浅谈混凝土加固技术在武山铜矿井架改造工程中的应用

浅谈混凝土加固技术在武山铜矿井架改造工程中的应用
万志华
[内容提要]：武山铜矿北副井井架是矿山整个矿石提升系统中地表以上建筑物的重要组成部分，主要承担井下废石提运的功能。建于上世纪70年代，受当时经济、技术、施工条件的限制，现有结构的可靠性、安全性、结构稳定性很难满足正常生产的要求。经过专家的反复研究论证和结构技术检验、检测，决定在不改变原有结构型式的同时，对结构的柱、梁、板整体进行加固改造和维修，使井架的稳定性、承载力得到加强，延长结构的使用年限。
[关键词]：加固外包型钢加固增大截面加固植筋加固灌浆料
工程概况
武山铜矿北副井井架为钢筋混凝土框架结构，结构混凝土强度等级为C20，整个井架轴线尺寸长6m、宽5m、高22 m。井架基础中心下部为穿越地层通往井下采矿区的井垌，井架顶层设置天轮，离井架不远处设置卷扬机房；通过卷扬机产生的牵引力，由钢丝绳经过导向轮和天轮，沿井架中心垂直向下，带动箕斗进行井下矿石提运工作。该工程于1971年竣工验收并交付使用至完成加固前已使用36年。
原结构存在的主要问题
通过委托江西省建筑工程质量检测中心结构所于2007年4月，对本工程进行检测认定：① 井架钢筋混凝土框架结构平均混凝土强度评定值为13.3Mpa，低于原结构设计强度；② 梁柱混凝土平均碳化深度为15mm；③ 梁主筋平均保护层厚度为21.5mm，柱主筋平均保护层厚度为23.2 mm，斜杆主筋平均保护层厚度为24.5 mm；配筋梁、柱、斜杆表面尺寸基本符合设计要求；④ 根据罐笼实际加载50KN测得A+1.95托梁标高13.745 m、17.745 m处，B-1.95托梁标高17.745 m处，挠度值分别为0.71 mm、0.62 mm、1.15 mm，井架顶点沿钢丝绳斜拉方向的水平位移为2.1 mm；⑤ 整个框架结构局部主筋、箍筋外露，锈蚀严重；混凝土保护层脱落。
检测结果表明混凝土强度不符合原设计C20混凝土强度要求，混凝土耐久性在此工作环境中受到严重影响，结构稳定性和安全性存在严重隐患，因此，需对井架进行加固处理。
结构加固改造方案确定
根据检测鉴定结果，在满足扩产后正常生产前提条件下，对整个井架以下部位进行加固处理：
① 底层框架梁柱采用增大截面法加固。在原有梁柱四周外包钢筋骨架，用CGM灌浆料浇筑增大部分截面。
② 上部框架采用干法外包钢加固。即通过角钢焊接连接将梁柱包固在一起。
加固处理施工方法
原结构钢筋混凝土锈蚀缺损修补处理技术
先找出原结构混凝土需要凿除的部分，将开裂及松动的混凝土凿除，将钢筋
锈蚀部位的混凝土清除干净，使锈蚀区域钢筋完全悬浮。对钢筋表面斑点锈、麻锈、浮锈用钢丝轮清除干净，钢筋缺损断面大于5%的钢筋，进行除锈后用钢筋对锈蚀钢筋进行焊接补强；最后喷涂阻锈剂。最后用配制好的环氧砂浆将凿除部位的混凝土进行修补，将钢筋全部覆盖及按原尺寸补平。
增大截面加固
（1）材料选用及性能由于增大截面部分的混凝土壁厚为80mm，为便于连续施工，保证施工质量；故选用早期强度高、流动性能好、微膨胀的CGM灌浆料进行柱增大部分的浇筑。混凝土后钢筋锚固采用安全性能好、使用快捷方便的改性环氧胶粘剂（A级植筋胶），主要用于新增柱纵向钢筋与基础锚固连接。
（2）柱加固纵向钢筋与原基础锚固施工（见图1）应先挖除基础顶部至地面回填土方，露出基础顶面，将基础顶部冲洗干净。根据设计图纸对加固部位进行定位，确定加固区域，用探测仪器探测出加固区钢筋分布，错开钢筋进行定位钻孔，钻孔直径大于钢筋直径4~8mm，深度大于设计规定深度20~30 mm。用毛刷和吹风机清理孔洞灰尘，再用稀释剂将洞壁清洗干净。将配制好的结构胶慢慢的注入已清洗干净孔内，灌注量一般略多于孔深的三分之二；然后将经过清洗的钢筋慢慢的旋转压入孔内，到达孔底后，轻轻的前后左右摇动，再用锤子轻轻锤击3～5下；根据使用的情况进行结构胶的配制，配制的植筋胶应在1小时内用完。植筋完后，立即临时性固定，在固化时间内不要碰动钢筋，固定时间一般为24小时。在正式施工前进行拉拔力试验，经相关单位人员认可后方可正式使用。施工过程中，也应抽样检验核查其拉拔力是否满足要求。

（3）底层梁、柱加固钢筋布置凿除原梁、柱结构面风化酥松层，直至露出坚实基层，并用水和稀释剂清洗干净。用探测仪测出原柱主筋的位置，凿除与设计图纸配筋相对应的原梁、柱钢筋保护层用L=150mm，Φ20连接短筋将新旧钢筋焊接连接；然后在设计要求的位置用20号镀锌铁丝绑扎好。箍筋如遇梁需用电锤打眼穿孔，箍筋穿过后用改性环氧胶泥封闭密实，再压力灌注改性环氧浆液。柱纵向钢筋应保持贯通，部分钢筋不能贯通的可在梁底处截断，并与梁底部新增钢筋连接。梁的施工相对于柱比较复杂，采用四面混凝土围套，梁顶和梁侧面新增纵向主筋均绕过原柱外侧，锚固于新增钢筋混凝土柱围套内35d，梁底部钢筋与柱钢筋焊接连接，搭接长度为150mm。梁侧边中部钢筋需穿梁设置Φ10拉接钢筋，因此，在设计位置每间距400 mm用电锤打孔。穿孔处的处理方法与柱相同。（见图2）
（4）模板支设与灌浆料浇筑要点所支模板应能够承受灌浆料的自重和侧压力及施工中产生的荷载，接缝应严密，不应漏浆；在不影响其表面及轮角完整的条件先即可拆模。灌浆料应由专人配制，保证其流动性。柱灌浆料浇筑时，应由下而上逐步灌注；梁的浇筑应从中部向两侧逐步灌注，提高密实性。边注浆边用小锤轻轻敲击模板，促使灌浆料流动和检查密实情况。灌注后6小时内，由专人检查密实情况，出现漏浆立即密封，直至灌浆料固化或不能渗透流出为止。
4.3 外包型钢加固
一般部位施工技术特点及工艺流程按设计图纸要求梁、柱四角用包角
钢加固，柱角钢型号为∟80×8或∟140×90×6，梁、斜梁角钢型号为∟63×6；一般部位缀板全部采用―160×6扁钢，长度依据梁、柱截面高度或宽度选定。角钢和缀板安装时，用粘结内膨胀螺栓将钢材紧固于混凝土构件表面，在紧固螺栓的同时，要采用锤打，卡压等办法，使钢材表面间隙尽量减小，一般应大于2mm。将扁钢缀板先单边与角钢焊接，然后对缀板进行加热再焊接另一边，全部焊完后形成闭合的钢箍；所用钢缀板中心间距为400mm。（见图3）所有钢材为Q235B，手工焊条采用E43型焊条。
主要工艺流程：原柱（有裂缝）处理、原材料加工制作→柱角打磨、柱面处理→楼面钻孔→角钢安装、校正→钢缀板安装、焊接→角钢、钢缀板质量检查→砂浆补缝、泡沫嵌缝→检验→表面涂装处理
外包混凝土向包钢加固转换节点处施工由于在底层框架与第二层框架
节点转换处上层加固角钢与钢板植入在下层灌浆料中，为保证浇筑的连续性，避免在节点处留置施工缝；在浇筑底层灌浆料之前，应先对第二层框架柱脚、斜梁梁端进行包钢加固。先将柱四角∟80×8固定牢，柱脚部四周用―600×350×6钢板将角钢焊接。斜梁端部用―6钢板围绕梁四周形成钢套箍，钢套箍深入灌浆层60 mm，并在两侧分别焊接4Φ20间距100 mm，L=350 mm的钢筋锚入梁灌浆层中。等第二层柱脚和梁端包钢加固完后，才能进行底层柱、梁的灌浆料的施工，并且可以一次性施工完，还能保证节点的施工质量。（见图4）
（3）梁、斜梁节点处包钢加固施工在水平梁和斜梁交接部位施工时，应先将水平梁一般部位的施工方法全部加固好，再根据现场量出的实际尺寸，对梁端头异形板进行下料。加固时，现将两侧面异形板与已加固好的水平梁底部∟63×6（在梁支座处进行断肢处理）的角钢焊接连接。焊接拼装好后，再焊接前后和上下―6连接板，使斜梁端部形成封闭的套箍，将四角∟63×6的角钢与套箍焊接，角钢端部用―250×120×6钢板焊接牢固。（见图5）
结语
该工程整体施工难度大，涉及工作面广，在不影响正常生产条件下组织施工，
对施工单位的专业水平和领导协调能力要求很高。本工程于2008年8月完工，至今已有2年多，经多次现场检查和实际生产使用情况来看，施工质量良好；加固施工完全满足设计改造要求，同时能够满足生产的需要。在整个施工过程中总结出以下施工经验：
结构加固之前，请有资质的单位对整个结构进行检测是必要的。它对整个
加固设计方案安全性、经济性、合理性提供了重要的指导依据。
招标选择优秀的、经验丰富的专业施工队伍，可以为今后的施工质量、施
工进度；特需材料的选择，关键施工部位的检验检测提供保障。
新型材料CGM灌浆料在增大截面加固施工中比一般混凝土流动性好，施
工速度快，早期强度高，耐久性好，施工质量容易得到保证，值得推广使用。

参考文献：
吕西林．建筑结构加固设计［M］．北京：科学出版社，2001．
建筑施工手册（第四版）编写组．建筑施工手册（第四版）［M］．北京：中国建筑工业出版社，2003．
四川省建筑科学研究院．CECS25：90 混凝土结构加固技术规范［S］．北京：中国计划出版社，1992．

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