1浙江省省直建筑设计院 310000；2浙江省省直建筑设计院（临安分院） 310000
摘要：围绕建筑工程结构的加固设计，首先介绍工程结构加固的必要性以及加固技术发展的概况，然后具体说明一些常用的加固技术及其优缺点。
关键词：必要性 地基加固 砌体加固 混凝土加固 钢结构加固
我国建成各类工业项目、公用和民用等建筑物项目近百万个，建筑面积约数十亿m2，原旧建筑的处理方式基本上都是大量拆除后，重新建设。这样将产生巨大的资源浪费和重新建设的巨大投资，旧建筑拆除后产生大量的建筑垃圾，不但严重污染了城市周边的环境，并且又要花费大量资金的投入；此外，随着经济建设的发展，不少既有建筑物需要增加房屋高度、提高使用荷载、加大空间、加层等的改造。所以建筑鉴定、维修、加固和改造已经提上议事日程。
1、地基加固
1.1换土法
当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯实至密实。
换填法是将基础底面天然的或后天形成的软弱土层挖去或部分挖去, 分层回填强度高、压缩性低且无腐蚀性的砂石、素土、灰土、工业废料等材料, 压实后作为基础持力层。
常见的有换填砂卵石和灰土法。其主要作用表现为以下几个方面：换填强度较高的垫层材料后, 可以有效地提高地基的承载力；换填压缩性较低的材料后, 可减少建筑物的沉降量；换填透水性较大的材料(砂石) , 可使基础下面的孔隙水压力迅速消散, 避免基土的塑性破坏, 并可加速垫层下软弱土层的固结及其强度提高。另外换填砂石等材料, 因其颗粒粗大、孔隙大、无毛细水现象, 可以防止材料受冻而造成的冻胀, 如很多建筑物的散水和台阶以及道路的面层下均铺一定厚度的砂石,就是这个道理；在湿陷性黄土地基中, 用素土或灰土材料置换黄土, 可消除湿陷变形, 同时, 换填后的材料因其密实度增加, 还可做为防水层, 减少下卧天然黄土层被水浸泡的可能性；换填法除能满足上述要求外, 在对环保要求较高的现代社会, 它基本对周边环境不构成噪声、水质污染、大气污染、地面泥浆污染等, 只有一定的振动感, 但波及范围较小。
1.2预压法
预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是，在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，提高地基承载力和稳定性。堆载预压法处理深度一般达10m左右，真空预压法处理深度可达15m左右。
1.3强夯法
强夯法是法国L?梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法，即用几十吨重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。实践证明，经夯击后的地基承载力可提高2～5倍，压缩性可降低200～500%，影响深度在10m以上。
1.4振冲法
振冲法是振动水冲击法的简称，按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。
1.5深层搅拌法
深层搅拌法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械，在地基中将水泥和土体强制拌和，使软弱土硬结成整体，形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙，处理深度可达8～12m。施工过程：定位—沉入到底部—喷浆搅拌（上升）—重复搅拌（下沉）—重复搅拌（上升）—完毕。
1.6土或灰土挤密桩法
土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时，桩孔部位的土被侧向挤出，从而使桩周土得以加密。土桩及灰土桩挤密地基，是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。土桩及灰土桩法的特点是：就地取材，以土治土，原位处理、深层加密和费用较低。
2、砌体结构的加固
砌体结构的加固方法分为直接加固与间接加固两类。
2.1 砌体结构的直接加固方法：
（1）钢筋混凝土外加层加固法；（2）钢筋水泥砂浆外加层加固法；（3）增设扶壁柱加固法等。
2.2 砌体结构的间接加固方法：
（1）无粘结外包型钢加固法；（2）预应力撑杆加固法。
2.3 砌体结构构造性加固与修补：
（1）增设圈梁加固；（2）增设梁垫加固；（3）砌体局部拆砌；（4）砌体裂缝修补等。
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3、混凝土结构的加固
混凝土结构的加固种类较多，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
3.1加大截面加固法
在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。
在适筋范围内，混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面，通过新加部分和原构件共同工作，可有效地提高构件承载力，改善正常使用性能。
加大截面加固法施工工艺简单、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间长，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。
3.2置换混凝土加固法
置换混凝土加固法是剔除部分陈旧的混凝土，置换成新的混凝土，新混凝土的强度等级应比原结构、构件提高一级，且不得低于c20级。比较适用于钢筋混凝土构件的局部加强处理，有时也用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等钢筋混凝土结构构件的加固。
置换混凝土加固法构件加固后不影响结构原先的净空，能恢复结构原先的外观。但是存在施工的湿作业时间长、养护时间较长的缺点，而且剔除陈旧混凝土的工作量大，容易伤及原构件的钢筋，所以在施工过程中对原构件可能造成的屈服、疲劳、失稳等破坏状态要进行全面严密的评估。
3.3粘钢加固法
外部粘钢加固法是在钢筋混凝土受弯构件承载力不足区段（正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，使其整体工作共同受力，以提高结构构件承载力的一种加固方法。该方法的实质是一科体外配筋，提高原构件的配筋量，从而相应提高构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面的性能，适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
粘钢加固法施工方便快捷，现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对结构的外形、净空等影响较小，在施工过程中刘生产和生活无显著影响。因此在房屋建筑领域和公路桥梁领域中都得到了普遍采用。但是该法加固对结构胶的要求较高，结构胶必须是强度高、粘结力强、耐老化、弹性模量高、线膨胀系数小、具有一定弹性，其加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平，所以在设计施工过程中必须要非常慎重。
3.4预应力加固法
预应力加固法是一种采用外加预应力钢拉杆(分水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆)或撑杆，对结构进行加固的方法。预应力加固法广泛用于混凝土梁、板等受弯构件以及混凝土柱(用预应力顶撑加固)的加固，具有广泛的应用前景。该法加固效果好而且费用低，但增加了施加预应力的工序和设备。
3.5植筋技术
植筋技术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。如：施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救，构件加大截面加固的补筋，上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。
3.6钢结构的加固
减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。
4、工程结构加固的基本原则
混凝土加固方法有许多种，如前所述，但各自都适用于不同的情况。各种加固方法的选择又根据可靠性签定结果、结构功能降低及加固原因，结合结构的特点，新的功能要求，当地具体条件等因素，按照加固效果安全可靠、经济合理、施工简便原则来综合分析确定。这其中静力加固应考虑二次受力特点，加固重点侧重于结构承载力的提高上。
而抗震加固的重点则侧重考虑结构的整体性和延性上。在加固设计中，同样要遵循强柱弱粱、强剪弱弯、强节点、强锚固的原则，以保证加固后的结构有较好的延性，在地震作用下具有较大的内力重分布和耗散地震能量的能力。还需考虑局部加固后，结构的薄弱环节可能发生转移，应采用二次验算的方法进行加固后的验算。同时，为了达到抗震加固的效果，又达到节省材料、降低造价目的，只要条件许可，实际加固工程中应采取多种措施尽量卸荷。
5、结语
对建筑工程的加固改造方案多种多样，因此在具体的工程中我们应该根据实际情况选择合适的加固方案，如果对假设加固完成后结构的分析结果反映所采用的加固方案仍存在修改完善的必要，应该对加固方案进行必要的修改和完善。加固技术的发展离不开创新，近年来，随着材料科学和计算机技术的发展，可以积极的采用合适的新材料到工程结构的加固之中，同时积极利用计算机技术对各种数据进行分析，可以极大地减少人工量，省时省力。
参考文献：
[1]袁海军、姜红：《建筑结构检测鉴定与加固手册》，中国建筑工业出版社，2003。
[2]李惠强：《建筑结构诊断鉴定与加固修复》，华中科技大学出版社，2002。
[3]王宏林：《建筑结构加固工程施工技术资料范例》，中国建材工业出版社，2011。
论文作者:王东1,王盛2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年3月下
论文发表时间:2017/7/13
标签：构件论文; 截面论文; 结构论文; 混凝土论文; 地基论文; 灰土论文; 方法论文; 《建筑学研究前沿》2017年3月下论文;