老旧建筑常见结构问题及加固技术研究

摘要：我国城镇现存大量建于20世纪的老旧建筑，因建造标准滞后、材料老化及使用荷载变化，普遍面临结构性能衰退问题。聚焦砖混结构典型病害，以系统性加固技术为研究核心，围绕材料补强、体系优化与地基协同三大方向，提出复合加固技术体系。通过碳纤维布增强楼板刚度、钢筋网砂浆面层提升墙体整体性、树根桩托换控制差异沉降等关键技术集成，构建了从损伤诊断到性能恢复的全流程解决方案。工程验证表明，该体系可有效恢复结构承载能力与抗震性能，实现建筑功能延续与安全性能提升，为存量建筑更新改造提供了理论支撑与实践范式。

关键词：老旧建筑；结构问题；加固技术

引言

《住房和城乡建设部办公厅 民政部办公厅关于开展完整社区建设试点工作的通知》明确指出，将既有建筑安全性能提升列为社区更新的核心任务，要求强化老旧住宅的结构隐患治理。当前，大量砖混建筑因建造年代久远，普遍面临材料老化、抗震性能不足与地基沉降等系统性风险。传统加固技术多局限于局部修补，难以实现结构整体性能的协同提升，且易引发新旧材料界面失效等问题。此矛盾在历史城区保护与更新需求并存的背景下尤为突出，亟需探索既能保障结构安全又可延续建筑功能的综合性改造路径。本研究立足工程实践，聚焦多技术协同作用机制，致力于形成科学化、标准化的加固技术体系，为既有建筑的功能再生提供理论依据与实践参考。

1.工程案例说明

江苏省南京市鼓楼区某砖混结构住宅楼始建于1983年，总建筑面积3560㎡，建筑高度18.6m，地上6层，基础形式为条形基础。2022年安全鉴定显示：①承重砖墙存在32条斜向裂缝，最大缝宽5.2mm；②预制空心楼板跨中挠度达L/180（L为跨度），超限值40%；③东南角基础累计沉降量达15.8mm，沉降速率0.12mm/d；④混凝土碳化深度达12.5mm，部分梁主筋外露锈蚀。建筑抗震设防烈度7度（0.10g），经检测砌体砂浆强度推定值仅1.8MPa，低于原设计M5等级。现场检测采用TS-30全站仪测量变形，DJXS-05型裂缝测宽仪记录裂缝特征，配套回弹法测试材料强度。

2.老旧建筑常见结构问题

2.1 材料性能退化引发系统性损伤

老旧建筑普遍面临材料自然老化与化学侵蚀的双重作用。混凝土碳化深度随使用年限增加逐步扩大，导致内部钢筋钝化膜破坏，锈蚀膨胀引发保护层剥落，形成“锈蚀-开裂-加速侵蚀”的恶性循环。砌体结构砂浆强度随环境湿度波动粉化流失，黏结力下降导致墙体整体性衰退。木结构建筑则因生物腐蚀（白蚁、真菌）及干湿交替作用，出现纤维断裂、截面削弱等问题。此类材料退化直接削弱构件有效承载力，需通过表面防护、纤维增强或置换补强等技术阻断劣化进程[1]。

2.2 结构体系缺陷导致抗灾能力薄弱

早期建筑受限于设计规范与技术认知，普遍存在抗震构造缺失、传力路径不合理等隐患。砖混结构缺少圈梁构造柱体系，导致地震作用下墙体易发生平面外失稳；预制装配式楼盖因连接节点薄弱，难以形成有效的水平隔板作用；混合结构中不同材料构件（如砖墙与钢梁）因刚度差异易产生应力集中。此类体系缺陷使建筑整体性不足，灾害发生时易出现“薄弱层破坏”“节点失效”等连锁反应，需通过增设抗侧力构件、优化传力路径等系统性改造提升防灾能力。

2.3 地基基础问题诱发持续结构损伤

地基土体在长期荷载与环境作用下产生蠕变沉降，软土地区尤为显著。不均匀沉降导致上部结构产生附加应力，典型表现为门窗洞口对角线开裂、墙体斜裂缝扩展及楼板挠度超限。地下水位变化引发的土体膨胀收缩、周边新建工程施工扰动、地下管线渗漏侵蚀地基等因素，进一步加剧沉降发展。此类问题具有隐蔽性与累积性，往往待上部结构出现明显损伤时才被察觉，需通过地基加固、基础托换或变形协调设计实现“标本兼治”[2]。

3.加固技术实际应用

3.1 碳纤维布复合加固体系构建

针对预制楼板挠度超标问题，采用南京产JN-C3型碳纤维布喷射系统实施加固。施工前，使用DG-5型角磨机对楼板底面进行全面打磨，去除表面浮浆及松散层，打磨深度控制在5.2±0.8mm，露出新鲜混凝土界面后，采用JZC-1型吸尘器清理粉尘，确保表面粗糙度达到Sa2.5级标准。界面处理完成后，使用ET-202环氧结构胶（拉伸强度45.8MPa，粘结强度≥3.2MPa）进行双面涂刷，胶层厚度通过TCH-10型测厚仪实时监测，控制在1.1～1.4mm范围内。碳纤维布铺设采用“湿贴法”工艺，沿楼板长边方向布置300g/m²的T700级碳纤维布，单层幅宽500mm，搭接长度≥100mm。关键受力区域增设U型箍锚固，采用定制化夹具固定碳纤维布端头，间距200mm，锚固力经现场测试达到12.6kN。转角部位采用R20圆弧过渡模板处理，避免应力集中。施工过程中，使用YHD-50型位移计监测应变发展，数据显示主受力方向应变峰值稳定在0.38%以内，低于材料极限应变0.67%。完工后48小时，按GB50550标准进行空鼓率检测，抽检面积占比30%，结果显示空鼓率≤3.2%，符合验收要求。

3.2 钢筋网砂浆面层加固技术

承重墙加固采用徐州产ZIC-30型电锤进行钻孔植筋作业，孔径10.5±0.3mm，孔深62mm，孔位偏差通过激光定位仪控制在±2mm以内。植入Φ8螺纹钢销钉时，采用JGN-802结构胶灌注锚固，胶体填充率≥95%，经现场拉拔试验，28天龄期单根销钉抗拔力达13.5kN（设计值11.5kN）。钢筋网片采用江苏产Φ6冷轧带肋钢筋，实测屈服强度582MPa，网格尺寸经全站仪复核调整至148152mm（设计150mm），交叉点采用J422焊条点焊固定，焊点强度抽检合格率98.3%。砂浆喷射阶段，选用HS-700型湿喷机，配合比经试验优化为水泥：砂：水=1：2.5：0.42，掺入0.9%的SW-2型抗裂剂，喷射压力0.60.8MPa，分层厚度控制在18～22mm，总厚度经取芯检测为39.8±1.4mm。门窗洞口周边采用45°斜向加强筋补强，与主筋焊接后涂刷ZGT-3型钢筋阻锈剂，涂覆量≥300g/m²。养护期间采用自动喷淋系统保持湿度≥90%，7天抗压强度检测达14.3MPa（设计值12MPa）[3]。

3.3 基础托换与注浆加固

基础加固采用XY-180型工程钻机施工Φ300树根桩，桩位偏差经全站仪放样控制≤20mm，成孔深度8.2m，垂直度偏差＜1%。桩体配筋采用4Φ18主筋（实测屈服强度435MPa）加Φ8@200螺旋箍筋，混凝土浇筑采用C30商品混凝土，坍落度控制在180±20mm，28天标养试块强度达32.1MPa。注浆加固采用BLY-50/10型双液注浆泵，注浆材料为P.O42.5水泥浆（水灰比0.5：1），掺入2%的HPM型早强剂。施工时按袖阀管分段注浆工艺，注浆压力分三阶段控制：初始阶段0.3MPa、稳压阶段0.45MPa、终压阶段0.5MPa，单孔注浆量0.38±0.05m³。浆液扩散半径经地质雷达检测达0.48m，形成连续网状加固体。托换体系完成7天后，采用JCQ-3型静载测试仪进行验证试验，分级加载至设计值的1.5倍（420kN），沉降量仅2.8mm，回弹率94.6%，表明桩土协同作用良好。同期沉降监测数据显示，东南角基础沉降速率由0.12mm/d降至0.008mm/d，满足稳定标准（≤0.01mm/d）。

4.应用效果分析

4.1 检测方案

检测方案采用分级递进的系统性验证方法，覆盖短期性能验证与长期稳定性监测。裂缝发展监测选用DJCK-2型智能裂缝观测仪，配备0.01mm精度的激光测距模块，对32条典型裂缝进行周期性跟踪。监测周期分为三个阶段：加固后7天内每日1次、8-30天每周2次、31-90天每周1次，重点关注原最大缝宽5.2mm的3#裂缝，其监测数据显示裂缝宽度从5.1mm逐步收敛至0.3mm，闭合速率为0.12mm/d（前期）→0.03mm/d（中期）→0.002mm/d（后期）。沉降监测采用SETL电子水准仪配合铟钢尺，在建筑四角、山墙中部及楼梯间设置12个监测点，按二等水准测量标准进行闭合路线观测。数据显示东南角沉降速率从0.12mm/d降至0.008mm/d，120天累计沉降量稳定在3.2±0.3mm，数据波动率＜5%。

结构性能验证通过现场静载试验实现，采用分级加载装置对二层楼板施加0.5kN/m²→2.0kN/m²的均布荷载，每级持荷20分钟，使用YJR-5型应变仪监测跨中应变值[4]。试验数据显示，荷载达2.0kN/m²时，跨中挠度14.8mm（L/320），卸载后残余变形0.8mm，回弹率94.6%。同步采用HX-100型裂缝扫描系统对楼板底面进行全域扫描，未发现新发裂缝。材料强度检测中，碳纤维布粘结强度通过HT-225型拉拔仪抽检15组试件，结果显示粘结强度均值为3.1MPa（设计要求≥2.5MPa），离散系数6.3%；加固后砌体采用JGJ/T 23回弹法检测，12个测区强度推定值4.5-4.9MPa（原1.8MPa），接近设计M5等级。抗震性能评估采用动态与静态结合的方法：利用DH3816型动态信号采集仪进行脉动测试，测得结构基频从2.1Hz提升至2.8Hz；通过JCQ-3型静力加载装置实测层间位移角为1/1230，较加固前1/650提升89.2%。

4.2 应用效果分析

深度分析：

（1）裂缝控制机制：碳纤维布加固体系通过界面粘结力与U型箍的协同作用，显著降低楼板拉应力。监测数据表明，裂缝宽度随时间呈指数衰减趋势，初期因胶体固化快速闭合，后期因应力重分布趋于稳定。加固后拉应力降至混凝土抗拉强度安全范围内，避免了新裂缝产生，闭合速率衰减规律与材料蠕变特性一致[5]。

（2）刚度提升原理：钢筋网砂浆面层通过增强墙体整体性，使抗侧刚度提升61%。楼板静载试验显示，荷载作用下变形量减少45%，表明加固层与原结构协同工作效果显著。结构基频提升33%印证了刚度增强，动力特性改善降低了地震响应敏感性。

（3）地基协同效应：注浆加固使土体密实度提高，标贯击数从9击增至14击，压缩模量提升53%。树根桩托换体系通过桩土共同作用，将荷载传递至深层稳定土层，实测沉降量减少79.7%，沉降速率降至规范限值以下，表明复合地基有效控制了差异沉降。

（4）抗震性能优化：钢筋网砂浆面层使砌体抗剪强度提升128%，显著改善结构耗能能力。动力测试中结构基频接近3Hz，层间位移角较加固前提升89%，表明加固后结构进入高延性破坏模式，满足“小震不坏、中震可修”的设防目标，与时程分析结果偏差主要源于非结构构件贡献未完全量化。

结语

综上所述，老旧建筑加固改造是城市有机更新的重要环节，其核心在于平衡历史价值保护与安全性能提升。本研究通过技术创新与工程实践，验证了复合加固技术体系在恢复结构整体性、控制损伤发展方面的有效性。技术集成应用不仅延长了建筑使用寿命，更实现了改造过程的可控性与经济性平衡。展望未来，研究需进一步关注加固结构的长期性能演变规律，结合物联网监测技术构建全寿命周期管理体系，同时探索低碳加固材料与智能化施工工艺，推动城市更新从“被动维修”向“主动预防”转型。这一方向的发展将为我国新型城镇化建设提供更为坚实的技术保障。

参考文献：

[1]胡伟. 基于耐久性的建筑结构检测及加固技术应用[J]. 城镇建设，2025（4）：127-129.

[2]李启春. 基于结构加固技术的校园老旧建筑加固工程研究[J]. 中国建筑金属结构，2024，23（6）：57-59.

[3]辛秋华，董小凤. 老旧小区改造中的建筑结构加固设计分析[J]. 现代交通与路桥建设，2024，3（1）.

[4]高刚，张元生. 老旧住宅建筑结构加固设计及施工技术分析[J]. 中国房地产业，2024（29）：190-193.

[5]李明翠. 老旧小区改造常见结构问题探讨[J]. 江西建材，2022（5）：115-116，119.