增大截面加固法

一、增大截面加固法

增大截面加固法又称为“ 外包混凝土”加固法，通过增大混凝土构件的截面和增加配筋，提高构件的承载力和刚度。该方法可加固梁式桥，也可加固拱式桥梁。该法可分为构件截面的单侧、双侧、三侧或四周外包加固。根据加固目的和要求的不同，可以是以增大断面为主的加固，也可以是增配钢筋为主的加固。

以增大断面为主时，为了保证补加混凝土正常工作，亦需适当配置构造钢筋。以增配钢筋为主时，为了保证配筋的正常工作，亦需按钢筋的间距和保护层等构造要求决定适当增大截面尺寸。加固中应将新旧钢筋以焊接，或用锚杆联结补强钢筋和原构件，同时将旧混凝土表面凿毛清洗干净，确保新旧混凝土结合良好。

该法可使用普通混凝土，强度等级建议不低于C30，当加固层较薄，钢筋较密时，可用小石子混凝土，在条件许可时可采用钢纤维混凝土加固。

二、梁桥加固增大截面加固法设计计算要点

外包混凝土加固桥梁时， 由于受到原构件应力应变的影响， 加固计算不能简单地应用整体截面的有关公式。首先应确定加固前构件的实际应力应变水平，并考虑新混凝土与旧结构协同工作的程度， 然后进行合理的计算。

1.受弯构件加固计算要点

受弯构件的外包混凝土加固设计， 应根据现场结构的实际情况， 对受压区和受拉区采取不同的加固形式。

受压区外包混凝土加固一般用于刚架拱、桁架拱等拱桥的斜腿、斜撑或弦杆的加固。

对受压区进行加固的受弯构件，其承载力、抗裂度、钢筋应力、裂缝宽度及变形计算和验算可参照现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中的方法进行。

试验研究表明，在相同弯矩作用下，二次受力叠合梁的受拉筋应力、挠度和曲率都比相同截面与配筋的一次受力整浇梁的相应值大得多。其次，二次受力叠合梁在第一次受力时是由叠合前的原混凝土承受压力，而在二次受力时，主要由后浇混凝土承受压力。这使后浇混凝土受压应变比相应整浇梁小。因此，加固计算必须考虑叠合梁二次受力的特点进行计算。

受拉区外包混凝土加固方法，一般用于梁式桥跨中部位、拱式桥的拱顶底面和拱脚顶面等受拉区。

对受拉区采用外包混凝土、增加钢筋加固的受弯构件，截面受力可按公路桥梁设计规范中一般受弯构件的规定计算，但应考虑以下不同点：

（1）新加部分承载力应乘以共同工作系数ψ进行折减。对于正弯矩截面的受弯构件中ψ =0.9；对于斜截面受剪构件ψ=0.7～0.9。

（2）加固结构截面受压区高度与一般受弯构件的受压区高度是不同的；

（3）当新加钢筋与原钢筋相距较远时，受拉区混凝土可能会出现较大裂缝，应采取适当措施，满足使用要求。

2.偏心受压构件加固计算要点

当用外包混凝土加固钢筋混凝土偏心受压构件时，应按整体截面以现行国家标准中有关公式进行正截面承载力计算。其中，新增混凝土和纵向钢筋的强度设计值应按下列规定予以折减：

（1）受压区新增混凝土和纵向钢筋的抗压强度设计值乘以0.9的系数；

（2）受拉区新增纵向钢筋考虑到钢筋的锚固性能，抗拉强度设计值乘以0.9的系数。

3.构造要求

（1) 采用外包混凝土加固时，新浇混凝土的最小厚度不应小于40mm，用喷射混凝土施工时不应小于50mm。

（2) 配制混凝土用的石子宜用坚硬耐久的卵石或碎石，最大粒径不宜大于20mm。

（3) 当采用钢筋补强时，纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm；封闭式箍筋直径不宜小于8mm。

（4) 当采用型钢和钢板补强时，应和原结构的钢筋进行联结，如采用一定数量的采用锚栓与原结构联系，切实保证力的有效传递和新增部分能够参与原结构共同受力。

（5) 加固的受力钢筋与原构件的受力钢筋间的净距不应大于20mm，并应采用短筋焊接连接；箍筋应采用封闭的或U形的箍筋，U型箍筋直径与原有箍筋直径相同，并按以下构造要求进行设置：

①加固的受力钢筋与构件的受力钢筋采用短筋焊接时，短筋的直径不应小于20mm，长度不小于5d(d为新增纵筋和原有纵筋直径的最小值)，各短筋的中距不大于500mm；

②当用混凝土围套进行加固时，应设置封闭箍筋；

③当用单侧或双侧加固时，应设置U型箍筋。U型箍筋应焊在原有箍筋上，单面焊缝长度为10d，双面焊缝为5d(d为U型箍筋直径)。U型箍筋还可焊在增设的锚筋上，或直接伸入锚孔内锚固,锚筋直径d不应小于10mm，锚筋距构件边沿不小于3d，且不小于40mm，

锚筋锚固深度不小于10d，并采用环氧砂浆将锚筋锚于原构件内，钻孔直径应大于锚钉直径4mm。

三、施工要点

外包混凝土加固的施工过程，应遵循下列工序和原则。为了加强新、旧混凝土的结合，应对原构件混凝土存在的缺陷清理至密实部位，并将构件表面凿毛，要求打成麻坑或沟槽，沟槽深度不宜小于6mm，间距不宜大于箍筋的间距或200mm。当采用三面或四面外包方法加固桥梁构件时，应将构件的棱角敲掉，同时应除去浮碴、尘土。原有混凝土表面应冲洗干净， 浇筑混凝土前， 原混凝土表面应以水泥浆等界面剂进行处理，以加强新、旧混凝土的结合。同时还应对原有和新设受力钢筋应进行除锈处理。有条件时，在受力钢筋施焊前采取卸荷或支顶措施，并逐根分区分段分层进行焊接，以减少原受力钢筋的热变形，使原结构的承载力不致遭受较大影响。

外包混凝土加固法施工不如整浇混凝土构件方便，必须采取措施，保证模板搭设、钢筋安置以及新混凝土的浇筑和振捣的质量，以达到混凝土密实要求。同时，应加强新浇混凝土的养护，养护期最好达14d以上。对于板梁，主要考虑增设板梁底面的加强主筋和截面；对于T形梁除考虑增设梁底主筋和截面外，还须考虑设置套箍，二者施工步骤有一定区别。

采用板梁增大截面和配筋加固法时主要应考虑梁的抗弯截面强度不足，需在其受拉区增设补强主筋，并使之与原主筋能够连结牢固，共同工作。

施工步骤如下：

（1) 凿槽、配设补强钢筋。先沿着原构件底部主筋部位下面凿槽。槽不宜过宽过深，以不影响补强钢筋的放置及焊接为度，并尽量减少原主筋周围混凝土的握裹力损失。凿好槽后， 剪断原有钢筋后设置补强钢筋。

（2) 将补强钢筋与原主筋焊接。焊接时一般可采用焊一段空一段的间断焊接方式(焊缝长约60～80mm)，以免温度过高影响混凝土质量。剪断的箍筋可焊在补强钢筋上，使其形成较为牢固的钢筋骨架。

（3) 将板梁底部混凝土表面凿毛、洗净。为保证新旧混凝土的结合，减少因变形而产生的结合裂缝，在喷涂砂桨或浇筑混凝土前，应用高压水冲除结合部位的余灰，并使其湿润。

（4) 喷涂或浇筑砂浆或混凝土覆盖层，以形成新旧钢筋混凝土结合良好的断面。混凝土或砂浆覆盖层不宜太薄，厚度应符合钢筋混凝土截面保护层的要求。

（5) 加强新浇水泥砂浆层或混凝土层的养生工作，避免因过早行车而影响工程质量。

（6) 为避免影响桥下通航通车，可采用悬挂式脚手架的形式进行施工。

某钢筋混凝土板梁加固断面示意图

上图给出了一个板梁桥加固示例，使用时可参照。

T型梁增大截面和配筋加固一般是在梁底及腹板加设钢筋（梁的竖向设钢筋箍以加强抗剪能力），然后喷涂或浇筑一层砂浆或混凝土以增大梁截面，施工步骤如下：

（1) 将梁底面的混凝土保护层凿除，将两侧腹板表面凿毛，要求将表面砂浆凿出粗纹，露出石子颗粒。凿毛后随即进行焊接钢筋及浇筑混凝土的工作，以免凿毛部位污染，影响新旧混凝土的结合。

（2) 在暴露的原有主钢筋上焊接需要的补强钢筋，通过计算确定补强筋的尺寸与数量。

（3) 在侧面腹板上设置需要补强的钢筋箍，通过计算确定钢筋箍的距离。

（4) 用埋入梁中的销钉将钢筋箍固定，并用铁丝与纵向加固钢筋扎结起来(或焊接)。

钢筋箍的上端应埋入主梁中。

（5) 立模浇筑小石子混凝士，并恢复保护层。

这一加固方法不仅适用于梁桥，对有些拱桥也是适用的，如双曲拱桥在拱肋刚度不足或拱肋严重破损的情况下， 对拱肋采用增大截面和配筋加固的方法见下图。

其加固设计简述如下：

（1）采用部分拱肋外包混凝土，加大拱肋截面的方法进行补强加固，并增设横系梁，每孔五道。

（2）由于原桥拱肋存在不同程度的变形，施工中拱肋外包混凝土下缘按原拱腹线下最小625px控制，要求下缘线形平顺光滑，这一点在底模支立时非常重要。

（3）在桥梁调查时并未对每根拱肋都进行量侧，由于各拱肋间存在变形差异，施工前应对外包混凝土的拱肋进行复测，以便放样和下料时作出相应的调整。

（4）拱肋外包混凝土每肋在满堂支架上进行浇注，增设拱肋对应位置处应由拱脚向拱顶同时浇注。

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建筑加固要针对不同的情况,选择合适的方法,这样才能取得经济、安全的效果。

基本方法主要有:

(1)增大截面加固法:

根据原结构构造和受力的实际情况,选用在受压区或受拉区增设现浇钢筋混凝土外加层。适用于梁、板、柱、墙和一般构造的混凝土的加固。当柱轴压比不满足要求时,应用较多。

该法的优点是施工简单,应用面较广,适用性强;缺点是施工湿作业比较长,养护周期较长,截面增大对结构外观及房屋净空有一定影响。

(2)置换混凝土加固法:

建筑加固的这项置换混凝土加固法用强度高、韧性好的混凝土材料置换原有结构强度低、韧性差的构件材料,以提高结构的整体强度、刚度和承载力。

适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固。该法的优点是工艺简单,占用空间小,不影响使用功能,造价较低;缺点是湿作业时间较长。

(3)外加预应力加固法:

采用高强度钢筋或型钢,在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆,通过施加预应力,使体筑的老化、新建筑使用功能的改变以及其他灾害或意外给建筑加固带来了良好的前景，外拉杆与被加围件共同受力,克服被围构件的应力超前现象,改变原有截面的受力特征,提高加固后体系的承载力和刚度。

该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其使用荷载;

2)原构件需要改善其使用性能;

3)原构件处于高应力、应变状态,且难以直接卸除其结构上的荷载。

该法的优点是:占用空间小,施工周期短,加固效果好,提升幅度大;缺点是技术要求高,施工难度大。

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