《结构鉴定与加固改造》第六讲 · 混凝土结构加固方法与方案选择 · 托换技术
2026-10-16 课程笔记
0 本讲定位
- 本次为两节连排，内容极多：第9讲混凝土结构加固（约一个多学时过方法体系）+ 第8-3讲托换技术。内容体系上"补墙加固"分混凝土结构加固、钢结构加固、地基加固与纠偏三条线，地基损伤、纠偏、基坑与顶升纠偏此前已补充讲完
- 学习目标：① 了解加固中的应力、应变滞后概念；② 熟悉常用加固方法的工艺流程、特点、适用范围；③ 掌握加固方案的选择方法（核心考核能力）；④ 了解增大截面法加固设计的基本原理思路；⑤ 了解常见加固方法的基本构造
- 设计计算方法课堂略去（偏难），要求落在：有什么方法、特点与适用条件是什么、遇到具体问题如何选出合理方案；构造数值不必背，但要知道去哪查、最快查到
- 涉及标准：《混凝土结构加固设计规范》GB 50367—2013、《建筑抗震加固技术规程》JGJ 116—2009、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB 50550—2010、《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB 55021—2021、《建（构）筑物托换技术规程》CECS 295—2011
- 进度交代：正常年份这里还要各用一次课讲桥梁支座更换与纠偏顶升，托换是插进来的；后面还剩增层/顶升移位与抗震隔震内容
【考点】方案选择题是本课程主题型：题目会用条件暗示（层高紧张、不许占空间、工期只有假期两个月……），答法 = 给出 2~3 种可行方法 + 各自优缺点 + 推荐一种并说明理由。推荐与"标准答案"不同也没关系，理由逻辑正确至少给一半分。
1 混凝土结构加固原理：二次受力与应变滞后
1.1 加固结构的受力特征
① 加固后二次受力：不卸载（甚至使用中施工），原构件已有初始内力 σ0、ε0
② 新加部分相对于原结构存在应力、应变滞后：
变形协调 ε新 = ε原，但 σ新 ≤ σ原；
σ新 = E(ε0 + Δε) − σ0 的"增量部分"，起步就落后
- 错误算法：直接把新加固部分的强度叠在原结构荷载上——有应力滞后与应变滞后，不能把新增构件荷载直接加上去
- 新旧部分能否共同工作，关键取决于结合面能否充分传递剪力——新旧混凝土结合面是加固结构里最重要的基础性环节
- 提高新加部分强度利用率的施工手段：卸载或顶撑——先给原构件施加预顶力"提起来"，原构件应力卸载后再加固，应变滞后减小，强度利用系数随之提高
1.2 新旧混凝土结合面的抗剪强度
| 状态 | 结合面粘结抗剪强度 / 一次整浇混凝土 |
|---|---|
| 直接浇（不做处理） | 仅 15%~20%（约一半都不到） |
| 凿毛处理后 | 可提高至 40%~60%，仍低于整浇面 |
- 已有纵向裂缝的轴心受压柱做加固时，破坏总是出现在结合面上 → 薄弱环节必须专门采取措施
- 中国建科院给出的结合面粘结抗剪强度表达式：
τ ≤ fv + 0.56 ρ fy （ρ 为穿过结合面的配筋率，植筋/拉结钢筋直接提高界面抗剪）
- 提高结合面强度的两条一般途径：结合面处理（凿毛、界面剂）+ 选择合适的（新）混凝土强度
1.3 加固结构的计算假定（5 条）
- 平截面假定（与新建结构设计一致）
- 不考虑混凝土抗拉强度
- 混凝土轴心受压的应力—应变关系曲线
- 混凝土非均匀受压（受弯）的应力—应变曲线：有应力梯度，极限压应变比轴心受压时增大
- 钢筋应力—应变为直线 + 水平线（理想弹塑性），受拉钢筋极限应变按规范取值
2 加固方法总览与"减法"思路
2.1 减小内力的第一招：改变计算体系
简支梁均布荷载：跨中 M = ql²/8
→ 两端固结：支座 −ql²/12，跨中 ql²/24（峰值大降）
→ 跨中增设支点：计算跨度减半，弯矩按 l² 缩小
- 承载力不足 = 内力设计值 > 抗力；荷载与恒载动不了，就先想改变跨度与传力途径，再想加大抗力
2.2 常用混凝土加固方法（八类）
| 方法 | 一句话机理 | 适用与特点 |
|---|---|---|
| 增大截面法（外包混凝土） | 原构件外叠浇新钢筋混凝土，增大截面面积与配筋 | “万能加固法”；提高承载力与刚度、降低柱长细比；工序多、湿作业、占净空 |
| 外粘型钢加固 | 构件四角/四周粘角钢、槽钢并灌浆 | 截面扩大不多而承载力幅度大、延性显著提高；多用于柱，也用于梁 |
| 预应力加固法 | 体外补加预应力拉杆或撑杆 | 加固与卸载合二为一；大跨结构 |
| 增设支点加固（改变传力途径） | 减小计算跨度、调整内力分布 | 梁、板等受弯构件 |
| 粘贴钢板加固 | 结构胶粘薄钢板协同受力 | 承受静载的受弯、受拉及大偏心受压构件 |
| 粘贴纤维复合材加固 | 树脂胶粘 FRP 片材受拉 | 受弯、轴压、大偏心受压、受拉构件 |
| 植筋技术 | 已有构件上植入锚固钢筋（第8-2讲） | 基础性锚固手段 |
| 裂缝修补技术 | 恢复因裂缝丧失的承载力、耐久性、防水性与美观（第8-2讲） | — |
- 其他：增设支撑或剪力墙，增加整体刚度、改变刚度比值、调整内力——整体结构承载力都不满足、侧移抗震验算不过时的做法
3 增大截面加固法
3.1 特点与适用
- 优点：适用性广，几乎任何建筑物构件都能用（只要业主允许占用空间），对原结构混凝土强度过低（如教学楼墙体检出低强混凝土）的工程几乎是唯一有效方法——要么拆、要么增大截面，别无选择
- 缺点：加钢筋、支模板、浇混凝土湿作业多；新浇层难以振捣密实，施工质量要求高；占用室内净空；混凝土养护期长——学校宿舍楼利用寒暑假两个月窗口维修加固时，增大截面因 28 天养护期常常不被采用
- 梁的顶部还是底部加大：
- 加在受压区（梁顶）：可提高 h0 从而大幅提高受弯承载力；若只加高不另配筋或配筋很少，必须重新核算受拉钢筋截面面积（受压区加大后原配筋可能超筋）；把楼板一起加厚则恒载大增，不划算
- 加在梁底（受拉区）：占用下层净空、节点处梁柱交角"缩颈"要处理；新加受拉钢筋强度要折减（应变滞后）
3.2 计算原理（了解）
轴心受压柱：
N ≤ 0.9φ [ fc0Ac0 + f'y0A's0 + αcs( fcAc + f'yA's ) ]
φ —— 稳定系数（按加固后截面）；αcs —— 新加混凝土与纵向钢筋的强度利用系数，近似取 0.8
- αcs ≈ 0.8 是对原构件轴压比 ≤ 0.75 情况的近似；轴压比更大时应调整或按计算确定
- 新加混凝土强度利用系数 αc 与原构件受荷水平 β 相关；新加钢筋利用率 αs 随钢筋级别升高反而越低——加固宜选比例极限变形较小的低强钢材
- 受弯构件：受压区加固按叠合组合构件整体计算；受拉区加固新加钢筋抗拉强度设计值折减
3.3 构造要求（查得到，但要会核对）
| 项 | 数值 |
|---|---|
| 新浇混凝土最小厚度 | 板 ≥40 mm；梁 ≥60 mm；柱一般 ≥60 mm；喷射混凝土 ≥50 mm（喷射式在常规结构少见，多见于隧道等仰拱顶棚加固） |
| 新混凝土强度 | 不低于 C20，且宜比原构件提高一级（实际工程多用 C30~C40）；石子用碎石或卵石，最大粒径 ≤20 mm |
| 板受力筋直径 | ≥8 mm |
| 梁纵向受力筋 | 带肋钢筋，≥12 mm、不宜 >25 mm（直径太粗，受力不均匀、占结合面空间大） |
| 柱受力筋 | ≥14 mm、不宜 >25 mm |
| 箍筋 | 封闭箍 ≥8 mm；U 形箍直径宜与原箍筋相同 |
| 新旧受力筋净距 | ≥20 mm，用短筋焊接连接：短筋长度 ≥5d（植筋段 ≥20 mm），中距 ≤500 mm |
| 箍筋形式 | 四面围套加固 → 封闭箍筋；单侧/双侧加固 → U 形箍焊接在原箍筋上（单面焊 10d、双面焊 5d），或伸入锚固孔；锚筋 ≥10 mm，距构件边缘 ≥3d 且 ≥40 mm |
- 原柱箍筋无法从外部套成封闭——实际只能做开口/ U 形两段搭接焊接，不存在完全无换填的做法（现场意识题）
4 外粘型钢加固法
4.1 特点与适用
- 截面尺寸扩大不多（型钢一般也只有几毫米到 8 mm 级壁厚）而承载力提高幅度大、延性大幅提高，对整体抗震能力提升明显 → 改变功能、承载力要求提高多又不许占空间时首选
- 原理：型钢骨架约束原柱混凝土横向变形（受约束混凝土承载力提高）；但型钢自身被挤压处于压弯状态，受压承载力是降低的 → 不能拿原柱承载力 + 型钢承载力直接相加，型钢贡献折减取用
刚度：EI = Ec0Ic0 + 0.5 EaAa aa² （型钢项乘 0.5 折减）
轴压：N ≤ 0.9φ( fc0Ac0 + f'y0A's0 + αa fa'A'a )
αa（新增型钢强度利用系数）：抗震设计取 1.0，其余情况取 0.9
4.2 构造与施工
| 项 | 要求 |
|---|---|
| 角钢 | 厚度 ≥5 mm；边长：梁、桁架 ≥50 mm，柱 ≥75 mm |
| 扁钢箍 | 截面 ≥40 mm×40 mm，间距 ≤20r 且 ≤500 mm |
| 钢筋箍 | 直径 ≥10 mm，间距 ≤300 mm |
| 焊接 | 沿轴线用扁钢箍/箍筋与角钢焊接，胶粘前完成 |
| 连续性 | 型钢须通长连续，穿楼板不得断开；角钢下端伸入基础顶面，上端有足够锚固 |
| 填缝 | 型钢与原构件间留隙，灌乳胶水泥浆、环氧砂浆或细石混凝土（也可 1:2 水泥砂浆填实）使其成整体 |
化学灌浆法流程：
表面磨平、四角磨出圆角 → 刷毛吹净后刷环氧树脂 → 粘贴型钢、夹具卡紧焊牢
→ 四周封闭留排气孔、贴灌浆嘴 → 加压灌入浆液 → 排气孔出浆后停止加压，堵孔维持低压 10 min
- 表面不磨平就灌浆，浆内夹气泡、接触不实——灌浆成败在封边与排气：型钢四周封闭（支模成缝腔）才灌得进去
5 预应力加固法
5.1 三重效应与分类
- 采用体外补加预应力钢拉杆或型钢撑杆加固；优点：消除加固部分的应力滞后，提高承载力同时减小挠曲变形、缩小裂缝宽度——加固 + 卸载 + 改变原结构内力分布三重效应
- 分类与适用：
| 形式 | 适用 |
|---|---|
| 拉杆·直线式 | 梁正截面受弯承载力不足 |
| 拉杆·折线式 | 梁斜截面受剪与正截面受弯均不足、连续梁加固 |
| 拉杆·混合式 | 正截面严重不足 + 斜截面略有不足 |
| 撑杆·单侧 | 弯矩不变号的大偏心受压柱 |
| 撑杆·双侧 | 轴心受压及小偏心受压柱 |
- 机理直观：折线拉杆在转折点向内收紧 → 对梁产生向上的分力，相当于加支点 → 跨中弯矩与剪力变小。理论上预应力撑杆也属于"改变传力途径"
案例（楼梯板加固，“高性价比"典型）：某楼楼梯斜板承载力不足（弯矩近似简支、休息平台端部略负），在板底加大截面难支模、粘钢板偏贵——现场只在板两侧上下端钻孔共设 4 个锚栓，穿两根钢索，中间用花篮螺丝（两头带钩、旋中段收短）收紧张拉，不到一两个小时、一百元左右完成折线式预应力拉杆加固。启示：加固不一定要"先张法花一万块”，方法选对比造价敏感得多；两锚点间距太大时可把锚固点向中间靠拢，或把拉杆向外侧偏移调整线形
5.2 锚固与张拉
- 设计构造关键：拉杆（撑杆）锚固的承载能力 > 杆体自身承载能力
- 锚固构造：简支梁端部有间隙 → 设钢套，拉杆焊在钢套两侧，或钢套侧面焊留孔角钢、拉杆穿过用螺帽锚固预紧；薄腹梁/小宽度梁 → 梁腹打孔穿高强螺栓夹紧两侧钢板；框架梁 → 柱端钢套；连续梁 → 梁端钢套；钢套与混凝土空隙用细石混凝土或砂浆填实
- 张拉方法四种：竖向张拉（自上而下拉伸变形）、横向收紧（拧紧螺栓使拉杆侧移缩短）、端部张拉（适合大跨、桥梁、预应力值大）、电热张拉（低压强电流加热拉杆伸长到设计值断电、立即锚固）；两点张拉须两个拉紧螺栓同步旋紧，到位后点焊固定螺帽
5.3 计算思路与构造数值
水平拉杆截面估算：Ap ≥ ΔM / ( fpy · η1 · h01 )，η1 = 0.85（下撑式 η2 = 0.8）
预拉力作为外荷载参与承载力验算；σp + ΔN/Ap ≤ β1 fpy（β1 协同工作系数 0.85）
撑杆：N1 = N − N0，Ap' ≥ N1 / (β3 φ fpy')，β3 = 0.9
- 拉杆与原柱无粘结时强度利用率取决于施工张拉力；撑杆采用粘结、整体协同工作，材料利用率高——这是撑杆与拉杆的重要区别
- 构造：张拉力小用 2 根 Φ12~30 HPB235；大时用 HRB335 或高强钢材；梁截面高 >600 mm 可用型钢拉杆；拉杆水平段距梁底净空 ≤100 mm，以 30~80 mm 为宜
- 撑杆构造：角钢截面不小于 L50×5，两肢缀板连接（缀板厚 ≥6 mm、宽 ≥80 mm）或单根槽钢；传力顶板厚 ≥16 mm，与角钢焊连面及抵承面刨平；承压角钢嵌入柱身/柱头混凝土约 25 mm；撑杆张拉前预先向外弯折（剖口），张拉后同截面钢板补焊；缝隙砂浆或细石混凝土填塞；压杆肢、连接板、缀板、拉紧螺栓均涂防护漆或防火层
6 改变传力途径：增设支点与连续化
- 目的：降低构件内力峰值、调整各截面内力分布；在梁板跨中设支点 → 减小计算跨度、降弯矩剪力、限制挠曲开裂
- 多跨简支梁连续化：原简支构件在支座处增设承受负弯矩的钢筋使支座能受负弯矩。工程上极常用：乡下简支中小桥梁、上世纪七八十年代老房子的预制空心板——板面后浇一层并加负弯矩钢筋（或弯起钢筋），跨中弯矩大幅下降、整体性变好，承载力大幅度提高
- 支点左右选择：跨中加直撑占使用空间（教室中间立一根不行）→ 用斜撑（人字撑）；斜撑会向柱传水平推力，必须验推；预加支反力做法：纵向压缩法（支撑做得略短、留孔穿小托梁、千斤顶顶升到位）与横向收紧法（成对型钢支撑略长、先弯折后螺栓校直）
- 支点类型：刚性支点 / 弹性支点（要计入支点变形，按目标支反力反算支撑结构所需刚度）；预应力支撑与非预应力支撑
- 连接构造：干式（型钢支撑）、湿式（钢筋混凝土支撑）、混合式；干式与后浇混凝土接触面凿毛、清理、洒水湿润，用膨胀混凝土浇筑；型钢箍套干式连接先水泥砂浆坐浆、焊牢后用较干硬砂浆填实全部接触缝隙
- 施工：预加支反力应用测力计控制，不能"拧紧就行"——支撑不紧等于没加（要点即节点紧密接触）
- 缺点：占用空间、影响净空与美观；斜撑增大柱水平推力
7 粘贴钢板加固法
- 用结构胶把薄钢板粘贴在混凝土构件表面协同工作；适用于承受静载的受弯构件、受拉构件和大偏心受压构件
- 能否整体协同取决于钢板与混凝土之间的粘结强度；中国建科院粘结抗剪/抗拉试验结论：结构胶本身与钢板强度通常有保障，粘结强度主要取决于基层混凝土自身强度——低强混凝土构件上，破坏发生在混凝土一侧的界面 → 基层混凝土强度等级不应低于 C15（低于 C15 只能回到增大截面法）
- 受力与破坏：适筋范围内随荷载增加原钢筋先屈服 → 钢板一般能屈服 → 混凝土压碎；粘结不足时钢板与混凝土粘结突然撕裂、钢板退出工作，梁突然破坏（延性差的一面）
构造要求：
| 项 | 数值 |
|---|---|
| 钢板厚度 | 手工涂胶粘贴 ≤5 mm；压力注胶 ≤10 mm（贴厚了没用，端部胶粘剂被"冲撬"剥离） |
| 受压区侧贴 | 钢板宽度 ≤ 梁高的 1/3 |
| 受拉面 | 沿轴向连续粘至支座边缘；钢板端部与集中力作用点两侧设 U 形钢箍板 |
| 板构件 | 钢板端部与集中力两侧设横向钢压条锚固 |
| 多层粘贴 | 相邻层截断位置错开 ≥300 mm，截断处设 U 形箍板 |
| 表面防护 | 钢板外抹 M15 水泥砂浆：梁 ≥20 mm、板 ≥15 mm |
- 施工流程：混凝土与钢板表面处理 → 构件卸载（必要时把已下挠、带裂的梁顶回、使裂缝闭合再粘）→ 胶粘剂配置 → 涂胶粘贴 → 固定加压至胶固化 → 卸撑、检查防护
- 钢板的两大天生缺点：腐蚀与不耐火 → 必须砂浆抹面/防护，加固方案里防火是常设扣分点
8 粘贴纤维复合材（FRP）加固法
8.1 材料
- FRP = fibre reinforced polymer，树脂胶粘剂 + 纤维复合材受拉，与构件变形协调共同工作
- 常见高性能纤维：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维（玄武岩高温熔融拉丝成纤；碳与铅笔芯、金刚石同族，纤维化后强度极高而密度小）
- 碳纤维：抗拉强度可达 2000~3000 MPa，为钢材的数倍到近十倍；缺点横向强度极低（手指一掐即断），故只能受拉使用、需树脂基体
- 按外形分片材（加固主用）与线材；按编织分单向/双向；按材料分碳纤维/玻璃纤维
- 胶粘剂按基本性能分 A 级胶、B 级胶：重要结构、悬挑构件、承受动力作用的结构构件应采用 A 级胶；一般结构 A、B 级皆可
- 优点：高强高效、自重轻厚度薄、耐久耐腐蚀、适用范围广、施工质量易保证、施工便捷（一个人拿滚刷即可贴布，不像粘钢要几人抬板钻孔加压）、环境影响小——早期只用于航天等高端领域，产量上来后民用普及（玻璃纤维已用于外墙网格布、复合材料制品）
8.2 受弯加固与端部锚固
七种破坏形态：① 受压区混凝土破坏；② 纤维复合材拉断；③ 端部保护层混凝土粘结破坏；④ 混凝土—胶界面粘结破坏；⑤ 纤维—纤维界面粘结破坏；⑥ 从梁中部弯曲裂缝处开始的粘结破坏；⑦ 从剪切裂缝处开始的粘结破坏——除①②外全是剥离/粘结类，端部锚固因此成为设计要害
- 粘贴方式：受拉面底贴条带 + 侧面 U 形箍 + 纵向压条；压条用纤维布早期可行，研究与应用表明型钢/钢板压条效果更好
- 承载力提高幅值不应超过 40%
- 延伸锚固：正弯矩区宜伸至支座边缘；切断点距充分利用截面 ≥ lc = ψ1·ff·Af/(ffv·bf) + 200；负弯矩区除按包络图确定截断点外，端部必须采取锚固措施
- 斜截面：贴成环形箍或 U 形箍 + 纵向压条
8.3 受压、受拉构件
- 轴压柱：环向围束（全包裹）——碳纤维"软"，柱身一圈圈缠绕形成有效约束，几乎不占外部空间，承载力大幅提高且延性好（抗震圈套）
N ≤ 0.9φ [ (fc0 + 4σ1)Acor + f'y0A's0 ] σ1 —— 环向围束提供的约束应力效应
- 大偏心柱：粘于受拉区边缘，纤维方向与柱纵轴一致；柱受剪加固：条带贴成环形箍，纤维与柱纵轴垂直；延性不足抗震加固：环向围束作附加箍筋
- 封闭形受拉构件（水塔、水池）：外粘 FRP，按原纵向受力钢筋位置布置、纤维与受拉方向一致，处理好围拢搭接与锚固
- 施工流程：备施工 → 混凝土表面处理 → 涂刷底胶找平 → 胶泥找平补缺 → 配置浸渍胶、粘贴纤维布滚压排气 → 固化表面防护 → 工程验收
【易错】粘钢与粘纤维布的基层要求同为"混凝土不低于 C15"；纤维布算的是"受拉增量"，端部不锚固必然沿斜裂缝或弯起裂缝剥离——答题见"贴了为什么还坏"就写剥离破坏 + 端部锚固不足。
9 方案选择实战：框架梁正截面与斜截面承载力均不足
课堂演练题（考试就考这类）：某框架结构某层一根梁，鉴定发现正截面与斜截面承载力都不足，列出方案并比较：
| 方案 | 原理 | 要点/优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 跨中增设直撑 | 减小计算跨度 | 施工最简单 | 占用空间；支撑必须顶紧（节点接触、测力控制） |
| 两侧斜撑（人字撑） | 减小 M、V | 构造简单 | 占空间；给柱施加水平推力，柱要验算 |
| 折线式预应力拉杆 | 转折点反弓上提，减弯卸载 | 不占跨中空间、加固卸载一体 | 张拉工艺讲究，端部锚固关键 |
| 增大截面（上/下） | 直接加大抗力 | 最可靠 | 上部加大占本层、下部占下层净空；层高紧张时被排除；湿作业养护慢 |
| 粘贴钢板/纤维布 | 补受拉筋 + U 形箍补箍 | 几乎不占空间、快 | 不耐火（钢）、需基层 ≥C15；对大跨梁受弯加固效率有限，大跨更宜预应力 |
| 空心板后浇层连续化 | 支座加负弯矩筋 | 整体性与承载力双升（板类） | 增加恒载 |
- 条件暗示用法：题目若给"层高比较紧张"→ 梁底增大截面、增设支点与预应力撑杆先排除；可考虑梁顶增大截面、不占净空的体外预应力拉杆，或勉强用粘钢/外粘型钢/纤维布
- 答题格式：2~3 种方案 + 优缺点对照 + 推荐一种 + 理由（逻辑通顺即得分）
10 托换技术（第8-3讲）
10.1 概念（选择题高频）
托换 = 改变荷载传递途径的工程技术
- 《建（构）筑物托换技术规程》CECS 295—2011：通过加固或增设构件等措施，改变原结构传力途径或增强原结构承载力的加固改造技术
- 百科词条定义（称"基础托换"）：为提高既有建筑物地基承载力，或纠正基础严重不均匀沉降导致的倾斜、开裂而采取的地基基础处理、加固、改造、补强技术总称——只覆盖地基基础托换，是托换的一个分支
- 辨析：广义上几乎所有加固改造都属于托换；现行常用的是狭义——构件的全部或大部分荷载被转换到新路径传递，才称托换技术。只是"分担一小部分"的不算
10.2 分类
| 角度 | 类别与典型场景 |
|---|---|
| 按托换时间 | 临时性托换（如更换桥梁支座：两侧顶起、支座拆换后再落回——托换完成即拆除）/ 永久性托换 |
| 按托换目的 | 补救性（已坏：纠偏、沉降差扩大后处理）；预防性（现在没坏：山西大量煤层上既有建筑，采煤前先打桩把荷载转换到桩基，防采空区沉降差扩大）；维持性（做一点维持现状即可） |
| 按托换构件 | 基础托换（含地基加固）、墙体托换、柱托换、板托换（抽柱、抽墙、抽梁） |
| 按受力方式 | 被动托换（桩直接打到基岩，无论怎么挖地铁都不沉降，深厚淤泥区要打 40~80 m 深桩）；主动托换（桩不必打到持力层，托盘+千斤顶始终托着建筑物，设监测限值，沉降差超限就主动顶调整；隧道完成后带载拆除千斤顶、把托换体系转为永久） |
- 基础托换细分做法：基础扩大托换（加宽、植筋、剪力键、掏挖灰缝搭接钢筋）、坑式托换（基础下部开挖导坑：挡板搭接、横向挡板、竖向嵌条）、桩式托换（桩梁式、桩筏式、桩箱式）、桩基托换（石灰桩、石灰砂桩、静压预制桩、打入钢桩、树根桩、锚杆静压桩、灌注桩等）、地基加固托换（振冲、碱液、硅化）、基础加压/减压托换、加强刚度法
- 锚杆静压桩（纠偏/托换最常用工艺之一）：基础开挖孔洞，以房屋自重为反力，千斤顶把钢管桩逐节压入，既托换又可提供顶升反力
- 基础托换与上部结构托换要区分：托换梁、托换桩属于构件层面的永久转换；“隔墙"不算托换
10.3 墙体托换：双夹梁式与单托梁式
| 形式 | 传力特点 | 优缺点 |
|---|---|---|
| 双夹梁式（墙两侧各一道托换梁 + 拉梁） | 拉梁拉紧双夹梁并参与抗剪，竖向荷载经夹梁→新基础 | 施工方便、风险小、速度快；成本高 |
| 单托梁式（墙下开洞设一道托梁） | 荷载集中于单梁 | 成本低、永久受力可靠性高；施工风险大，一般分三段跳挖施工、利用墙体竖向承载力的强度富余量，工期长 |
- 拆承重墙、开门洞、抽柱同理：先托换让荷载"有地方去”，再切割——装修拆墙的本质问题
10.4 托换工程案例
- 广州地铁 13 号线鱼珠煤场站 A7 楼桩基托换（老师亲历项目）：地铁隧道从既有框架建筑桩基下穿过，地下做主、次梁主动托换体系——托盘 + 千斤顶托住上部框架柱，设定监测限值，随沉降差发展动态顶升调整；隧道完成后转换永久受力、撤千斤顶
- 莱芜开发区管委会综合楼平移托换（山东建筑大学）：最大单柱托换荷载 11700 kN（约 1200 t），托换节点高度 2.5 m
- 深圳百货广场桩基托换：单柱托换荷载高达 18900 kN（约 1900 t）；概念换算：正常住宅每平方米自重约 1 t，一根柱托换约 1500 m² 以上上部结构，节点高 3.5 m
- 江南大酒店（南京，2021 年前后被数十家媒体报道）单柱托换 350 t，而托换梁施工空间高度仅 400 mm——尺度过大的托换节点占空间、后期还需切割拆除、延误工期，“小尺度低成本托换节点"由此成为研究方向
- 福建泉州濠景大厦整体移位：9 层框架、建筑面积 16000 m²、总重 28000 t、单柱托换 900 t，绕形心旋转 82°、再反向转 3°、纵向平移 12.6 m，2012 年完工时为当时全国最大旋转移位工程；难点：各轴顶推力布置困难、移动中水平力方向不断变化、设备随机故障——步履式推进设备解决了难题但成本偏高；坡向移位使顶升 + 多向平移旋转双工况一次成型，多功能装配式托换结构进一步降本缩期
- 南京博物院顶升与隔震加固工程（2009—2010）：整体被抬升约 3 m（大挠度顶升的托换体系，另见第 2 讲该馆库房构造闲话）
- 娄底某高速公路跨线桥顶升（拱桥桥台托换）：拱脚有巨大水平推力，顶升前切断支座时推力无处释放——在切断位置下方浇筑厚板并留出洞口、现浇两堵混凝土限位墙，切断后桥梁沿限位墙上的滑动面被顶起，拱脚推力由限位墙承担
- 江苏宿迁某学校隔震改造：房子长、中间伸缩缝只有 10 cm，做基础隔震需把缝两侧柱分别托换、拉开切断——形成三面包柱梁式非对称托换节点：设计不对称（使用需求）、施工不对称（凿毛与配筋造成的实际受力不对称）、受力不对称（支座位置不一定对称），剪跨比 <1 时受剪性能受影响更明显
- 上海玉佛寺大殿平移（托换结构 + 佛像托换）、温州百年叶宅平移（文物木柱全现状保护托换）、定陶汉墓保护（顶管托换）、拉萨 28 m 图腾巨石移位（石体高重心高，做不规则形装配式托换结构）等均为特殊托换对象
- 反面教材（老师讲的事故）：某桩基础工程图纸漏打了桩，楼建到十几层后开始漏水暴露问题，只能事后做基础托换补救
10.5 托换的技术问题与研究结论（前沿了解）
- 托换效率指标：单位接触面积上的托换荷载（折算平均抗剪强度 τ = N/A0）——节点做得"笨重"与否可量化
- 托换梁常见破坏形态：弯曲破坏、剪切破坏、新旧混凝土界面粘结滑移破坏、冲剪破坏
- 节点试验结论：① 破坏始于（钢）板脱粘；② 偏心影响明显，最后在弯拉区冲切破坏；③ 套箍与柱相对滑移达 10~30 mm 时螺栓被剪断；④ 托换梁高并非越大越好；⑤ 界面预应力作用明显（穿柱/非穿柱/斜向预应力托换节点、带 U 形斜向预应力钢筋节点是提效方向）；⑥ 摩擦型可拆卸节点：预加载卸载不超过最大值的一半可消除滑移；⑦ 荷载优先按距离最短、刚度最大路径传递（柱竖直方向），不设主动支点时斜撑分荷效果有限
- 新旧界面研究：粗糙度评定有堆沙法、探针法、激光扫描法（压饼拓模—激光扫描精度 0.4 mm），指标取平均深度、峰值深度、平均倾角；实测分维值 2.0~2.2、差异很小，与开裂荷载、位移对不上 → 分维值不是好的评定指标；规则齿界面存在最优齿深，“二阶齿效应"使弯拉开裂荷载从 23 kN 提高到 70 kN；混凝土 C15
C40 时齿**临界角约 4450°**，超过即由受剪破坏转为弯剪破坏、承载力大降；设置水平钢销键 + 其余部位保留光滑界面，可实现大托换荷载下破坏模式转换、微损伤；低周反复荷载下植筋新旧界面承载力显著低于单向静载，竖向多根植筋弱于水平多根 - 加固改造荷载取值之问（与新建不同）：新建按设计基准期内带保证率的最大荷载统计取值，加固改造通常按实际荷载取值 → 遗留问题：实际荷载计算误差与分布？承载力是否取了下包线？是否计入现场工作降低系数？每个工序工况（如截面凿毛削弱 + 可能沉降差）是否逐一验算？
【考点】“更换桥梁支座属于什么托换”——临时性托换；“采煤影响区预先打桩转荷”——预防性托换；地铁下穿桩基托换、沉降受控顶升调整——主动托换（区别于桩打到基岩的被动托换）。
11 复习要点总结
必背知识点：
- 加固结构两大受力特征：二次受力（不卸载施工）+ 新旧部分应力应变滞后；共同工作取决于结合面传剪
- 结合面粘结抗剪强度：未处理仅整浇的 15%~20%，凿毛后 40%~60%；τ ≤ fv + 0.56ρfy（穿界面钢筋直接提效）；凿毛、选合适新砼强度、卸载顶撑三条对策
- 计算假定：平截面、不抗拉、轴压/受弯两条混凝土曲线、钢筋理想弹塑性
- 八类加固方法一览及其"一句话机理”；预应力加固三重效应：加固、卸载、改变内力分布
- 增大截面构造数字：板 40 / 梁 60 / 柱 60 / 喷射 50 mm；新砼 ≥C20 且高一档、粒径 ≤20 mm；梁筋 12~25、柱筋 ≥14、箍筋封闭 ≥8；净距 ≥20 mm、短筋中距 ≤500 mm；αcs 近似 0.8（轴压比 ≤0.75）
- 外粘型钢：αa 抗震取 1.0 否则 0.9；刚度型钢项折减 0.5；角钢厚 ≥5、边长梁 50/柱 75；扁钢箍 40×40、≤500；灌浆前磨平、封边、留排气孔，出浆后堵孔持低压 10 min
- 预应力：直线/折线/混合式拉杆与单/双侧撑杆的适用；锚固能力>杆体能力；Ap ≥ ΔM/(fpy·η·h0)；净空 ≤100 mm；撑杆顶板 ≥16 mm 刨平、承压角钢嵌柱 25 mm
- 增设支点与连续化：简支 ql²/8 → 固端 −ql²/12、ql²/24；跨中支点降弯矩；斜撑给柱水平推力；预加支反力用测力计；干式/湿式/混合式连接
- 粘钢：静载受弯/受拉/大偏压；基层 ≥C15；板厚 ≤5（手工）/≤10（注胶）；侧贴宽 ≤梁高 1/3；端部 U 形箍板/横向压条；多层错开 ≥300 mm；M15 砂浆梁 20、板 15 mm 防护；两大缺点腐蚀、不耐火
- 粘 FRP：七种破坏形态中剥离类占多数→ 端部 U 形箍 + 压条锚固（钢板压条优于纤维压条）；承载力提高 ≤40%；A 级胶用于重要/悬挑/动力结构；柱环向围束约束
- 托换概念 = 改变荷载传递途径；狭义指全部或大部分荷载转新路径；四个分类维度及各自典型场景；双夹梁（贵但稳）vs 单托梁（省但险、分三段）
- 托换荷载量级记忆：莱芜单柱 11700 kN、深圳百货广场 18900 kN、濠景大厦总重 28000 t 旋转 82°、南京博物院顶升 3 m
重要案例：
- 楼梯板花篮螺丝拉杆加固：4 锚栓 + 钢索 + 花篮螺丝收紧张拉，一小时百元的"聪明加固”
- 框架梁正+斜截面不足方案比选：直撑/斜撑/折线拉杆/增大截面/粘钢粘布的条件排除法（层高、空间、工期暗示）
- 广州地铁 13 号线鱼珠站托换：主动托换 + 监测限值动态调
- 深圳百货广场 / 莱芜综合楼：18900 kN、11700 kN 单柱托换
- 泉州濠景大厦：全国最大旋转移位（82°+12.6 m）；南京博物院顶升 3 m；娄底跨线桥限位墙抵拱脚推力；宿迁校舍10 cm 缝非对称托换
- 图纸漏桩、建到十几层才托换的事故
易错点提醒：
- 把新增构件强度直接叠上去算 = 错，应变滞后；卸载顶撑可提高新加部分利用率
- 外粘型钢不能"原柱+型钢"简单相加（型钢压弯折减）
- 梁顶加大不配筋也要重新核算原受拉钢筋（可能变超筋）
- 低强混凝土（<C15）只能增大截面；粘钢粘纤维布都要求基层 ≥C15
- 折线式拉杆管"剪+弯"，直线只管正弯矩；撑杆双侧轴压小偏压、单侧大偏压弯矩不变号
- 斜撑/增设支点必须验柱的水平推力，支撑必须顶紧并用测力计控制
- 托换梁高度不是越大越好；临时托换（换支座）完成后要拆除，永久转换另做
- 纤维布端部不锚固 → 剥离；受弯加固承载力提升上限 40%
- 预应力撑杆要涂防火层；粘钢必须砂浆护面
可能考题形式：
- 选择题：方法—适用条件配对（“混凝土强度过低选什么"“大跨+不许占空间选什么"“换支座属哪类托换”）
- 看图题：预应力拉杆三种线形、托换梁形式、粘贴方式（底贴/U 形箍/压条）辨认
- 案例分析：给梁/柱/墙不足与场地约束 → 列 2~3 种加固（或托换）方案，比较优缺点并推荐 + 理由；拆墙开门洞先托换后切割的流程论证
- 开卷允许查规范：构造数值记"去哪查、怎么查”，机理与适用条件必须当堂理解