂浆补平剔凿的混凝土部分。

五、施工工艺及注意事项

5.1钢板低压注胶法加固框架柱

一、施工工艺

施工流程如下：

混凝土表面处理钢板表面处理焊接钢板骨架密封及通气试验配制灌注材料压力灌胶封口钢板表面防护。

1、混凝土表面处理 

（1）按设计图纸确定钢板在构件表面的位置。

（2）凿去构件与钢板结合面处不良混凝土，清除混凝土表面松散物、浮浆及油污直至完全露出坚实基层。

若表面严重凸凹不平，可用环氧胶泥修补。

（3）将处理后的混凝土结合面打磨平整，构件四角（或两角）应打磨出小圆角，然后用压缩空气吹去浮尘。

（4）用酒精或丙酮清洗混凝土结合面，要求表面无油污、无灰尘。

2、钢板表面处理 

钢板与混凝土粘接面应除锈、打磨出金属光泽，然后用酒精或丙酮清洗干净。

3、焊接钢板骨架 

（1）将角钢用卡具固定在构件预定结合面。

（2）将钢板（缀板）焊接角钢形成骨架。

4、密封及粘贴灌浆嘴 

（1）用环氧胶泥或结构胶将钢板骨架全部构件边缘密封。

（2）在钢板骨架边缘或钢板适当位置钻孔，粘贴灌浆嘴并留出排孔。

5、配制灌注材料 

将包钢灌注材料配制好，用电动搅拌机或人工进行均匀充分搅拌，搅拌时间不少于5分钟，每次搅拌量不宜多。

6、压力灌胶 

（1）将灌浆管与灌浆盒接通，启动空压机，利用压缩空气检查灌浆系统和钢板周边密封是否完好，若有问题或漏气，应修补好。

（2）将配制好的液态灌注材料装入灌浆罐内，启动空压机及灌浆装置向钢板与混凝土表面之间的空腔内灌浆，灌胶压力为0.2MPa，压力应从低逐渐升高，达到0.2MPa后应保持压力稳定。

待出浆盒溢胶后将其封闭。

再继续压注几分钟即可停止灌浆。

7、待空腔内胶体达到初凝而不外流时拆下灌（出）浆盒，再用结构胶将灌（出）浆盒处抹平、封口。

8、养护、固化 

灌注材料可在常温下养护、固化，环境温度保持在20℃以上时24小时具有一定强度，可拆除临时固定夹具，3天后可受力使用，若低于15℃，可延长养护、固化时间，根据具体情况，一般10天左右可受力使用。

也可采取人工加温养护、固化。

9、钢板表面防护处理 

包钢完成后对钢板表面进行防护处理，表面涂刷防锈漆（1层底漆，2层中层漆，2层面漆）。

二、施工注意事项 

（1）配制粘接剂的原料应密封贮存，远离火源，避免阳光直接照射。

（2）配制和使用粘接剂场所，必须保持通风良好。

（3）现场施工人员应采取一定的劳动保护措施（穿工作服，戴口罩和手套等）。

（4）工作场所应配备必要的灭火器。

（5）施工机具，照明用电必须安全可靠。

（6）钢板灌浆后上不应再焊接。

（7）灌注材料在养护、固化时注意湿水。

三、施工质量检验 

用小锤轻轻敲击钢板，检查钢板与混凝土表面粘结密实度，规范规定锚固区粘结面积不应少于90%，非锚固区粘结面积不应少于70%，如达不到则应采取补救措施。

5.2粘贴碳纤维布法加固框架柱

碳纤维布单层厚度为0.167mm，卷材长度为50～100m。

施工工艺流程：

施工准备→混凝土表面处理→底胶配制并涂刷→找平材料配制并找平处理→浸渍树脂配制并涂刷→粘贴碳纤维布→表面防护

（1）混凝土基面的处理

用钢丝轮角磨机清除混凝土表面的劣化层（剥离、蜂窝、浮浆、由于腐蚀或风化产生的水泥翻沫、脱模胶层、松散的混凝土碎屑、沥青等），并用吹风机吹净，露出干净、坚实的基面；

对于胀裂、松散、钢筋锈蚀的现象，先凿除松散部分，对锈蚀钢筋除锈阻锈处理，并用轻质修补砂浆找平。

在填补轻质修补砂浆前，先在破伤口处涂刷一遍环氧胶作为粘合剂，以确保新老混凝土粘合良好，并且不会产生裂缝，对蜂窝、麻面的大孔径孔洞，采用轻质修补砂浆填充整平，并保证混凝土保护层厚度不小于15mm，且平整度应达到5mm/m；

修补表面若有裂缝，应先对裂缝进行修补，对宽度≤0.15mm的裂缝，只作表面封闭，用专用裂缝封闭胶在其表面进行反复涂抹，使胶体渗进裂缝内，达到对裂缝的封闭修补。

对宽度＞0.15mm的裂缝，应采用恒定低压压注裂缝灌注胶对裂缝进行灌注，以达到对裂缝的修补，具体施工工艺见裂缝修补施工方案；

对基面经过剔凿、处理锈蚀露筋可能有出现急剧凹陷或构件缺损的部位，用轻质修补砂浆或碳纤维布找平材料填补修复平整或圆滑顺畅过渡，以确保平整美观；

对基面尖锐凸起的部位（混凝土构件交接部位、模板段差等）用混凝土磨片角磨机磨平凸起的转角或可能存在的混凝土模板接头处的阶梯状错位，用混凝土磨片角磨机进行倒角处理，打磨至圆滑（R≥2cm）；

清理掉打磨后基面上的粉尘、松散浮渣，并且吹净，确保粘贴基面干净、无油污并充分干燥。

（2）涂底胶

根据标准用量，算出所涂布面积的底层胶体用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按规定的比例把底胶按规定混合搅拌均匀；

用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需补强的混凝土表面，底胶涂布边界应不小于所粘贴的碳纤维布大小；

等底胶凝固至指触干燥（视施工现场气温情况，一般需1小时左右）后，如发现表面有突起毛刺，应用砂布打磨光顺，注意不能将底胶层打磨穿。

如有打磨穿的应重复前述操作步骤。

（3）找平处理

按产品生产商提供的工艺规定配制找平材料，找平材料的调制和使用注意事项与底胶相同；

底胶干燥后若发则表面上有缺损、坑洼凹陷拐角、高度差等情况，应用找平材料进行刮填修补，保证无明显高度差，缺损、坑洼平缓顶畅，转角处填补成R≥2cm的光滑圆角；

等找平材料固化至指触干燥后，如发现整平部位表面有突起毛刺，应用砂布打磨光顺。

（4）涂刷浸渍树脂

根据粘结胶的标准用量，计算出所涂布面积的需用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按粘结胶使用说明规定的比例把粘结胶主剂和固化剂置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀；

用滚刷或毛刷均匀、无遗漏地将粘结胶涂在选定的混凝土表面，粘结胶涂布面应不小于所粘贴的碳纤维布大小。

（5）粘贴碳纤维布

按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，注意不要在幅宽方向进行裁剪；

在已涂好粘结胶的混凝土表面铺覆碳纤维布，碳纤维布的铺覆方向符合设计要求，一层中各张碳纤维布之间的搭接应在纤维方向进行；

碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度不应小于100mm；搭接位置宜避开主要受力区。

当采用多条或多层加固时，其搭接位置应相互错开；

粘贴立面碳纤维布时应按照由上到下的顺序进行。

用胶辊在碳纤维布上沿纤维方向施加压力并反复碾压，使树脂胶液充分浸渍碳纤维布，消除气泡和除去多余树脂，使碳纤维布和底层充分粘结。

（6）粘贴施工完成后

经自然养护至粘结胶完全固化后，对碳纤维布粘贴面仔细检查，如果碳纤维布贴层有空鼓或气泡，可以用刀片将碳纤维布布划开（注意不要划断得太长），然后采用注射器针管将调制好的粘结胶注入空鼓或气泡内填充至密实。

应保证密实粘贴面积大于95%。

（7）碳纤维布表面防护处理

粘贴施工完成后，并检验合格后，对碳纤维布进行保护涂装，涂刷保护涂料。

进行涂装前应将基层清理干净，确保无污物、河草、霉菌、油污、脂肪、蜡状物等影响粘接力的物质；

施工应在混凝土破损修补以及裂缝整治完成后进行；

在正常的气候条件下，干燥时间大约为2小时，选择天气好且湿度小的条件施工，绝对不能在雨天施工，必须保证涂层获得充分的干燥；

使用了石油溶剂油或洗涤液的工具要进行清洗；

产品易燃，因此施工现场禁止吸烟，远离火焰或热源，应在通风良好情况下使用，不要吸入该产品的蒸汽，并采取足够的呼吸防护措施。

（8）养护要求

每道工序过程中及完工后，均应采取适当措施保证不受污染或雨水侵袭。

粘贴施工完成后，自然养护24小时内应确保不受外力冲击等干扰。

若施工过程中平均气温一般都高于15℃，自然养护至达到设计要求需要5天左右。

5.3砼剔凿区域处理

施工工艺流程：

砼表面清理→钢筋补焊、除锈处理→涂刷阻锈剂→破损修补

1、砼表面清理

采用人工凿除或高速射水法将该处松散、污损的部分清除，使该部位露出坚硬密实的部分，并保证该部位无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等影响修补效果的污物。

2、钢筋补焊、除锈处理

（1）对外露钢筋表面的氧化层应利用钢刷予以清除，直至露出新鲜坚实部分；

（2）将断开的箍筋按规范要求的焊缝长度进行对接焊接，若箍筋长度不足可采用外置同直径的短钢筋进行搭接焊接。

焊接后清除焊渣清理该部位的混凝土表面，确保表面无油污、油脂、蜡状物等影响渗透的污物。

3、钢筋阻锈处理

对外露的钢筋涂刷钢筋保护剂，该保护剂可以直接涂刷于钢筋表面，可以分层使用，每层厚度1～2mm；

4、混凝土修补处理

（1）对病害区域采用分层涂抹聚合物砂浆进行修补，使该区域达到密实平整；

（2）修补前要对新老混凝土界面进行人工凿毛处理，要求露出坚硬密实的部分（新老混凝土界面要求粗骨料露出50％，凸出表面6～10mm），并保证该部位无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等影响修补效果的物质（采用无油压缩空气仔细除尘）；

（3）采用聚合物砂浆进行修补时，对于修补较厚的部位，宜分层进行修补，施工步骤如下：

涂刷界面剂→涂抹第一层聚合物砂浆（每层厚度不宜超过2cm）→待第一层砂浆凝固→涂刷界面剂→涂抹下一层砂浆，当为多层时，应照此顺序依次进行；

5、养生

为保证养护效果，宜采用保温布包裹覆盖淋水养护，淋水养护的时间不少于7天，在养护期间应防止加固部位受到硬性冲击。

6、注意事项

（1）施工材料的使用应严格执行产品说明书的要求，拌合量每次不宜太多，控制在有效的操作时间内用完为宜；

（2）灌注复合砂浆宜在环境温度为5℃以上时进行施工，冬期施工应采取防冻措施，环境温度高于35℃，应设遮阳设备，以免材料直接在阳光下曝晒失水；

（3）材料拌合是不得随意加水稀释；

（4）界面剂的每次喷涂厚度应在1mm以下，须保证喷涂均匀，防止龟裂发生。

六、施工质量检验

一、砼剔凿区处理

砼剔凿区修补后表面应平整，无裂缝、脱层、起鼓、脱落等，修补后表面与原砼柱表面色泽基本一致。

二、包钢质量检验

（1）目测钢板边缘的溢胶，色泽应均匀，胶体应固化。

（2）钢板的有效黏结面积应不小于90%，可采用以下三种方法检查：

（1）敲击检测法；

（2）超声波检测法；（3）红外线检测法。

三、粘贴碳纤维布

1、碳纤维复合材料施工质量现场检验方法和试验要求应符合《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）的相关规定。

（1）在完成粘贴碳纤维布经24小时固化后，可用小锤锤击或其它有效探测法进行检查，按检查结果推定的有效粘贴面积不应小于设计粘贴面积的95%。

（2）当采用锤击法检查时，应将粘贴的碳纤维布区，逐区测定空鼓面积。

若单个空鼓面积不大于10000mm2，可采用钻孔注射法充胶修复；若单个空鼓面积大于10000mm2，应割除修复，重新粘贴等量碳纤维布，且各边搭接长度不小于100mm，并重新检查验收。

（3）碳纤维布与基材混凝土的正拉黏结强度，必须进行见证抽样检验，其检验结果应符合以下数据要求，若不合格，应揭去重贴，并重新检查验收。

现场检验加固材料与混凝土正拉黏结强度的合格指标

检验项目

原构件实测混凝土强度等级

检验合格指标

检验方法

正拉黏结强度及其破坏形式

C15～C25

≥1.5MPa

且为混凝土内聚力破坏

《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（送审稿.2008）

≥C30

≥2.0MPa

2、碳纤维表面保护涂装时，应无漏喷、流挂、针孔、气泡、色泽不均等异常情况。

涂装表面应均匀平整。

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