包钢灌胶加固施工工法.docx
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包钢灌胶加固施工工法
包钢灌胶加固施工工法
1特点
1.1加固后的外包粘钢与原混凝土之间能共同工作，使加固体系与原构件形成一个良好的整体，大大提高了结构整体承载力。
1.2空间占用较小，现场加固工艺简便，工期短，对周围环境影响小。
1.3大幅度提高结构构件的抗裂性，抑制裂缝开展。
2适用范围
2.1适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。
2.2适用于环境温度50C～700C，相对湿度不大于80%。
2.3当混凝土构件强度等级低于C15时，不宜采用本法加固。
3工艺原理和设计规定
加固工艺原理是采用包钢灌胶，在增加截面的部分提高梁的承载能力的同时，还因新增钢板箍的横向约束作用以及新增钢梁的纵向约束作用，使原有混凝土梁产生良好的三向应力状态，因而可以大幅度提高梁的承载力。
另因结构胶粘结的效果还使外包钢与原梁之间可靠地联结成整体。
4工艺流程及操作要求
4.1工艺流程
钢材备料及表面处理→混凝土表面处理→包钢骨架制作、焊接→吊装→高强度螺栓连接板的安装→密封及粘贴灌胶嘴→配制结构胶→压力灌胶、封口→检验→钢材面防护处理
4.2操作要点
4.2.1施工及控制原则
4.2.1.1钢材的材质，规程品种，应按照设计图纸的要求，进行采购，如需要更改代换时必须提出“业务联系单”经设计单位和监理工程师批准后方可进行；
4.2.1.2严格按照焊接规程施焊，选择合理的施焊程序，采用适当的电流及合理的焊接速度，以力求减小施焊后的结构内应力和构件的变形；
4.2.1.3利用钻模制，以保证连接板孔距的加工精度，减少因孔距误差造成的螺栓连接的强制附加内应力及剪应力；
4.2.1.4高强度螺栓摩擦面必须进行喷砂或机械打磨处理，其抗滑数按设计要求加工并通过检测部门认可后，方能进行施工和装配；
4.2.1.5高强度螺栓的采购必须是专用厂家生产并有批量生产的质量合格证件，必要时应进行抽样检验；
4.2.1.6因现场施工复杂，在吊装工件时起吊指挥人员必须规范操作，确保工件和施工人员的安全。
4.2.2钢板备料及表面处理
4.2.2.1根据设计图纸结合现场实际尺寸加工钢板及成型，按混凝土表面锚固螺栓实际位置确定钢板位置，钢板钻孔，不大于锚固螺栓直径2mm；
4.2.2.2用砂轮机对钢板表面打磨，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，要求钢板出现金属光泽、无锈迹、打磨粗糙度越大越好。
4.2.3混凝土表面处理
4.2.3.1按设计要求，结合现场原有梁的实际截面尺寸，在混凝土梁底及梁侧划线，并确定螺栓固定位置及粘贴钢板的位置。
4.2.3.2将包钢及粘贴钢板范围内的混凝土表面进行第一次处理，除去表面不良混凝土和表面疏松物、浮浆，将砼表面突出的部分凿平，使混凝土表面尽可能平整，然后用凿毛机或钢丝刷对混凝土表面打磨，并用无油空气吹除粉粒及灰尘；
4.2.3.3根据设计要求，采用结构胶对砼表面进行第二次处理，以使原有砼与钢板能够有效连接；
4.2.4包钢骨架制作、焊接
4.2.4.1放样
4.2.4.1.1放样应按施工图纸及施工现场实际情况，以1：
1的大样放出构件几何尺寸及各部分连结节点，并交质检人员检查，确定无误后，方可下料施工；
4.2.4.1.2根据大样制作样板和样杆，作为下料、弯制、切割的依据，样板和样杆应核对无误后，方可下料施工。
样板或样杆多次使用时，应进行实样复核；
4.2.4.1.3样板及样杆制作应考虑下料切割的预支留量及多层焊接的收缩余量和安装时水平基础的水平误差的留量。
4.2.4.2切割
4.2.4.2.1控制重点
钢梁安装与梁底接触面的紧密性直接影响加固工程的质量，为此，应将H型钢梁宽度加工为b+5～8mm（b为加固梁宽），以确保钢梁与混凝土梁底充分接触，从而保证受力需求；
4.2.4.2.2下料：
应按下料样板或样杆进行，下料划线宽度应控制在0.5mm～1.0mm内；
4.2.4.2.3切割：
切割时应控制切割火焰的温度、切割速度、切割缝的宽度，对于长厚板缝的切割应用自动或半自动切割机进行；
4.2.4.2.4割后应及时去掉氧化铁，气割的允许偏差及切割精度应符合所切割质量标准，对于未达到质量要求的切割截面要求进行机械打磨处理；
4.2.4.2.5下料待加工的零件应进行分类编号，并按加工的先后顺序进行堆放。
堆放时应临时加支撑点，避免因构件积压或自重引起的变形。
4.2.4.3零件加工拼接
4.2.4.3.1零件切割后应进行初步矫正，矫正的内容包括钢板的不直度、型钢挠度的不直度；
4.2.4.3.2如需要采用热加工矫正构件时，加热的温度应控制在9000C以下，对于普通碳素结构钢可进行淬火矫正；
4.2.4.3.3矫正后的钢材表面，不应有明显的凹面和损伤，划痕深度不得大于0.5mm，大于0.5mm时应进行焊补并打磨平整；
4.2.4.3.4H型钢翼板拼缝和腹板拼缝的间距应大于200mm。
4.2.4.4焊接H型钢梁
4.2.4.4.1焊接材料应按图纸技术要求进行采购，手工焊剂牌号为E53型，CO2气体保护焊系为H08Mn2Si；
4.2.4.4.2焊接药剂必须干燥才能使用，如发现潮湿必须进行烘焙，烘焙温度应按焊条说明书进行；
4.2.4.4.3H型钢梁在组装前应对腹板、翼缘板进行矫平处理，需坡口焊的应按设计要求对腹板边缘进行坡口加工，确保焊缝质量；
4.2.4.4.4焊接必须按照钢结构焊接规程“（JGJ81-2002）”）进行，焊工应是熟练的焊工并备有资格操作证；
4.2.4.4.5对H型钢应采用CO2气体保护，可减少焊接变形，确保焊接缝的质量；
4.2.4.4.6对于钢板焊缝的转角处必须进行包角焊，对于多层焊接，每一层焊完后应及时进行清理检查，缺陷清除后再进行下一道施焊；
4.2.4.4.7定位焊的焊缝厚度不大于设计焊缝厚度的2/3，且不应大于8mm，焊缝长度不宜小于25mm，定位焊的位置应置于焊道内；
4.2.4.4.8焊缝出现裂纹，焊工不得擅自处理，应报技术负责人，待原因查出后，拿出具体的补修方案报设计院及监理公司审批后再处理，焊缝同一部份的返工次数不宜超过两次，当超过两次时，应按返修工艺进行；
4.2.4.4.9焊接完毕后焊工应清理焊缝表面的溶渣及两侧飞溅物，检查焊缝外观质量，并交质检人员进行检验；
4.2.4.4.10为尽量减少翼缘板施焊后的变形挠度，可将上下翼缘板进行“∧”折弯处理（即反变形的方法进行组装施焊），反变形的数值一般为5mm，也可按实际经验取值；
4.2.4.4.11腹板与翼缘组装间隙为1.5mm～2.0mm，以确保施焊的熔透量，组装的定位焊缝，厚度不应大于设计焊缝厚2/3且不应大于8mm，其焊缝长度不宜小于25mm；
4.2.4.4.12H型钢施焊完后，应对整个钢梁进行变形矫正，矫正方式可用滚压机或淬火矫正的方式进行。
4.2.4.5制孔
4.2.4.5.1本结构的构件装配连接均采用螺栓连接，螺栓孔的分组较多，数量较大，必须在熟悉图纸要求时，才能制孔，根据设计图纸结合现场实际尺寸，按混凝土表面锚固螺栓实际位置确定钢板位置，钢板钻孔，不大于锚固螺栓直径2mm；
4.2.4.5.2为保证制孔的精度和偏差，每组板在制孔时应在模板中进行，模板必须检验合格后才能使用。
4.2.4.6摩擦面的加工
4.2.4.6.1摩擦面的加工可以用喷砂或机械打磨的方法进行；
4.2.4.6.2磨擦面加工时，其操作方法必须沿水平方向或垂直方向进行，不许交叉作业；
4.2.4.6.3经处理的磨擦面必须进行抗滑系数试验，按设计要求进行；
4.2.4.6.4磨擦面装配必须与构件受力的方向相垂直；
4.2.4.6.5好的磨擦面不得有飞边、毛刺、焊疤或污损。
4.2.5现场吊装：
4.2.5.1吊动前应对起吊设备、起吊索具等进行全面的检查，吊装的辅助设备事先要配齐（如吊装时上、下楼层需使用的对讲机），用于吊动的吊环、眼板应焊接牢固，避免吊运过程中发生机具和人身事故；
4.2.5.2吊装前，在加固梁两侧楼板处按间距2000开设辅助吊装孔，用手动葫芦进行均匀起吊，采用水准仪及踏尺对起吊进程进行监控，力求保证平衡吊装，将钢梁变形量控制在最小；
4.2.5.3安装前由于运输、搬动、堆放、吊装等引起构件的变形、涂导脱落，应进行矫正和补修；
4.2.5.4起吊过程中应统一指挥，协同作战，杜绝乱指挥和工作混乱局面的出现；
4.2.5.5吊钩在构件安装连接牢固后，应听从指令人员的命令才能脱钩；
4.2.6高强度螺栓连接板的安装
4.2.6.1安装前必须对连接板进行外观检查，应消除飞边、毛刺、飞溅物，磨擦面应保持干燥、平整；
4.2.6.2磨擦面的装配必须与构件的受力方向相垂直，其接触面要平整，当接触面有间隙时，小于1mm可以不处理，大于1～3mm间隙时，应将高出的一侧按1：
10打磨成斜面，打磨的方向应与受力方向相垂直；
4.2.6.3安装高强度螺栓时，螺栓应自己穿入孔内，不得强行敲打，并不得气割扩孔，穿入方向宜一致，便于操作；
4.2.6.4高强度螺栓应按一定顺序拧紧，宜由中央向外顺序拧紧，并应在当天终拧完毕（高强度螺栓拧紧分为：
初拧和终拧）。
4.2.7密封及粘贴灌浆嘴
4.2.7.1用YZJ-3结构胶（包钢灌注型）将钢构件全部边缘密封：
用批刀将边胶挤压入钢梁顶及钢板箍侧，使钢梁、钢板箍与混凝土间隔缝隙控制在4～6mm内；
4.2.7.2密封后的钢梁不得锤击、焊接或振动；
4.2.7.3密封前必须根据各构件具体结构形式确定入胶口、出气口的位置及数量，用YZJ-3结构胶粘贴灌浆嘴并留出排气孔。
4.2.8配置YZJ-3结构胶
现场由专人配制YZJ-3结构胶，将包钢灌注结构胶按比例混合，用电动搅拌机进行均匀充分搅拌，搅拌时间不少于5分钟，调制好的结构胶应在1小时内使用完毕。
4.2.9压力灌胶、封口（所有焊接工作完成后）
4.2.9.1待结构胶强度达到终凝时，将灌浆管与灌浆嘴接通后，启动空气压缩机，利用压缩空气检查灌浆系统和钢板周围密封是否完好，若空压机压力表达到0.4MPa，则说明密封完好，可以进入下一道工序的施工；若压力达不到0.4MPa，则说明密封有问题或漏气，应修补好后再进入下一道工序的施工；
4.2.9.2将调制好的液态结构胶装入灌浆罐内，启动空压机及灌浆装置向钢梁（钢板）与混凝土面的空腔内灌浆，灌胶压力为0.2MPa，胶体从灌胶嘴压入，当最后一个排气孔出浆后，停止加压，用密封胶堵孔，再以较低压力维持10分钟以上方可停止灌胶；
4.2.9.3待空腔内胶体达到初凝而不外流时拆下灌浆盒，再用结构胶将灌浆盒处抹平、封口。
4.2.10检验
胶体固化（3d）后进行包钢灌注施工质量自检，根据国家规范CECS25：
90要求，用小锤轻轻敲击钢梁、钢板，从音响判断灌注胶的效果，并画出灌胶空鼓的范围；锚固区灌注胶空鼓不得大于5%，非锚固区灌注胶空鼓不得大于10%为合格，否则应进行返工，具体做法是空鼓部位钻孔重新灌注。
4.2.11钢材面防护处理
4.2.11.1除锈
钢板、钢梁除锈质量是关系到涂料能否获得良好的防腐、防火效果的关键因素，本结构采用喷砂除锈和机械电动钢刷除锈辅以手工打磨的除锈方法，除锈完成后，应报检验人员验收，合格后方能进行下道工序；
4.2.11.2油漆
4.2.11.2.1涂漆前应将钢板、钢梁表面进行清理，除掉钢材表面残留的油污、水锈、浮尘等附着物；
4.2.11.2.2涂漆工作的施工环境要求：
空气湿度80%以上、温度50C度以下、有雾、雨的天气和较大的灰尘时禁止施工，禁止户外作业；
4.2.11.2.3每一层涂漆完工后，必须按油漆说明中的要求，保证漆膜全干后，方能涂下一道油漆，以避免漆未干引起的油漆层之间夹水，导致油漆层间剥离，影响防腐、防火性能和降低使用寿命；
4.2.11.2.4涂漆以喷涂为主，辅以手工刷漆，喷涂前应注意外部环境的影响（如风级、风向等），保证漆膜厚度和结构油漆用量；
4.2.11.2.5对于梁的组装件及其它散装的构件应涂红丹防锈底漆二道，面层刷25um醇酸面漆两道，保证干漆膜总厚度室外不小于150um，室内不小于125um。
5材料
包钢灌胶加固的主要材料为建筑结构胶、型钢、钢板及螺栓。
5.1结构胶及锚固胶应禁止采用环氧树脂类胶粘剂。
胶粘剂要求抗严寒、防老化和耐酸碱，常温下无蠕变，有较好的抗震、抗疲劳性能及耐久性；目前使用较多的是YZJ-3包钢灌注型结构胶。
YZJ-3型结构胶由A、B两种组份组成。
A组份为白色粘稠液体，B组份为黑色粘稠液体，两种组份按A：
B=4：
1（重量）混合均匀使用。
其各项性能指标见表5.1。
表5.1
序号
检验项目
计量单位
检验数量
检验结果（平均值）
试验方法或条件
1
抗压强度
MPa
5
70.98
GB/T2569-1995
2
抗拉强度
MPa
5
35.57
GB/T2568-1995
3
抗剪强度
MPa
5
22.03
压剪
4
抗折强度
MPa
5
45.10
GB/T2570-1995
5
粘结拉剪强度（钢-钢）
MPa
3
18.10
GB7124-86
6
粘结正拉强度（钢-混凝土）
MPa
6
2.58
碳纤维《规程》附录A
7
弹性模量
GPa
3
4.50
GB/T2568-1995
8
泊松比
3
0.38
GB/T2568-1995
9
耐久性能
小时
25
2000小时强度不降低
GB/T14522-93
10
疲劳
万次
3
200
（不破坏）
GBJ17-88
11
工作环境
0C
5
-40～70
12
配合比（重量）
A组份：
B组份=4：
1
5.2加固用钢板及型钢一般采用Q235或18Mn钢为宜，钢板、连接螺栓及焊缝强度的设计值，应按先行国家标准《钢结构设计规范》规定采用。
6机具设备
包钢灌胶加固的机具设备，视现场情况及施工面积和工期要求合理配置。
一个班组所需主要机具设备参见表6-1。
施工机具表表6-1
序号
名称
型号
数量
1
磁座钻
ZBK64017-89
5台
2
空压机
2台
3
电锤
HITIL
2把
4
手持风机
2把
5
角磨机
4把
6
钻床
1台
7
无齿锯
1台
8
电焊机
1台
9
毛刷
5把
10
扳手
5把
11
切割锯
1台
12
灌浆设备
1套
13
手动葫芦
3套
7劳动力组织及安全
7.1劳动力组织
视现场工期及施工面积确定班组数，每班组约20人，工长1人、工程技术员1人、安全员1人、质检员1人、电工1人、电焊工1人、专业工人14人。
焊接、安装25工日/吨，灌胶6～7工日/m2。
7.2安全
7.2.1配制灌注用的原料应密封贮存，远离火源，避免阳光直接照射。
7.2.2操作员应穿工作服，戴防护口罩、手套和安全帽，施工人员严禁在现场吸烟。
7.2.3要定期对用电设备进行检查维修。
7.2.4钢梁吊装时应注意安全。
7.2.5丙酮必须远离火源操作或放置。
8质量标准
8.1工程验收时必须有钢板、型钢、建筑结构胶、螺栓的材质证明、复试报告；螺栓拉拔试验、扭矩系数及抗滑移系数检测报告；焊接质量超声波探伤检测报告以及灌胶空鼓检测报告。
8.2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。
8.3关键控制点
8.3.1工作环境的温度，由于胶本身的性能要求，虽然胶能够抗严寒，但考虑胶的凝固及质量控制要求，操作时温度宜在50C～700C之间。
8.3.2工作环境的相对湿度不大于80%，如果相对湿度过大，胶容易受潮而起鼓泡，从而影响胶的灌注质量。
8.6.3基底处理是关键工序，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质量。
8.6.4灌胶时，一定要避免先灌后焊，因焊接温度过高，容易引起结构胶老化而失效。
8.6.5包钢用型钢、钢板与原构件宜采用内爆胀锚螺栓连接，在孔中灌注结构胶。
9效益分析
9.1本工法为加固改造设计及施工提供了新途径。
9.2对一些因改变使用功能从而虚对局部构件进行补强的建筑物，采用包钢加固取得了良好的社会效应。
9.3钢梁制作安装费用可按各地区的费用定额进行计算；外包钢梁（钢板箍并入钢梁）灌胶的材料直接费约800元/m2，基底处理费约3m2/工日，Φ12内爆胀锚螺栓25～30元/个，Φ16内爆胀锚螺栓30～35元/个，Φ20内爆胀锚螺栓50～60元/个。
9.4采用包钢灌胶工艺，能够满足受力要求，可以节约加固替代的钢筋混凝土结构，从而创造出社会经济效益。
附件：
中电武汉电子广场包钢灌胶加固工程简介
该工程为97年停建的烂尾楼工程，地处武汉市繁华地段——中山大道与友谊路的十字交汇处。
该工程已建地下二层、地上八层裙楼结构，占地建筑面积为8000m2左右。
基于商机考虑，下面八层裙楼作为电子市场，两层地下结构作为超市和地下停车库，在裙楼屋面上再续建两栋塔楼作为高级商住楼。
本工程塔楼以前设计为写字楼，现改为商住楼，由于使用功能发生改变，为了满足消防要求，需在裙楼部分增设四步消防楼梯。
由于原有结构已经施工完成，若按常规方法，需将新增楼梯范围处的梁板混凝土破除，重新采用植筋方式锚固钢筋、浇筑钢筋混凝土。
采用此工艺，将占用大量的时间及使用大量的人、材、机，势必造成许多浪费。
为此，本工程采用包钢灌胶工艺对楼梯周边梁进行加固，采用钢梁灌胶后与原有梁共同工作的原理，同样满足了结构受力要求，从而创造了经济效益。
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