钢筋砼梁粘钢结构加固施工方法.docx

钢筋混凝土梁粘钢结构加固施工工法
1.前 言
2.工法特点
3.适用范围
4.工艺原理
5.工艺流程及操作要求
5.1工艺流程

清孔

钻孔
丙酮擦拭粘结面待用

混凝土梁裂缝修补与封闭

混凝土梁基层处理

混凝土梁卸荷

混凝土梁基面定位放线

图5.1-1 粘钢加固工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1加固材料的制作加工
1、加固用的钢板按设计要求的型号、尺寸进行裁割，裁割时要冷切，不可热割，以防止钢件变形及产生内应力。如钢件长度和宽度不能满足设计要求时，可采用焊接，但焊接后的钢件应在平台或较平滑的地面上进行找平和整形。
2、U型箍板按设计尺寸在与梁上侧加固用的钢板相交处做煨弯处理。
3、负弯矩加强筋按设计的规格、尺寸进行截割，锚固螺杆采用成品全丝螺杆，进场后按设计尺寸进行截割。
4、按设计尺寸和位置在钢板和U型箍板上打孔，孔径要符合设计要求。
5.2.2除锈，打磨
1、钢板、U型箍板应根据其锈蚀情况，用砂轮机打磨进行除锈和粗糙处理，使钢板出现金属光泽、粗糙度越大越好，打磨纹路尽量与受力方向垂直。用脱脂棉蘸丙酮拭净表面，待完全干燥后备用。
2、加固用加强筋及螺杆根据设计要求在相应位置做上标记，标示好除锈清理的长度范围，用磨光机或钢丝刷将除锈清理长度范围内的钢筋表面打磨出金属光泽为止，用脱脂棉蘸丙酮，将除锈清理长度范围内的钢筋表面擦拭干净。
5.2.3卸荷
1、为减轻和消除后粘贴钢板应力、应变滞后现象，在结构加固前宜对混凝土梁进行适量卸载。
2、卸荷方式
1）对老建筑采用拆除原有的吊顶、墙面装饰、地面面层、设备等方法，以达到卸静荷的目的。
2）卸除活荷载。
3）对一些不能卸静荷的构件，可采用千斤顶顶升的方式卸荷。
3、卸荷要点
1）对承受均布荷载的梁，应采用多点（至少2 点）均匀顶升；对于有次梁作用的主梁，每根次梁下需设1台千斤顶，顶升吨位由设计计算确定。
2）施工中采用千斤顶、挠度计及其支承体系作为支撑系统。采用以挠度值和千斤顶施力数值的双向控制参数作为卸荷依据。
3）在梁上确定粘贴钢板部位、卸荷点位、挠度计测点位，组装支撑系统各构件，在支承构件下部铺设厚度不小于50mm的木垫板。用手动砂轮机磨平挠度计测点位置，将挠度计固定到测点处。
4）将支撑柱根部和顶部垫平、固定，千斤顶施力将支撑柱对准支点顶紧，在施工时如发现挠度计示数或千斤顶压力值发生较大变化时，应停止工作，在确认安全，稳定支撑后方可继续施工。多个千斤顶卸荷应保持同步。
4、卸荷注意事项
1）无论采用那种卸荷方法，卸荷值的大小应严格按加固设计的要求来确定，不能因卸荷使被加固构件产生新的裂缝或损伤。
2）利用千斤顶卸荷时，支撑系统传力应合理可靠，防止因支撑系统传力不当，造成结构其它部位裂缝或受损。
3）支撑系统应有足够的强度和刚度，保证其承载力和变形能满足加固过程的需要。
5.2.4混凝土构件基层处理
1、若混凝土表层出现空鼓、剥落、蜂窝、腐蚀等现象，应将该部位予以凿除，凹陷处用环氧砂浆修补平整。钢筋保护层脱落处，应凿除保护层，露出钢筋，对钢筋进行除锈，用环氧砂浆修补、找平。
2、将加固区域内的梁基面不平整处用角磨机进行磨平处理，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构新面，并用空气压缩机将粉尘吹干净，直至用手触摸不粘灰为止。转角粘贴处要进行倒角处理打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。
5.2.5混凝土构件裂缝封闭
按设计要求用灌缝结构胶对混凝土构件裂缝进行封堵和灌缝封闭处理。
1、封缝应根据裂缝情况采取相应的方法：
1）环氧树脂胶泥封缝：对于不凿槽的裂缝可用环氧树脂胶泥封闭，先在裂缝两侧（ 宽20~30mm） 涂一层环氧树脂基液 后抹一层厚1mm 左右，宽20~30mm的环氧树脂胶泥，抹胶泥时应防止产生小孔和气泡，要刮平整 保证封闭可靠。
2）粘贴玻璃丝布封缝：先在裂缝两侧（宽80~100mm）涂一层环氧树脂基液 后将已除去润滑剂的玻璃丝布沿缝从一端开始粘贴密实，不得有鼓泡和皱纹，玻璃丝布可粘贴1~3层。
3）水泥砂浆封缝：对凿“V”形槽的裂缝，可用水泥砂浆封缝，可先在“V”形槽面上用毛刷涂刷一层（厚1~2mm） 环氧树脂浆液，涂刷要平整均匀，防止出现气孔和波纹，再抹水泥砂浆。
2、灌缝
1）封闭后应进行压气试漏，检查密闭效果，试漏需待封缝胶泥或砂浆有一定强度时进行，试漏前沿裂缝涂一层肥皂水，从灌浆嘴通入压缩空气 凡漏气处，应予修补密封至不漏为止。
2）灌浆前用压缩空气将孔道及裂缝吹干净，根据裂缝区域大小，可采用单孔灌浆或多孔灌浆，在一条裂缝上灌浆可由一端到另一端，灌浆时应待下一个排气嘴出浆时立即关闭转芯阀，如此顺序进行，化学浆液的灌浆压力用0.2Mpa。压力应逐渐升高，防止骤然加压，达到规定压力后，应保持压力稳定 以满足灌浆要求。
3）当吸浆率小于0.1L/min，再继续压注几分钟即可关掉进浆嘴上的转芯阀门停止灌浆。
3、将混凝土表面清理干净，保持混凝土表面光洁、平整。在粘结钢板部位用脱脂棉蘸丙酮擦拭干净，待粘贴面完全干燥后备用。
5.2.6植负弯矩加强筋
1、根据施工设计方案，结合原设计施工图纸，在支座部位梁的两侧面定出打孔位置线，做出标记。打孔处应避开梁、框架柱的主筋和箍筋位置，确保钢筋植入的位置准确，即不能浮于梁上，也不可太靠下，以保证能起到抵抗负弯矩的作用。加固示意图见图5.2.6-1、5.2.6-2、5.2.6-3。

5.2.6-1钢筋混凝土梁粘钢结构加固图

5.2.6-2 1-1剖面图
5.2.6-3 穿墙加强筋节点图

2、用冲击电钻钻通孔，保证孔壁的粗糙度。孔径的选择要严格按规范进行。
3、清孔：用钢丝刷或硬质尼龙刷清刷孔壁，将孔周围灰尘清理干净，然后用压缩空气将孔内灰尘吹出，如此反复三次清孔，清刷完毕后，用脱脂棉蘸丙酮，清刷孔洞内壁，使孔洞内最终达到清洁干燥。如遇较潮湿的情况，还须用加热棒，进行干燥处理。最后用干净脱脂棉将清洁过的孔洞严密封堵，以防有灰尘和异物落入。
4、钢筋埋植：先将处理好的钢筋插入孔内，孔两端用环氧砂浆封堵，封堵时，在一端留出注胶孔，另一端留出出气孔，待环氧砂浆凝固后方可进行高压注胶。将配制好的锚固用胶装入打胶筒内，安装打胶嘴。将锚固用胶通过注胶孔注入孔洞内，直至另一端出气孔溢出胶为止。而后，用环氧砂浆或其它材料将注胶孔及出气孔封堵死。
5、固化：插入钢筋后，应保持螺杆静止至植筋胶固化，避免外力影响。在适当位置设置警示板，防止粘胶在固化前受到碰撞或移动。
5.2.7植螺栓
1、定位：根据施工设计方案，结合原设计图纸，在混凝土梁上对需要植螺栓的部位放线定位，做出标记。定位应避开梁主筋和箍筋位置，减少对原结构的损伤，以保证一次钻孔成功，避免重钻。
2、钻孔：用冲击电钻钻孔，以确保孔壁的粗糙度。根据设计螺杆的直径和植筋技术规范确定钻孔直径。
3、清孔：清孔同植负弯矩加强筋的清孔。
4、注胶：采用专用注射胶枪注胶。胶枪的注射管应伸入孔底开始注胶，边注射边外拔。注胶量应以插入螺栓杆后有少许溢出为准，一般为孔深的2/3。
5、插螺栓：将处理好的螺栓杆慢慢的插入孔内，插入时一边向同一方向旋转，一边缓慢将螺杆插入，直至到达孔洞底部为止，应一次插入。必要时可用铁锤敲击外露螺杆端部，以确保螺杆完全插入，此时，如无锚固用胶从洞内溢出，说明注胶量不够，须将螺杆拔出，重新注胶，再次插入螺杆，直至能使胶溢出洞口。
6、固化：固化同植负弯矩加强筋。
5.2.8钢板粘结
1、结构胶调制与涂刷：JGN-II型建筑粘钢胶是由改性环氧树脂，化学助剂，固化剂及填充料组成，是双组份室温固化的高分子化学材料。A组份为稠膏状粘合剂，B组份为固化剂，A、B组份按重量比2：1（严格按产品说明书要求）比例配制并搅拌均匀。使用时按上述比例将A、B两种组份混合在一起，用转速100-300r/min的搅拌器进行搅拌，当色泽均匀，无单组份条块时即可涂胶使用。一般情况下，每平方米粘贴面积用胶量为5-7kg 。由于胶粘剂固化速度较快，故每次加固时需准确核算配胶量。涂胶前，将钢板和混凝土粘贴表面再次用丙酮擦干净，并先做好预贴试验，以防发生涂胶后两贴合面不合，预埋螺栓与孔尺寸不符等情况。预贴试验合格后，钢件和混凝土表面都要涂，胶层厚度约2-3mm左右，胶粘剂分布要均匀，以胶层内稍厚，周边稍薄为宜。JGN-II型建筑粘钢胶的工作温度宜为25℃，混合后的胶粘剂随环境温度的升高，固化速度将加快，环境温度过低或雨天湿度过大时不宜进行涂胶施工。
2、钢板粘贴与加压：钢板粘好后，应立即用特制U 形夹具夹紧，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缘挤出为度。待U形箍粘贴完毕后将预先植入的螺栓加螺母拧紧作为钢板的永久附加锚固措施。
3、固化：结构胶粘剂常温下固化，24h 可达到强度值的90%以上，此时可拆除夹具或支撑，72h可固化完全，可受力使用，若气温低于5℃，应采取人工加温，一般用红外线灯或电热毯加热保温，固化期中不得对钢板有任何扰动。
5.2.9钢板U型箍的粘结
1、依据设计施工方案的尺寸和间距在梁底及梁侧面放出钢板U型箍粘贴边线。
2、按比例将结构胶粘剂拌和均匀后，用短毛滚均匀涂抹于工作面上。
3、粘贴钢板时要从梁底部中间向两侧进行粘贴，避免施工时产生空隙影响加固效果，使U型钢板与工作面紧密结合。
4、U型钢板粘结完毕后应立即将预先植入的螺栓加螺母拧紧作为钢板的永久附加锚固措施。
5、钢板U型箍在粘贴后，养护24小时，不宜使钢板粘结面受潮、受震。
5.2.10负弯矩加强筋与钢板的连接
将负弯矩加强筋端头部分与梁口上侧的钢板进行焊接，焊缝要饱满。
5.2.11卸压检验
1、粘钢加固结构胶在常温、低温下均可良好固化。若固化温度25℃左右，24小时可撤除加压固定系统，72小时即可投入使用。若固化温度5℃左右，48小时可撤除加压固定系统，96小时即可投入使用。
2、加固构件的粘钢质量采用无破损检验方法。即外观检查钢板边缘溢胶状况，用小锤敲击钢板，检验钢板粘结密实度。检验时可用小锤轻击粘贴钢板，从音响判断粘贴效果。若锚固区有效粘结面积少于90%，非锚固区有效粘结面积少于70%，应剥离钢板，重新粘贴。
3、对于重大工程为真实检验其加固效果 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。
5.2.12防腐粉刷
加固后，钢板表面应粉刷水泥砂浆保护。如钢板表面积较大，为利于砂浆粘结，可粘一层铅丝网或点粘一层豆石，然后采用20mm厚M15水泥砂浆抹面保护，以避免钢材的腐蚀。
6.材料和机具设备
6.1材料
粘钢加固修补混凝土结构所用材料主要为钢板、螺杆、钢筋和粘贴用的建筑结构胶粘剂。
6.1.1加固用钢材
1、钢筋混凝土加固用的钢板，其品种、质量和性能应符合下列规定：
1）应采用Q235级（3号钢）或Q345级（16Mn钢）钢材，对重要结构的焊接构件，若采用Q235级钢，应采用Q235-B级钢。
2）钢材质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700,《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。
3）钢材性能的设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用。
4）不得使用无出厂合格证、无标志或无进场检验的钢材。
2、锚固件为钢螺杆时，应采用全螺纹的螺杆，不得采用锚入部位无螺纹的螺杆，螺杆的钢材等级应为Q235级或Q345级，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700,《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。
3、承重结构的锚固件为锚栓是，钢材的性能指标符合表6.1.1-1、6.1.1-2规定：

注：性能等级4.8表示：fstk=400 Mpa, fyk/fstk=0.8。

4、焊接材料的型号和质量应符合下列要求：
焊条型号应与被焊接的钢材的强度相适应。
焊条的质量应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T 5117、《低合金钢焊条》GB/T 5118的规定。
6.1.2建筑结构胶
1、承重结构用的胶粘剂按其性能分为A级胶和B级胶，对重要结构、悬挑结构、承受动力的结构采用A级胶，一般结构采用A级胶或B级胶。
2、承重结构用的胶粘剂，必须进行安全性能检验。检验时，抗剪强度标准值应根据置信水平C=0.90、保证率为95%的要求。
3、胶粘剂采用粘钢专用的改性环氧树脂胶粘剂，本工法采用JGN-Ⅱ结构胶粘贴，其安全性能指标应符合表6.1.2-1要求，其技术参数应符合6.1.2-3的要求。
表6.1.2-1 粘钢用胶粘剂安全性能指标

4、锚固用胶粘剂，其安全性能指标应符合表6.1.2-2要求。
表6.1.2-2 锚固用胶粘剂安全性能指标

约束拉拔条件下带肋钢筋与混凝土粘结强度(MPa)
C30
Ф25
l=150mm
≥11.0
≥8.5

C60
Ф25
l=125mm
≥17.0
≥14.0

表6.1.2-3 粘钢建筑结构胶的技术参数

6.2 机具设备
施工用的机具设备，视现场情况及施工面积和工期要求合理配置。一个台班所需主要机具设备参见表6.2-1。

7．质量控制
7.1标准规范
7.1.1《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-2002；
7.1.2《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001；
7.1.3《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99；
7.1.4《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006
7.2保证材料质量的控制措施
7.2.1对于进场的钢板、螺栓、钢筋等应按规范要求进行检查、验收；对不合格品必须退货，严禁投入使用。
7.2.2加固工程使用的结构胶粘剂，封闭裂缝胶粘剂及植筋用的锚固胶粘剂均应按工程用量一次进场到位。进场时，应对其品种、级别、包装、中文标志、产品合格证、出厂日期、出厂检验报告等进行检查。结构胶粘剂还应对其钢-钢拉伸抗剪强度、钢-混凝土正拉粘结强度和耐湿热老化性能等三项重要性能指标以及该胶粘剂不挥发物含量进行见证取样复验；对地震区建筑加固用的粘钢结构胶粘剂，尚应进行抗冲击剥离能力的见证取样复验；所有复验结果均须符合现行国家标准《混凝土结构加固设计规范》GB 50367的要求。
7.2.3结构胶粘剂的外观质量应无结块、分层或沉淀。若在拌胶过程中发现这些现象，应立即停止在结构加固工程中使用。
7.2.4加固用钢筋、锚杆应平直、无损伤，表面不得有裂纹、油污以及颗粒状或片状老锈，也不得将弯折钢筋敲直后作受力筋使用。
7.3施工质量保证措施
7.3.1建立健全施工质量保证体系，落实质量岗位责任制。
7.3.2施工前认真做好详细的技术交底，让所有施工人员掌握质量技术要求。
7.3.37.3.4施工中对每道工序进行严格的质量控制，认真落实三检制度，做到以工序质量保工程质量。每一道工序结束后均应按工艺要求及时进行检查，做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。
7.3.5严格控制施工现场的环境温度和湿度。工作环境的温度，由于胶本身的性能要求操作时温度在5～60℃之间。工作环境的相对湿度不大于70％，如果相对湿度过大，胶容易受潮而起鼓泡，从而影响粘贴质量。
7.3.6基底处理是结构加固中的关键工序，基底处理不应只停留在构件的表面处理，尤其对于老结构，更应对其本身检查是否有空鼓，裂缝现象，以便采取相应措施保证粘贴质量。
7.3.7保证负弯矩加强筋和钢板的位置，确保连接的可靠性。施工粘结前应根据框架柱（墙）上钻孔的位置与粘结钢板位置进行比对，若有间隙则对钢筋进行煨弯处理。
8.安全控制措施
8.1建立健全安全生产保证体系，落实安全生产岗位责任制。
8.2加强安全生产防范措施，实现施工现场安全生产的标准化、规范化、制度化、科学化。
8.3施工现场应配备相应的安全生产防护用品，所有施工人员应佩戴安全帽，操作人员应穿工作服，戴防护口罩和手套。
8.4工作场所进行封闭式施工，禁止非作业人员进入施工场地。
8.5配置粘接剂用的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。施工现场应严禁吸烟，严禁明火，并应配备必要的灭火器以备救护。
8.6结构胶粘剂配置和使用场所，必须保持通风良好。
8.7落实安全生产奖惩制度，增强职工安全生产意识，调动职工安全生产积极性。
8.8建立健全安全教育培训制度。所有员工必须进行入厂三级安全教育，电工、电焊工等特种行业操作人员都必须经有关部门培训，考核合格后，持证上岗作业。
8.9配置好安全生产设施，施工现场临时用电严格按《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005执行。
8.10落实安全检查制度，针对施工现场劳动条件、生产设备、防护用品的佩戴、违章作业等进行例行检查，确保安全生产。
9.环境保护措施
9.1建立环保体系，落实环保岗位责任。
9.2严格执行环境保护法的规定，防止空气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染。
9.3加强对作业人员的环保意识教育，进入施工现场不得高声喊叫、吹口哨，以减少噪声扰民。
9.4使用手持电动工具（手电钻等）切割机时，使用设备性能优良，噪音小的工具，施工中必须注意控制噪音，根据规定在城区内，禁止中午及晚10点到次日早6点之间进行钢板和混凝土梁的钻孔作业和钢板螺杆的切割等强噪音作业。
9.5卸荷支撑体系搭拆和材料运输、装卸、加工时，防止不必要的噪音产生，最大限度减少施工噪音污染。
9.6遵守有关场容及环境保护方面的管理制度，搞好现场卫生清洁，加强现场施工废料的管理，做到工完场清，保持场地干净。
9.7进入施工现场的各种施工机具、原材料、半成品等均按指定位置分类存放、堆放整齐，不得随意乱丢乱放
9.8擦拭混凝土和钢板用蘸有丙酮的脱脂棉、抹布及未用完的胶粘剂应专人负责，及时进行回收处理。
9.9施工中产生的建筑垃圾必须采用密闭容器调运至地面分类定点存放，严禁直接向外扬弃。
10.经济与社会效益分析
10.1本工法研究的混凝土梁负弯矩结构加固法，具有基本不增加被加固构件断面尺寸和重量，不改变构件外形和使用空间；施工简便、快捷，湿作业少，施工速度快，可避免或减少停用时间；可以有效封闭混凝土结构裂缝，延长结构使用寿命；对原结构加固效果显著，坚固耐用；节约加固材料，节省加固费用，经济效益高等优点。
10.2用传统的混凝土置换、加大构件截面等施工方法对构件进行加固，湿作业和凿除原结构混凝土工作量大，且混凝土需要硬化和强度提升时间，根据气温等条件的不同平均约需20天，而现在加固混凝土大梁结构施工工期只需5天左右的时间，这极大满足了业主可以在不停用的情况下的完成施工，为业主创造了可观的经济效益和社会效益。
10.3本工法的研究与应用在加固工程质量、施工工期、工程成本等方面取得了良好的经济效益和社会效益，同时也赢得了建设单位为提高梁支座处负弯矩承载力不足的加固提供了一种便捷、有效、可靠的方法。有利于保证工程质量、缩短工期、节能增效；此技术的应用增加了结构加固工程的技术含量，改善了职工的劳动条件，加固施工工期缩短15天左右，安全生产得到了有效保证。优质的施工加固质量为业主的安全使用、稳定生活和生产提供了可靠的保证。
11.工程实例
邯郸市丛台区逸夫艺术小学教学楼三层钢筋混凝土悬挑梁，因设计负弯矩配筋不足导致梁上侧出现裂缝，邯郸市永和学校教学楼因施工质量问题出现梁支座负弯矩处出现多条裂缝，我公司分别于2005年8月、2006年8月运用该工法对上述两项工程进行了结构加固，均保证了施工质量，混凝土梁的强度和刚度均达到了设计要求，使用效果良好。

主要完成者：常桂英 石月平 刘莺海 白献卫 韩顺江