《工程加固与改造》课件

1、工程加固与改造,土 木 工 程 诊 治 与 改 造 技 术(加固方法部分）,School of Civil Engineering & Architecture of Harbin Institute of Technology,All Rights Reserved 2012,Diagnose & Treatments Technology of Civil Engineering & Architecture,工程加固与改造,一、裂缝处理应遵循下列原则原则,查清情况：结构实际状况、裂缝性状和发展情况。 鉴别裂缝性质：对结构不会恶化的裂缝，待性质明确后再处理。 明确处理目的：如是封闭或补强加

2、固。 确保结构安全：必要时采取紧急措施，防止出现恶性倒塌事故。 满足使用要求：对刚度、尺寸、空间及气密性、防渗漏、洁净度、美观方面。 保证耐久性：防止钢筋锈蚀及修补材料的耐久性。 确定合适的处理时间：在尽可能稳定后处理。 防止不必要的损伤：避免人为扩大后再修补。 改善结构使用条件，消除造成裂缝的因素：保证裂缝的不开展。 处理方式可行：效果可靠、施工方便、安全、经济合理。 满足设计要求，遵守标准规范的有关规定。,工程加固与改造,裂缝修补方法,a 压实抹平 适用范围：砼硬化前出现的早期收缩裂缝、沉缩裂缝 b 涂刷环氧浆液 适用范围：砼硬化后，表面出现宽度0.3mm，深度不大，条数较多的裂缝 处理要

3、点：先清洁需处理的表面，去除油渍污垢，并用丙酮擦洗，待干燥后反复刷涂环氧砂浆，每35min涂一次，涂层厚度1mm左右。 处理效果：可渗入深度达1684mm，能有效防止空气和水渗入。 c 粘贴玻璃丝布 d 表面缝合 e 裂缝修补专用胶压力灌浆 f 采用补强加固措施,工程加固与改造,二 地基和基础加固方法与技术,执行标准既有建筑地基基础加固设计规范GJG 123-2012,地基加固： 锚杆静压桩法 树根桩法 坑式静压桩法 石灰桩法 注浆加固法,基础加固 基础补注浆液加固法（裂缝修补） 加大基础底面积法 加深基础法 基础纠倾 卸载法,地基地基鉴定、地基基础计算、增层改造、 纠倾加固、移位加固、托换加

4、固、 事故预防与补救、加固方法、检测与监测,工程加固与改造,既有建筑地基和基础加固设计的步骤： 1、根据加固的目的，结合地基基础和上部结构的现状，考虑上部结构、基础和地基的共同作用，选择并制定加固地基、加固基础或加固上部结构刚度和加固地基基础相结合的方案。 2、对制定的各种加固方案，应分别从预期加固效果，施工难易程度，施工可行性和安全性，施工材料来源和运输条件、以及对邻近建筑和周围环境的影响等方面进行技术经济分析和比较，优选加固方法。 3、对选定的加固方法，应通过现场试验确定具体施工工艺参数和施工可行性。,工程加固与改造,锚杆静压桩法,适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等地基土的加固

5、,可采用钢材，对钢筋混凝土桩宜采用方形，边长为200300mm；桩长每节宜为1.02.5m,锚杆静压桩是利用锚杆的抗拔力将预制桩或钢管静压入土体内，通过桩承载力提高原地基承载力，当原承台承载力不足时应加固，也可设悬挑梁或抬了作为压桩的承台。,工程加固与改造,树根桩法,适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上既有建筑的修复和增层、古建筑修整、地下铁道的穿越等的加固工程,树根桩直径宜为150300mm，桩长不宜超过30m，布置可采用直桩型或网状结构斜桩型,工程加固与改造,坑式静压桩法,适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土及人工填土等地基土，且地下水位较低的情况,桩身直径宜

6、为150300mm的开口钢管或边长为150250mm的与之钢筋混凝土方桩。,工程加固与改造,石灰桩法,适用于处理地下水位以下的粘性土、粉土、松散粉细砂、淤泥、淤泥质土、杂填土或饱和黄土等地基及基础周围土体的加固,是由生石灰和粉煤灰（火山灰或其他掺合料）组成，生石灰氧化钙含量不低于70%，含粉量不得超过10%，含水量不得大于5%，最大块径不得大于50mm。常用配比1：1、1：1.5或1：2，提高桩身强度也可掺入水泥、砂和石屑。,工程加固与改造,石灰桩法的加固作用：,1 成孔挤密杂填土中，粗颗粒较多，挤密效果好；粘性土中，渗透系数小的，挤密效果差。,2 吸水作用1kg纯氧化钙吸水0.32kg，石灰

7、桩吸水65%-70%。,3 膨胀挤密吸水膨胀，在压力50-100kPa下，膨胀量20%30%。,4 发热脱水1kg氧化钙产生280卡热量，桩身温度200300。,5 离子交换软土中钠离子与石灰中的钙离子发生交换，改善了桩间土的性质，在桩身表层形成强度很高的硬层。,6 置换作用软土被强度较高的石灰桩取代，增加了复合地基的承载力，提高幅度与桩身强度和置换率有关。,工程加固与改造,注浆加固法,适用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固,分渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆,渗透注浆：浆液将土中的自由水和气体排挤出去,通过充填裂隙或空隙,胶结周围土体,形成较密实的固化体,从而提高土层的抗压强度和抗渗性。渗

8、透注浆不会引起土体体积大的变化。当地层为砂层、卵石层、碎石土等第四系地层(渗透系数大于10-4cm/s)时,宜采用渗透注浆方式。,对软弱土处理，可选用以水泥为主剂的浆液，也可选用水泥和水玻璃的双液型混合浆液，有地下水流动时不应采用单液水泥浆液,工程加固与改造,注浆孔间距1.0-2.0m,劈裂注浆的压力在沙土中，宜为0.2-0.5MPa；粘土，宜0.2-0.3MPa。对压密注浆，当采用水泥砂浆浆液时，塌落度宜为25-75mm，压力1-7MPa；塌落度小取上限值。,劈裂注浆：浆液在较高的压力下,注入到孔隙率较小的地层中。浆液在高压力作用下,沿地层的结构面产生劈裂流动,在地层中形成脉、网状分布。不规

9、则的脉、网状固结物和由于浆液压力而挤密的土体构成复合地层,从而具备一定的承载能力和止水能力。当地层为粘性土地层、埋深较大、渗透系数较小(小于10-5cm/s) 时,宜采用劈裂注浆方式。,压密注浆：采用有一定稠度或速凝型的浆液,通过压力对土体产生压密效应,从而改善土体的物理力学性能,其固结体在土体中一般呈似球体或块体状分布。,工程加固与改造,加大基础底面积法,适用于既有建筑地基承载力或基础地面积尺寸不满足设计要求时的基础加固。,设计时根据修要可不对称加宽，需注意新旧基础的接合面强度，可采用凿毛、处理界面、涂刷界面剂或增加机械连接强度等方式,对原刚性基础，加宽时需考虑刚性角是否还满足要求，否则应考

10、虑既加宽又加高。,工程加固与改造,对原毛石刚性基础采用钢筋混凝土加宽。,原柔性基础加高改为刚性基础 柱加大时好用,工程加固与改造,设置加宽底板的钢筋混凝土护套,柔性钢筋混凝土基础加宽，原钢筋是否满足,工程加固与改造,锚筋式连接,嵌入式连接,工程加固与改造,加深基础法,适用于既有建筑地基浅层有较好的涂层作为持力层且地下水位较低的情况。,d对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，自室外地面算起，当采用独立基础或条形基础时，应从地下室室内地面标高算起。,工程加固与改造,拉压桩挑梁卸荷法,卸载法适用于原地基承载力不足，又不宜采用加大基础截面方法的基础加固（一侧无法施工），提高幅度较大,工程加固与改造,基础

11、纠倾,是采用迫降纠倾、顶升（纠倾或地基土固化（低一侧）等方法纠正基础不均匀沉降的加固方法,适用于整体倾斜超过国家现行标准允许值，且影响正常、安全使用的既有建筑物,工程加固与改造,高压喷射注浆法,适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。,按注浆形式分选喷注浆（固结体为圆柱状或圆盘状）、定喷注浆（固结体为墙壁状）和摆喷注浆（固结体为扇状）三种,在浆液未硬化前，有效喷射范围内的地基因受到扰动而强度降低，容易产生附加变形，因此在处理既有建筑物或邻近既有建筑物旁施工时，应防止施工过程中的附加沉降。,通常采用控制施工速度、顺序和加快浆液凝固时间等方法防止或减小附加变形。

12、,工程加固与改造,三 混凝土结构加固方法与技术,执行标准混凝土结构加固设计规范GB 50367-2012,直接加固： 增大截面加固法 置换混凝土加固法 外粘型钢加固法 外粘钢板加固法 粘贴纤维复合材加固法 绕丝加固法 高强度钢丝绳网片-聚合物 砂浆外加层加固法,间接加固： 外加预应力加固法 增设支点加固法,与结构加固方法配合使用的技术 裂缝修补技术 混凝土锚固技术（植筋技术） 阻锈技术,工程加固与改造,增大截面加固法,要求：按现场检测结构确定的原构件混凝土强度等级不低于C10；强度提高量没有上限,适用于钢筋混凝土受弯和受压构件、基础的加固,图II.1-1 增大截面加固柱、梁示意图,工程加固与改

13、造,受弯构件加固： 受弯构件增加正截面抗拉钢筋（原截面配筋不足） 受弯构件增加截面高度（原截面承载力相差很多） 受弯构件增加受压区面积（原截面混凝土强度低或配筋很多） 受弯构件全截面加固（既加宽又加高） 受弯构件斜截面承载力加固（受剪承载力不足或截面超限）,受压构件加固,工程加固与改造,受弯构件增加正截面抗拉钢筋（原截面配筋不足）,工程加固与改造,界限相对受压区高度的计算,工程加固与改造,受弯构件增加截面高度（原截面承载力相差很多）,工程加固与改造,增加梁截面高度超过100mm的做法（砖墙上）,工程加固与改造,受弯构件增加正截面应注意使用配合技术增加界面的抗剪能力，也可通过配筋解决,配合技术包

14、括界面处理（涂刷界面剂）和界面施工要求,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,受弯构件增加受压区面积（原截面混凝土强度低或配筋很多）,工程加固与改造,工程加固与改造,受弯构件全截面加固（既加宽又加高）,工程加固与改造,工程加固与改造,受弯构件斜截面承载力加固（受剪承载力不足或截面超限）,1 当受拉区增设配筋混凝土层，并采用U形箍与原箍筋逐个焊接时,2 当增设钢筋混凝土三面围套，并采用加锚式或胶锚式箍筋时,工程加固与改造,受压构件加固： 轴心受压和偏心受压两种构件,对轴心受压构件,工程加固与改造,置换混凝土加固法,适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严

15、重缺陷的局部加固,要求： 加固梁式构件时，应对原构件加以有效的支顶 加固柱、墙等构件时，应对原结构、原构件在施工全过程中的承载力进行验算、观测和控制，出现拉应力时应考虑支顶措施 置换用混凝土强度等级较原构件高一级，且不低于C25,在置换偏心受压构件或受弯构件受压区混凝土时，区分两种情况,1 压区混凝土置换深度不小于加固后混凝土的受压区高度，按现规范计算 2 压区混凝土置换深度小于加固后混凝土的受压区高度，其正截面按照公式计算,工程加固与改造,外加预应力加固法,适用于下列场合的梁、板、柱和桁架的加固 1 原构件截面偏小或需要增加使用荷载 2 原构件需要改善其使用性能 3 原构件处于高应力、高应变

16、状态，且难以直接卸载,正截面受弯承载力不足的梁、板构件，可采用预应力水平拉杆 正截面和斜截面均需加固的梁式构件，可采用下撑式预应力拉杆 受压承载力不足的轴心受压柱、小偏心受压柱以及弯矩变号的大偏心受压柱，可采用双侧预应力撑杆，不变号可采用单侧撑杆 桁架中承载力不足的轴心受压、偏心受压和大偏心受拉柱可采用预应力拉杆。,工程加固与改造,正截面受弯承载力不足的梁构件，采用预应力水平拉杆,工程加固与改造,正截面和斜截面均需加固的梁式构件，采用下撑式钢筋预应力拉杆,工程加固与改造,正截面和斜截面均需加固的梁式构件，采用下撑式角钢预应力拉杆,工程加固与改造,预应力水平拉杆和下撑式预应力拉杆组合式补强加固方

17、法,工程加固与改造,工程应用后情况,体外预应力全景,体外张拉及节点构造,工程加固与改造,单侧预应力撑杆加固柱,工程加固与改造,双侧预应力撑杆加固柱,工程加固与改造,工程应用后情况,工程加固与改造,外粘型钢加固法,适用于需要大幅提高截面承载能力和抗震能力的梁、柱结构加固,要求：采用改性环氧树脂胶粘剂进行灌注,工程加固与改造,外粘钢板加固法,适用于对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固 不适用于素混凝土构件或最小配筋率小于现规范的构件加固 要求： 被加固的混凝土构件实测强度等级不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5MPa 正截面受弯承载力的提高幅度不应超过40% 长期使用的

18、环境温度不超过60度,破坏特征,（1）粘贴钢板达到屈服强度或被拉断； （2）钢板锚固区与基层撕脱破坏，属脆性破坏；,工程加固与改造,优点,（1）胶粘剂硬化速度快、工期短，工艺简单、施工方便； （2）胶粘剂粘接强度高于基材，可以形成一个良好的整体； （3）占用空间小，不增大截面尺寸； （4）可以提高构件的承载力，抑制裂缝开展、提高抗裂性。,缺点,（1）粘钢存在应力滞后，原构件负载越大，应力滞后越多； （2）直接受火性能差，胶粘剂受火后强度丧失快，属易然品。,外粘钢板加固法,设计构造,粘贴钢板厚度手工涂胶粘贴不应大于5mm；压力注胶粘结不应大于10mm，并应按外粘型钢加固法的焊接节点构造设计,工程

19、加固与改造,粘钢板加固板负弯矩,粘钢板加固剪力墙,工程加固与改造,工程加固与改造,三层底框架1：1足尺房屋拟动力试验,原型房屋结构试验,抗震加固房屋结构试验,用更少的投入建造更安全的住房， 这是建筑领域的高科技,工程加固与改造,破坏形态,工程加固与改造,破坏形态,工程加固与改造,破坏形态,工程加固与改造,粘贴纤维复合材加固法,适用于对钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压、小偏心受压和受拉构件的加固 不适用于素混凝土构件或最小配筋率小于现规范的构件加固 要求： 被加固的混凝土构件实测强度等级不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5MPa 正截面受弯承载力的提高幅度不应超过40%，

20、对片材不宜超过4层 长期使用的环境温度不超过60度,破坏特征,（1）粘贴钢板达到屈服强度或被拉断； （2）钢板锚固区与基层撕脱破坏，属脆性破坏；,工程加固与改造,材料要求 承重结构加固用碳纤维，必须选用聚丙烯腈基（PAN基）12K或12k以下的小丝束纤维，严禁使用大丝束纤维 承重结构加固用玻璃纤维，必须选用高强度S玻璃纤维或含碱量低于0.8%的E玻璃纤维，严禁使用A玻璃纤维或C玻璃纤维。 浸渍、粘贴纤维复合材的胶粘剂必须采用专门配置的改性环氧树脂胶粘剂，承重结构中不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等做浸渍、粘贴胶粘剂。,粘贴纤维复合材加固法,工程加固与改造,1.采用纵向粘贴于梁板构件受拉区，进行

21、抗弯加固； 2.采用封闭式粘贴、U型粘贴或侧面粘贴对梁柱构件进行受剪加固； 3.采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固。,1.加固影响范围小，施工速度快、工艺简单； 2.材料耐腐蚀，耐久性能好； 3.耐受后期变形的能力强； 4.正常使用条件下难于发挥材料的高强度。,粘贴纤维复合材加固法,适用范围,应用特点,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,环向粘贴玻璃纤维布的方法进行加固,工程加固与改造,增设支点加固法,适用于梁、板、桁架、网架等结构的加固,分为刚性支点加固法和弹性支点加固法两种,工程加固与改造,弹性支点加固法,工程加固与改造,工程加固与改

22、造,刚性支点加固法,工程加固与改造,工程加固与改造,工程加固与改造,刚性支点加固法,工程加固与改造,高强度钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固法,工程加固与改造,混凝土后锚固技术（植筋技术）,适用于钢筋混凝土构件的锚固 不适用于素混凝土、纵向钢筋配筋率低于最小配筋率的情况 预埋件浇筑混凝土前安装 后装锚固硬化混凝土，钻孔安装 优点灵活、简化工种配合，特别适合在结构工程加固改造中 新增构件为悬挑结构构件时，其原构件混凝土强度等级不得低于C25，其它构件不得低于C20 钢筋必须采用带肋钢筋 胶粘剂必须采用改性环氧类或改性乙烯基脂类，直径大于22mm应采用A级胶粘剂 长期使用的环境温度不应高于60度,工

23、程加固与改造,锚拴分类及适用范围,1)机械式锚拴膨胀螺栓、胀锚 碳素钢、合金钢、不锈钢制成 组成：锚杆、膨胀套或膨胀环、垫圈、螺帽 分类：锚固原理不同：膨胀摩擦型和孔底切槽型 预紧方法不同：扭矩控方式，位移控制方式,工程加固与改造,可靠性：粘结锚栓（化学植筋）扩孔型锚栓膨胀摩擦型锚栓 受力状态：抗剪受拉 规程规定各类锚栓适用范围见下表,适用范围,后锚固规范4.1.2 可用作非结构构件的后锚固连接，也可用于受压、中心受剪、压剪组合结构构件的后锚固连接。 4.1.3 膨胀型、扩孔型锚栓不得用于受拉、边缘受剪、拉剪组合受力的结构构件及生命线工程非结构构件的后锚固连接。 4.1.4 满足锚固深度要求的

24、化学植筋及螺杆，可应用于设防烈度不大于8度之受拉、边缘受剪、拉剪复合受力的结构构件及非结构构件的后锚固连接。,工程加固与改造,a.锚杆拔出与穿出 b.混凝土锥体拔出 c.间距影响后混凝土锥体拔出 d.边距影响后混凝土锥体拔出 e.混凝土劈 f.锚杆拉断,机械式锚栓的受拉失效形式,工程加固与改造,粘结锚栓（化学植筋）失效形式,a.锥体拔出 b.交合破坏 c.胶混破坏 d.胶筋破坏 e.锚杆或锚筋拉断,工程加固与改造,数个锚栓通过锚板共同工作。 锚杆拉断、锚栓拔出或锚杆穿出、粘结锚栓中的锚杆或锚筋拉断、胶筋或胶混破坏 引起群锚失效同单锚形式，混凝土锥体拔出和劈裂破坏失效，当锚栓间距s较小时，破坏锥

25、体交叉，承载力降低。,群锚,1 膨胀性锚栓： 2 扩孔型锚栓： 3 化学植筋：,工程加固与改造,受剪锚栓失效,a.锚杆剪坏 b.撬出破坏 c.边部楔形体破坏 d.间距影响后边部楔形体破坏 e.角部楔形体破坏,工程加固与改造,工程加固与改造,锚栓锚固质量的现场检验,分为非破坏性检验和破坏性检验,非破坏性检验随机抽取；同规格、同型号、基本相同部位的锚栓组成一个检验批，抽取数量1，且不少于三根,非破坏性检验，检验荷载应取 及 计算之较小值,工程加固与改造,非破坏性检验指定部位，当非破坏性检验不合格时，应另抽取不少于3个锚栓做破坏性检验判断。 同规格、同型号、基本相同部位的锚栓组成一个检验批，抽取数量

26、1，且不少于三根,锚栓锚固质量的现场检验,破坏性检验，锚栓极限抗拔力满足下列规定为合格：,锚栓拉力设计值；,锚栓极限抗拔力实测平均值,锚栓极限抗拔力实测最小值,锚栓极限抗拔力标准值，破坏类型不同，分别取用,锚固承载力检验系数允许值，近似取1.1,工程加固与改造,楔子快速测定法简介 1 楔子采用不锈钢制作，其形式及尺寸如下图所示：,楔子形式及尺寸（mm）,工程加固与改造,2 胶粘的试件由试板加工而成，如下图所示：,试板形式及尺寸,工程加固与改造,3 在试件非胶接区端部塞进楔子，直至楔子与试件顶端平齐，见下图。并测量初始裂缝长度l。,试件与楔块示意图,工程加固与改造,阻锈技术,混凝土结构钢筋的防锈，宜采