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【转】什么是砖石结构体内隐形修复加固技术?

来源:中国建筑加固改造与病害处理网 浏览:109次 发布日期: 2018-05-22 14:10

体内隐形修复,顾名思义,是在建筑构件体内实施,且构件表面不受改变的修复方法。其修复的目的,是在保护建筑原立面风貌的基础上,增强原构件的承载能力,提升建筑物的使用荷载、提高建筑物的抗震等级以及延续原建筑的使用寿命。


修复加固技术的
载体:锚杆


锚杆,常用于矿山巷道的支护,工程技术中也会用于隧道、坝体的加固。此类锚栓一端与工程构筑物连接,另一端深入地层,利用与土层的粘结摩擦作用,增加锚固体的承压能力,防止锚固体滑动、坍塌,起到加固作用。


修复加固方法


1、落架大修,整体拆除,对破损构件进行置换。


2、增大截面法;置换混凝土法;粘贴钢板(外粘型钢)法;粘贴纤维复合材料法;体外预应力法;增设支点法等。


以上这两大类修复加固方法均需要对原建筑外立面进行改变,我们可以统称为建筑体表修复加固技术。

技术应用原理

体内隐形修复锚杆加固技术,是将锚杆植入到原建筑砖石构件体内,改变原砖石结构的受力形式,不破坏或改变原建筑立面,同时增强了原构件的整体承载能力和抗震能力。


体内隐形修复锚杆加固技术为保护原建筑外观、延续建筑物寿命提供了切实可行的实施办法,对有着严格要求保护外观历史风貌的文物古迹尤为适合。


锚杆修补墙体断裂处示意


使用材料


1、水泥灌浆料


原材料产自德国,含有经过筛选的级配骨料和其它成分混合的水泥材料,在与水混合后形成泵送浆液,可以自由流动,能有效的穿透衬套,使浆液与原砖石材料紧密结合,在混合材料中添加有反收缩添加剂,使得该材料具有强度高、不收缩的特点。



水泥灌浆料凝固、硬化后,在锚杆系统中起到了化学粘结和机械锚固的双重受力效果,大大提升了杆件在原砖石构件里的受力性能,提高了原建筑构件整体的抗拉、抗剪强度。


2、衬套


衬套是由一种特殊的聚酯纤维编制而成的柔性管状材料,拥有良好的膨胀性能,适用于各种钻孔直径和孔底深度。衬套的网状设计可以将水泥灌浆料中粗骨料很好的包裹,同时允许饱含水泥的浆液充分穿过网眼,填满孔洞,与砖石有效粘结,提升了原砖石结构的整体强度。


衬套的直径从20mm到300mm,可以满足不同设计的需求。



3、 金属杆件


锚杆系统的抗剪能力大小取决于使用的金属杆件材料。金属杆件材料可选择不锈钢或碳素钢材质,其形状可以是独立的杆件或钢筋笼。如锚杆是圆形的,一定要选择使用螺纹钢或全牙螺杆。如果是方形截面材料,需要在锚杆的两端各焊接一块与钻孔孔洞同样大小的钢板,以保证受力均匀。


实施步骤及安装方式


1、对原建筑进行测绘、原构件强度进行检测;


2、通过软件进行分析、计算,拟定修复、补强设计方案,确定需要采用的杆件材料、尺寸;


3、根据现场情况,以及设计方案要求,拟定原建筑构件的支撑方案,以保证工程实施过程中不产生结构坍塌;


4、根据设计方案要求,明确钻孔施工位置,采用无水干钻、无锤击应力的空心钻孔;


5、将锚杆和衬套、排气导管、光纤监测传感器(根据项目监测需要)一并放入孔内;


6、将水泥灌浆料用水搅拌均匀,用压力泵注入衬套内,直至浆液满溢出洞口。


7、待浆液完全凝固后,拆除支护,实施完成。


应用范围


体内隐形修复锚杆加固技术的运用范围相当广泛,可以运用在砖石结构建筑(包括空心斗墙结构、砖木结构)、近现代砖混建筑、砖石桥梁、砖石城墙、砖石古塔、石像、石碑、护坡挡墙。

应用实例

砖木结构修复

实例:中国台湾旱溪乐成宫(妈祖庙)——1999年震后修复


A、震后灾害说明


(1)承重山墙的破坏模式

承重山墙的水平側向应力破坏模式。山墙顶端与桁檩的结合点附近有裂纹产生。究其主因,主要是桁檩受到屋顶的荷重,当地震来临时震波会造成桁檩与山墙同时发生位移;但是山墙与摆动的幅度、频率与桁檩、山墙皆不同,在此情況下桁檩与山墙的结合点便容易造成脱榫,进而造成应力集中现象,产生裂纹。


不同结构体的分裂、破坏模式。不同的结构体同時受到地震波,由于摇摆幅度不同,因此构造上容易产生破坏。这些现象在山川殿与两廊、正殿与拜殿、护龙与过廊之间特别明显。



水平力造成角隅开裂现象。地震所带来的水平力直接落在山墙,山墙会有左右摇晃的状况发生。但是山墙的构造为红砖叠砌,结构本身并无抗拉能力;因此结构体在摇晃时,灰浆的黏著力极易被破坏,角隅便会发生开裂,此现象特别严重。


(2)木构架位移现象

柱体侧向移动。乐成宫内产生移动的柱体,以木柱与石柱不同材质结合为主。由于为不同材质的组合形式,大多采用公母榫头接合或平置无榫头的模式组合;这样的组合方式,在遭遇较大的侧向力时,容易造成位移发生,进而会促使柱身倾斜以及整体构架歪斜。


次间位置木构架与山墙接合部位。当柱体位移、柱身倾斜、整体构架歪斜时,木构架便容易与山墙产生脱离于位移。此现象为地震力对于传统建筑造成破坏的常见现象,也为主要的因素;然而,这些状况却是造成顶部屋面塌陷的主因。


B、修复办法


桁檩与山墙接头部位:34 处。砖构造水平部分243m,砖构造垂直部分543m,总计:786m。


红色为植入锚杆位置


砖石拱桥修复

实例:Pont telpyn桥——洪水后修复


A、灾害说明


(1)桥墩与基础接触部位因洪水冲拭,导致土体流失,桥面产生塌陷。



(2)因水流水平推力影响,且桥墩处土体流失引起桥面应力破坏,导致桥面中间部位产生贯穿裂缝。



B、修复办法


(1)  稳固土体,在桥墩和土体连接部位横向植入锚杆;

(2) 为增强桥面水平方向承载,沿桥面倾斜向下植入锚杆;

(3)为增强拱面方向承载,在拱桥内向上植入锚杆。


通过英国交通检测部门所做的TRL试验,体内隐形修复锚杆加固技术在砖石拱桥上的运用,可有效的将原桥面承载20吨提升至45吨。


拱形模型的负荷和唯一比较显示出强度得到明显提升


砖石城墙修复

实例:英国切斯特城墙——修缮保护


A、修缮说明:对墙体进行稳固处理



B、修复办法:对墙体砖石进行水平和垂直方向贯穿式植入锚杆

 

技术优势


1、不同的项目定制设计,根据项目实际情况,具体分析,确定实施方案;


2、快速施工,且施工后不可见,适合文物古迹立面保护要求


3、无水、无锤击应力钻孔,不会对强度已经较弱的基材带来二次损毁


4、使用寿命持久,具有防火能力;


5、具备水泥浆的特性,和原砖石构件粘接紧密


6、砖石基材强度较弱时,仍可以较好的固定,提高了基材的整体强度;


7、水泥浆体流淌速度和拦截制,保证实施的有效性;


8、适用性广,对建筑和桥梁、城墙、石塔、石像、挡墙护坡均可有效使用;


9、高精度品质监控。在整个补强实施过程中,以及项目完成交付后,均可通过探测仪器和内置光纤传感器进行实时监测其安全性和有效性


10、已被世界遗产组织官方认可,能有效的进行结构修补。



体内隐形修复锚杆加固技术,是针对文物古迹保护、修复所研发的防震补强技术。可有效的将建筑构件内部已遭破坏的结构受力体系重新调整,以此提升原构件的承载、抗震能力。该技术所采用的锚杆材料完全隐藏于建筑构件体内部,是一种对于建筑物外观完全无需顾虑的结构补强工法。完全适用于我国砖石结构文物古迹的修复、保护领域,如古建筑(包括民国建筑)、古塔、古石拱桥梁等,相比现阶段国内所使用的结构体表修复保护技术,体内隐形修复锚杆加固技术真正达到了梁思成先生所说“修旧如旧”保护中华文化遗产的理念。



(文稿支持 / 江苏筑镹营造科技有限公司   汪方勇)





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