工程结构检测鉴定与加固综述

　　摘要：工程结构检测，是伴随建筑业发展而逐渐兴起的行业。在我国，经过半个多世纪的引进消化、科研攻关和工程实践，对混凝土结构、砌筑结构、钢结构等多种建筑形式形成了一整套适合我国国情的检测技术，并制定了相关的国家规范与行业标准。混凝土结构作为我国最主要采用的一种建筑形式，基于检测技术的发展，针对混凝土结构的鉴定与评估水平得到了长足的进步，在很大程度上也促进了我国混凝土结构加固技术的发展和应用。
　　关键词：结构检测、鉴定技术、加固方法
　　1 混凝土结构建筑的检测技术
　　建国初期，我国基本上没有什么现代的检测手段。直到六十年代中期才开始进行混凝土强度的非破损检测方法的研究。七十年代中期，原国家建委把混凝土非破损检测技术列入了建筑科学研究发展计划，组织力量进行攻关。到八十年代中期，第一本全国性检测规程《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》（JGJ23－85）问世。此后，关于混凝土强度及缺陷的检测技术得到了广泛的应用和持续的发展。到目前为止，关于混凝土强度的检测已有回弹法、超声法、钻芯法、拔出法和灌入法等，以及由上述基本方法组合而成的超声回弹综合法、钻芯回弹综合法等。
　　混凝土强度的检测技术已基本成熟，成熟的标志在于测试理论的完善和测试仪器性能，如：“回弹值—碳化深度—强度”关系，反映了回弹值与混凝土强度之间的基本规律。回弹、超声、钻芯和拔出等方法虽然都是舶来之法，但都具有了中国特色，且各种检测仪器和设备已完全国产化。一些仪器的性能已达到了国际先进水平，如北京市政工程研究院研制生产的ＮＭ-3B型非金属超声波检测仪等。应该说，在混凝土强度的检测方面，我国与经济发达国家已没有明显的差距。混凝土构件钢筋配置情况的检测开始于七十年代。开始阶段使用的是进口的仪器。目前我国已经有了第二代钢筋测定仪，该仪器可测定120mm厚混凝土层下的钢筋，并可测定钢筋直径，其测试原理为电磁感应。国产仪器可基本上满足建筑结构检测的需要。经济发达的国家的同类仪器性能略好一些。我国引进的混凝土雷达仪采用电磁波法测试，测试速度快得多，其测试数据既可以在屏幕上显示又可打印输出，大大提高了检测速度。
　　七十年代末到八十年代初，混凝土结构的耐久性问题开始受到重视，与耐久性相关的检测技术也得到相应的发展。这些测试项目包括：混凝土的损伤程度、钢筋的锈蚀速度、混凝土中有害元素的含量、混凝土骨料的碱活性、混凝土的抗冻性及抗渗性和混凝土的渗漏点测定等。在这些检测项目中，有些为现场检测，有些为取样检测，还有现场检测与计算分析结合的方法。
　　混凝土中有害元素的含量、混凝土骨料的碱活性、混凝土的抗冻性和混凝土的抗渗性测定等项目均为取样检测。用钻芯机在结构上取出试样，在实验室进行试验。其中，我国关于骨料的碱活性的检验开始于七十年代，到八十年代初水利部门的相关标准《水工混凝土试验规程》（SD105-82）已开始实行。到九十年代初，快速试验方法标准《砂、石碱活性快速试验方法》（CECS48:93）也颁布实施。
　　国内有关钢筋锈蚀速度和锈蚀量测定的研究起始于八十年代中期，到八十年代末，交通部门和冶金部门的科研单位研制出钢筋电位测定仪。这种仪器可定性地判别钢筋是否锈蚀，九十年代国外的测试仪器可初步定量测试钢筋的锈蚀速度和锈蚀量，但测试结果有一定的误差。实际工程检测中采用的是综合的方法，仪器测定、现场实测与计算分析相结合。
　　2 砌筑结构建筑的检验与测试
　　如果说混凝土结构的检验与测试走的是“引进—消化—提高”之路，则砌筑结构的检验与测试的发展则走的是“借鉴—独创”之路。
　　砌筑结构检测方法的研究开始于七十年代末，主要是将测定砌筑砂浆强度作为砌筑结构抗震鉴定和加固的评定指标。为了改变“眼观手捏”的判断方法，而进行了回弹法检测强度等方法的研究。到八十年代中后期，冶金建筑研究院和中国建筑科学研究院分别研究出冲击法和点荷法砂浆强度检测方法；四川省建筑科学研究院、北京市建筑工程研究院、西安砖瓦研究所等单位进行了砌筑用砖强度等级的回弹检测的研究。此后许多省市的建筑科学研究所都进行了砌体强度、砌筑砂浆强度或砌体块材强度等级检测方法的研究。1994年，《砌体结构力学性能现场检测技术规范》编制组对部分已有的砌体结构检测方法进行了评审，将回弹法、电荷法、筒压法、射钉法和剪切法五种砂浆强度检测方法和推剪法、单剪法、轴压法、扁千斤顶和拔出法等五种砌体强度的检测方法纳入规程。这些方法大多数为我国科研人员创造发明的。
　　除了上述列入规程的方法之外，近年来又有一些新的检测方法问世，如河北省建筑科学研究院的超声回弹综合法、中国建筑科学研究院的贯入法等。
　　砌筑结构检验测试技术起步比混凝土结构略晚一些，技术成熟程度比混凝土强度检测技术略差，但该项技术的发展势头猛，在国内形成了百家争鸣的可喜局面。可以说，按“借鉴—独创”之路发展起来的砌筑结构检测技术已经达到了经济发达国家的技术水平。
　　3 钢结构建筑的检测技术
　　与混凝土结构和砌体结构相比，工程建设中钢结构的数量目前相对还较少，加之冶金、机械交通、航空、石油、化工等工业部门对钢材物理力学性能、内部缺陷、焊缝探伤等检验方法比较完善，因而其检验测试技术发展之路基本是借鉴学习国内其他行业的先进方法，如焊缝和钢材的超声波探伤方法、射线探伤方法、磁粉探伤方法和渗透探伤方法等。
　　在《钢结构工程施工及验收规范》（GBJ18-66修订本）中，关于钢结构所用材料、制作、安装和工程验收等内容所规定检验方法还都是常规检测技术，而在1981年新版的标准（GBJ205-83）中，关于钢结构焊缝的检验增加了Ｘ射线和超声波探测的内容。
　　在大型体育场馆、展览馆、机场、码头火车站等公共建筑中，采用钢网架作为屋盖结构的愈来愈多。钢网架的检测受到普遍重视针对该类结构的组件都是薄壁管、钢球和高强螺栓等特点，在实验研究和总结经验的基础上，编制了具有行业特色的《网架结构工程质量检验评定标准》（JGJ78-91）和《螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》（JG／T3034.2-1996）及《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》（JG3034.1-1996）两本行业标准。
　　钢结构的检验测试技术在学习借鉴的基础上已经可以有效地解决实际问题，应该说，该技术还有很大的发展空间，需要继续研究与开发。
　　4 建筑结构检验测试技术的发展前景
　　更加准确、减少损伤、快捷方便无疑是已有建筑结构检验测试技术改善和提高的发展目标。开发新的检验项目，使检验测试技术更加完善则是这项技术发展的方向。
　　检验仪器和设备在结构的检验与测试技术中扮演着重要的角色。没有仪器设备就无法进行检测，而质量好、操作方便的仪器设备是高质量检测工作的保障。与经济发达国家相比，我们的检测仪器设备在总体上存在着明显的差距，主要体现在性能不稳定、功能少寿命短、体积大等方面。
　　检测方法改善和提高的第二个方面是检测理论提高和检测数据分析方法的改善。合理确定检测数量、合理布置检测位置、减小检测结果的不确定性、充分利用检测数据等，是所有结构检验与测试工作面对的问题。
　　随着工程技术的发展和检测要求的提高一些新的问题又摆在我们面前，如高强混凝土的强度检测、混凝土缺陷的准确判定、预应力筋管道灌浆饱满度测试、新型墙体材料的强度测试方法及质量评定方法等。
　　钢结构的检验与测试是最具有发展潜力的技术。在对钢结构进行鉴定时，钢构件材料物理力学性能的现场无损检测技术、钢构件应力的现场无损测定技术和结构关键部位应力及损伤现场测试技术等是目前亟待发展的技术。
　　新技术的开发也要引进与研制相结合。如光传感技术、声发射技术等都是国际上九十年代中后期的先进技术，这些技术在大型建设项目施工阶段和使用过程中的安全监控和结构物安全性现场实荷测试等方面，有比较广阔的应用前景。
　　5 建筑结构的鉴定与评估技术。
　　结构鉴定与评估技术的发展与建筑市场和社会的需求有直接的关系，与国家的经济状况有密切的关系，同时又受到检测技术发展的影响。
　　建国初期至“文革”期间，我国的结构鉴定与评估工作相对较少。其原因是多方面的。在这期间，绝大部分的建设资金用于新建项目，即便如此，建设项目的数量也不多。旧的建筑物相对较少，而建国后期的建筑物和构筑物的使用年数还相对比较短。这段时间的鉴定与评估工作的对象，主要是少量使用时间较长且极其破旧的居民住宅。由于缺乏检测手段，鉴定工作以经验为主，相应的处理也多为治标不治本的临时措施。
　　1976年以后，结构的鉴定与加固改造技术得到了明显的发展。首先是建筑物和构筑物的抗震鉴定与抗震加固技术的发展。1976年唐山地震后，国家每年都要拨出专款进行建筑物和构筑物的抗震加固。国家资金的投入促进了结构鉴定与加固技术的发展。由于这是国内第一次大规模的结构鉴定与加固，缺乏必要的检测手段和计算手段，鉴定工作依然以定性为主，以经验为主。
　　经过20多年的发展，建筑物和构筑物的抗震鉴定与抗震加固技术已日臻完善，形成了自己的体系，成为结构鉴定与加固技术不可缺少的重要分支。建筑物和构筑物抗震鉴定与加固技术的发展与成熟，为结构鉴定与加固技术的发展奠定了基础。
　　1985年，经国务院批准，开展了建国以来第一次城镇房屋的普查工作。为配合这次普查，国家建设行政主管部门组织有关技术部门编制了《房屋等级评定标准》和《危险房屋鉴定标准》。鉴于当时缺少相应检测手段，待评定和鉴定房屋的数量极大，这两标准均采用了以外观检查为主的鉴定方法，并将房屋分成完好、基本完好、一般损坏、严重损坏和危险房屋等五个等级。这次普查使房管部门拥有了一支进行房屋安全鉴定的技术队伍，为随后成立的房屋安全鉴定站奠定了基础。
　　1976年开始的抗震鉴定与加固和1985年开始的全国性的房屋普查及随后的大规模的修缮，标志着我国的工程建设从以新建为主转变为新建与维修加固改造并重的阶段。
　　1989年，大连重型机械厂办公楼会议室地面突然塌陷，造成重大的人员伤亡事故。这次事故引起了建设行政主管部门的高度重视，当年，在全国范围内开展了已有房屋安全性检查工作。由于此时构件的混凝土强度、配筋、砌筑砂浆强度、砌筑用强度等级等检测技术的推广，检查鉴定工作从以定性的外观检查结果为依据发展到以定量的检测数据为依据的阶段。与此相应，建设行业的科研基金明显向结构耐久性、检测、鉴定、加固和改造方面倾斜。铁路、交通、水利、电力、冶金、化工、纺织、轻工、机械等行业也开展了相应的工作。在国内形成了结构安全性鉴定与加固技术和结构耐久性鉴定和剩余寿命评估等相应技术发展的契机。结构的安全性问题得到了普遍的重视。
　　随后，成立了全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会和房屋安全鉴定委员会，各地方鉴定与加固的技术和经验得以交流，鉴定与加固技术向标准化方向健康地发展。同时隶属于各地房地产管理局的房屋安全鉴定部门成立，使房屋的安全性鉴定工作逐步走上了正轨。
　　到了九十年代，特别是住宅商品化以后，建设工程的质量成为万众瞩目的焦点，并引起中央领导的重视。这一形势促进了建设工程质量的检测与鉴定技术的发展。建设工程质量的检测与鉴定技术已超出了单纯的结构安全的范畴，包括了结构的安全性、耐久性、适用性和抗灾害能力以及工程质量问题产生原因的鉴定与分析等综合问题。这类鉴定不仅包括工程施工质量，还包括设计质量，以设计规范和工程验收规范为准绳，以国家和各地有资质的工程质量检验中心为骨干。
　　建设工程质量的检测与鉴定为治理工程质量通病，如设计造成的多层砖房温度裂缝问题，混凝土工程施工阶段的开裂问题等起到了积极的作用，为设计规范和施工验收规范的修编提供了依据。
　　在对建筑工程质量问题鉴定时，鉴定工作受到结构设计理论的制约，如设计不考虑环境因素的影响，而实际工程质量问题与环境温度等有很大的关系，如何评定这类问题，也有待设计理论和鉴定理论的提高。
　　6 混凝土结构加固技术发展现状
　　我国从50年代起就开始了混凝土结构的加固处理，几十年来，特别是近十年来，这门技术发展非常迅速。目前已经相继颁布《混凝土结构加固技术规范》(CECS25-90)、《建筑抗震加固技术规程》等规范，这些规程的制定，对促进我国混凝土结构加固技术的发展及应用起到了很大的推动作用。
　　但是多年来，人们习惯于已有的加固经验，在混凝土结构加固实践中往往就事论事，缺乏深层次的理论研究与探索，加固水平提高不快。我国传统的混凝土结构加固方法虽已形成比较系统的、配套的工艺和技术，但总的说来，工艺仍然相对落后，技术含量偏低。以碳纤维为代表的新型材料在加固工程中的应用还不普及，相关的设计、施工还存在很多问题。
　　7 混凝土加固结构的受力特点
　　7.1应力、应变的滞后性
　　加固前原结构有荷载作用，已存在着一定的弯曲和压缩变形，新加部分必须在新加荷载时才开始受力，导致新加部分的应力、应变滞后于原结构的应力、应变，新旧结构难以同时达到应力峰值。因此，对应力水平指标超过一定限值的结构进行加固时，必须采取有效的卸载措施，否则达不到理想的加固效果。
　　7.2新旧部分的整体性
　　加固结构属于组合结构，新旧两部分存在着整体工作问题，而整体工作的关键在于结合面能否有效地传递剪力。混凝土加固结构结合面受剪承载力，根据中国建筑科学研究院的实验研究，可按下式计算：
　　
　　式中——结合面剪应力设计值——结合面混凝土抗剪强度设计值——横贯结合面的剪切－摩擦筋配筋率——剪切－摩擦筋抗拉强度设计值
　　8 常用加固方法综述
　　8.1加大截面加固法
　　当混凝土结构因孔洞、蜂窝或强度达不到设计要求时可使用该法。加大截面可用单面、双面、三面或四面围套的方法。新加截面一般应通过计算确定，在保证新老混凝土良好粘结的情况下按统一或叠合构件计算。加大部分常采用喷射混凝土。增加的钢筋应与原钢筋组成骨架，应保证与原钢筋连接良好。该法优点是施工工艺简单、技术要求性不高、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固。缺点是现场施工的湿作业时间长，施工繁杂，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小，影响使用。加大截面加固法的技术关键是：新旧混凝土必须粘结可靠，新老钢筋必须连接牢固，保证新老混凝土能共同工作受力。
　　8.2外包钢加固法
　　外包钢加固法主要使用于混凝土构件（主要指混凝土柱）受截面尺寸增大的限制，或需要大幅度提高承载力。习惯上把型钢与原柱间有一定间隔，在其间隙间填充乳胶水泥砂浆、环氧类填充料或无机粘结料，使两者之间粘结成统一体的加固方法称为湿式外包钢该加固方法受力可靠、施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于以上高温场所（采用无机粘结料除外），当环境具有腐蚀性介质时应有可靠的防护措施。型钢直接外包于原柱与原柱没有粘结）或虽有填充但不能确保结合面剪力的有效传递时，称为干式外包钢法。适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。对于方形或矩形柱，大都在柱的四周包角钢、横向用缀板连接成整体，对于圆柱等大多采用扁钢加套箍的方法。该方法在新增加截面部分提高柱承载力的同时，还因新增钢板箍的横向约束作用，使原混凝土柱产生良好的三轴应力状态，形成“套箍”效应，从而可以大幅度地提高混凝土柱的承载力。
　　8.3外粘贴钢板加固法
　　外粘贴钢板加固法是指用高强结构胶将钢板（2-6mm）粘贴在混凝土构件（主要指梁、板）表面，补充构件内部的配筋不足，使钢板与原混凝土构件协同工作的一种加固方法。主要适用于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固粘结钢板的宽度、厚度由承载力计算确定，粘结前应除锈并打磨粗糙，增强钢板与混凝土的粘结力。该方法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，并可以在短时间内达到所需强度（一般3天后即可正常受力），且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平，粘结剂耐高温性能差，在温度超过时，粘结强度下降显著，并且有机粘结剂还存在老化现象。
　　8.4外粘贴碳纤维布（板）加固法
　　外粘贴碳纤维布（板）加固法除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
　　8.5粘结型钢加大截面加固法
　　在结构加固改造中，常常需要大幅度提高梁的承载力，外粘钢板加固技术因粘钢量受到原混凝土截面的限制而不能满足要求，粘结型钢加大截面法通过高强结构胶和一系列构造措施将型钢与原混凝土梁粘结成整体，协同受力，加大梁的截面，从而大幅度提高梁承载力。
　　8.6绕丝法
　　该法的优缺点与加大截面法相近，适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需对受压构件施加横向约束力的场合。
　　8.7预应力加固法
　　预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对原结构构件进行加固的方法，该法通过对后加的拉杆或型钢撑杆施加预应力，改变原结构的内力分布、消除加固部分的应力滞后现象，使后加部分与原构件能很好地协同工作，从而提高原结构的承载力，减少挠曲变形，缩小裂缝宽度。该法能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响；用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固，但在无防护的情况下不能用于温度在以上环境中，也不宜用于混凝土收缩变大的结构。
　　8.8增设支点加固法
　　增设支点加固法是通过增设支点，减少受弯构件的计算跨度，达到减少作用在被加固构件上的荷载效应，提高结构承载力的方法。该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间。适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
　　9 配套的混凝土结构加固技术
　　与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有：
　　9.1托换技术
　　是托梁（或桁架，以下同）拆柱（或墙，以下同）、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称，属于一种综合性技术，由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成。适用于已有建筑物的加固改造。与传统做法相比，具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点，但对技术要求较高，需由熟练工人来完成，才能确保安全。
　　9.2植筋技术
　　是一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术，可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋或自锁锚杆，已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程，如：施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救，构件加大截面加固的补筋，上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。
　　9.3裂缝修补技术
　　根据混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同防护方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术。适用于已有建筑物中各类裂缝的处理，但对结构受力性裂缝，除修补外，尚应采用相应的加固措施。(混凝土表面处理技术是指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。
　　9.4混凝土表面密封技术
　　是指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术。
　　9.5其它技术
　　如结构、构件移位技术、调整结构自振频率技术等。
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