舊鋼結(jié)構(gòu)處理、加固、改造施工技術(shù)

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1、概述
    在我國的社會主義建設(shè)中經(jīng)常遇到為節(jié)省投資和時間，在考察論證后而重新利用結(jié)構(gòu)還比較完好、經(jīng)過處理加固可以投入使用的原有舊鋼結(jié)構(gòu)的施工工程。但由于這些舊鋼結(jié)構(gòu)使用的年份都可能比較長、銹蝕損壞的程度也比較嚴(yán)重、原有鋼材的化學(xué)成分及力學(xué)性能也不清楚、而且都是帶著荷載進行施工的，所以其施工難度較大、技術(shù)要求較高、危險性也比較大，因此必須要掌握一整套施工技術(shù)和必須確定實用可行的施工方案及施工措施。本人有幸在2001年6月至2002年12月主持了中國援助巴巴多斯的奇普塞德市場（Cheapside Market）改擴項目的施工實施，通過這個項目中的舊鋼結(jié)構(gòu)處理、加固、改造的施工實踐，研究總結(jié)掌握了這方面的施工技術(shù)和方法，通過本文介紹給大家，供有關(guān)人員參考借鑒。
    2、改擴建項目的舊鋼結(jié)構(gòu)原狀、設(shè)計要求和施工實施情況
    2.1項目簡介
    奇普塞德市場改擴項目是中國援助巴巴多斯國的一個低息貸款項目，它是利用英國人在1933年建造的經(jīng)過了近70年使用的一個舊鋼結(jié)構(gòu)菜市場上進行改擴建的大型市場建筑工程。施工圖紙是湖南省建筑設(shè)計院設(shè)計的，圖紙除對原有舊鋼結(jié)構(gòu)部分進行處理加固改造保留外，全部拆除了原有的維護結(jié)構(gòu)及其他部分，增加了鋼筋混凝土框架夾層和電梯、空調(diào)、冷庫、冷藏陳列柜等機電設(shè)備，總建筑面積6,200m2，其中鋼結(jié)構(gòu)部分建筑面積3,600 m2、夾層建筑面積2,400 m2、垃圾處理站建筑面積200m2，屋檐高度8.6m、屋脊高度11.7m。
    2.2原有舊鋼結(jié)構(gòu)和銹蝕現(xiàn)狀
    舊鋼結(jié)構(gòu)由66根鋼柱子和86榀鋼屋架組成，全部為普通螺栓連接；原有舊型鋼取樣12件寄回中國，經(jīng)過北京市設(shè)備安裝公司檢驗評定為相當(dāng)于20#鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能，并建議用國內(nèi)的HPB235新型鋼和原型鋼焊接，其焊條為國產(chǎn)E4315-J427；根據(jù)對原有舊鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的觀察和初步的鑒定，大約有6種銹蝕程度和損壞情況，歸納如下：
    （a）少數(shù)的鋼柱子和鋼屋架的型鋼表面全面地覆蓋著氧化皮層但幾乎沒有腐蝕；
    （b）大部分的鋼柱子和鋼屋架的型鋼表面已經(jīng)發(fā)生腐蝕，但程度不太厲害；
    （c）沿外維護墻四周和南面沿海的鋼柱子和鋼屋架的型鋼表面覆蓋的氧化皮層因腐蝕而剝落或可以剝除，并帶有一些稍深的點銹；
    （d）少數(shù)鋼柱子型鋼表面覆蓋的氧化皮層因腐蝕而全面剝落或可以剝除，并普遍帶有一些稍深的點銹，斷面的翼緣嚴(yán)重削薄和銹穿；
    （e）少數(shù)鋼屋架下的抗風(fēng)桁架的部分桿件已銹斷，需更換新桿件和加固處理；（f）不少鋼屋架下懸變形嚴(yán)重，需調(diào)直。
    2.3設(shè)計圖紙要求
    對整個原有舊鋼結(jié)構(gòu)進行噴砂除銹，除去所有覆蓋在型鋼面上的氧化腐蝕銹層和清干凈腐爛的洞穴；處理、加固和按圖紙要求添加新桿件、更換8根新鋼柱子，全部使用焊接方法，焊縫6mm-8mm；油漆涂裝鋼結(jié)構(gòu)表面（5層125μm）。設(shè)計圖紙改變了原有屋面只用鐵皮瓦防水的做法，而在鋼屋架上增加鋪設(shè)了25mm厚木屋面板并做防水隔熱層一道，上鋪設(shè)新的彩色壓型鋼板防水屋面板，比原建筑增加屋面荷載很多，為此設(shè)計增設(shè)了1倍以上新的支承檁條和在原鋼屋架上增加了超過1/3新的加固受力桿件。原有舊鋼柱子的加固方案是根據(jù)除銹后的損壞程度在現(xiàn)場確定的，即在鋼柱子損壞部位的四周分別焊10mm厚的加固鋼板。整個項目的鋼結(jié)構(gòu)處理加固改造施工要求在高空帶荷載進行作業(yè)。
    2.4項目施工
    工程是由中國建筑工程總公司巴巴多斯分公司實施的。根據(jù)現(xiàn)狀、設(shè)計的要求和援外工程的特點，本人在鋼結(jié)構(gòu)開始施工前就編制了較詳細(xì)的施工方案和實施計劃，并層層向參于施工實施的技術(shù)管理人員和主要操作工人進行詳細(xì)的交底。由于整個項目組思想重視、準(zhǔn)備充分、工作認(rèn)真、技術(shù)人員及操作工人的技術(shù)水平較高，這個項目的施工經(jīng)過中國對外經(jīng)貿(mào)部組織的專家驗收組的檢查驗收，獲得援外項目優(yōu)良工程，和經(jīng)過業(yè)主的各專業(yè)咨詢工程師的檢查驗收，獲得巴巴多斯國政府及有關(guān)人事的好評。整個項目采用新的型鋼、連接板、焊條都是按檢驗評定報告上要求材質(zhì)、型號從中國進口的。 
    3、舊鋼結(jié)構(gòu)處理、加固、改造施工方法和技術(shù)要點
    3.1遵循的規(guī)范
    《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ17-88）；
    《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS77：96）；
    《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》（JGJ81-91）；
    《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》（YB/T9257-96）；
    《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205-95）；
    《涂裝前鋼材表面銹蝕等級及除繡等級》（GB8923-88）；
    《鋼結(jié)構(gòu)、管道涂裝技術(shù)規(guī)程》（YB/T9256-96）；
    《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50221-95）等。
     3.2 實施程序
    對原有舊鋼結(jié)構(gòu)考察、取樣、實驗、評定 → 確定處理、加固、改造方案→ 施工圖紙設(shè)計 → 施工準(zhǔn)備 → 施工實施作業(yè) → 檢查驗收、評定、交付使用。
    3.3 施工步驟和程序[1]
    施工前期準(zhǔn)備（新舊鋼材取樣實驗，確定采購新鋼材的材質(zhì)和焊條、連接螺栓型號）→確定施工方案和技術(shù)交底→施工準(zhǔn)備（圖紙確認(rèn)；核查來現(xiàn)場的鋼材、焊條、連接螺栓等；確定工藝規(guī)程；確定預(yù)制生產(chǎn)場地；確定生產(chǎn)組織方式；確定生產(chǎn)計劃；備齊施工設(shè)備、機具、防護器具等）→加固件、增加的新桿件和節(jié)點板、零部件等的預(yù)制加工→增加的新桿件與節(jié)點板地面拼裝→搭設(shè)作業(yè)腳手架→噴砂除銹、清除舊鋼結(jié)構(gòu)表面覆蓋的所有腐蝕的氧化層及渣物→測量舊鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的各種尺寸數(shù)據(jù)和矯正變形→搭設(shè)卸荷支撐鋼架設(shè)施和卸除作業(yè)面處鋼結(jié)構(gòu)上的荷載→加固件和新增加的桿件與原有舊鋼結(jié)構(gòu)高空焊接（或螺栓連接）連接作業(yè)→連接后的桿件矯正→拆除卸荷支撐鋼架設(shè)施→檢查驗收和測量有關(guān)數(shù)據(jù)→修整和油漆涂裝作業(yè)→全面檢查驗收、專家評定→拆除作業(yè)腳手架。
    3.4 施工實施中要掌握的技術(shù)要點和施工方法
    1）對原有舊鋼結(jié)構(gòu)考察、取樣、實驗、評定工作一定要做好做細(xì)，必須要有權(quán)威的專業(yè)實驗室對原舊鋼結(jié)構(gòu)和加固用的新鋼材進行取樣實驗，并出具評定報告，確定需采購新鋼材的材質(zhì)和焊條規(guī)格型號（或螺栓）、焊接連接工藝的技術(shù)要求（或螺栓）。
    2）根據(jù)現(xiàn)場對原有舊鋼結(jié)構(gòu)進行噴砂除銹、清除表面覆蓋的所有腐蝕的氧化層及渣物后的現(xiàn)狀，與設(shè)計一起討論確定實用可靠的處理、加固、改造方案。
    3）檢查運至工地現(xiàn)場新鋼材的材質(zhì)和焊條規(guī)格型號（或螺栓），一定要同實驗室出具的評定報告要求一致，絕對不得任意改換；確實需要改換時，一定要實驗室重新出具新的評定報告。技術(shù)管理人員和操作專業(yè)工人一定要細(xì)心核對用于具體施工部位上的新鋼材材質(zhì)和焊條規(guī)格型號（或螺栓）是否與評定報告上要求的一致（奇普塞德市場改擴項目用的焊條有3種，每一種使用的部位都是不一樣的：從中國進口的新鋼材HPB235和原舊鋼結(jié)構(gòu)型鋼的連接用E4315-J427焊條；從中國進口的新鋼材間連接用E4303-J422焊條；從當(dāng)?shù)夭少彽挠鴺?biāo)準(zhǔn)鋼材間連接用當(dāng)?shù)刭I的E7018美國標(biāo)準(zhǔn)焊條），一定要絕對準(zhǔn)確，杜絕一切不符合要求的行為，任何的失誤將導(dǎo)致無法預(yù)見的后果。
    4）原有舊鋼結(jié)構(gòu)的除銹、清除表面覆蓋的腐蝕氧化層及渣物要徹底，必須用空壓機連接專用的噴砂除銹機進行，個別腐蝕嚴(yán)重的部位要人工用鋼鑿、榔頭、砂輪機鑿或磨。噴砂除銹的砂子采用中細(xì)黃砂，需曬干，因高空作業(yè)污染很大，一定要搭設(shè)周圍環(huán)境防護設(shè)施和做好操作人員的防護。
    5）測量原有舊鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的各種尺寸數(shù)據(jù)和矯正變形工作是不可缺少的，矯正方法宜采用物理辦法，不得用加熱烘烤辦法。
    6）搭設(shè)卸荷支撐鋼架設(shè)施和卸除作業(yè)面處鋼結(jié)構(gòu)上的荷載是非常重要的工作，必須做好。卸荷支撐鋼架和卸除作業(yè)面處鋼結(jié)構(gòu)上的荷載方案一定要可靠實用，必須重視，任何的失誤將導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果。
    7）施工步驟和作業(yè)順序不能隨意顛倒，確實需要顛倒時，必須要由主管技術(shù)人員確認(rèn)安全、施工質(zhì)量不受影響，并經(jīng)總工程師同意后才能進行，不然將導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果。
    8）必須做好樣板的施工，經(jīng)有關(guān)方面的技術(shù)人員和專家評定后，才能推廣到整個工程的施工作業(yè)。
    9）必須重視高空焊接連接作業(yè)的安全和施工質(zhì)量。在保證高空作業(yè)安全情況下，要選擇技術(shù)水平高、有經(jīng)驗的高級專業(yè)焊工進行操作作業(yè)，一定要保證焊縫的質(zhì)量，沒有缺陷。操作人員必須要系安全帶，電焊機具要綁牢在高空安全處。
    10）油漆涂裝作業(yè)一定要滿足設(shè)計和規(guī)范要求。原有舊鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)使用多年，經(jīng)過噴砂除銹后，很容易再腐蝕生銹，因此必須滿足油漆厚度的要求（一定要超過100微米以上），尤其是要保證最里面的那幾度防銹漆（一般三度以上）的施工質(zhì)量。
    11）其余的要求和施工方法與新的鋼結(jié)構(gòu)施工是一樣的，請另見其他文獻。