花涼亭水庫除險(xiǎn)加固工程粘鋼加固項(xiàng)目的實(shí)施

張國(guó)正

(安慶市花涼亭水庫管理局 246412)

花涼亭水庫位于長(zhǎng)江流域皖河支流長(zhǎng)河的上游，是一座以防洪、灌溉為主，兼有發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、航運(yùn)、旅游等綜合效用的大（1）型水利樞紐工程。由于歷史條件及水庫經(jīng)多年運(yùn)行，經(jīng)鑒定為“三類”壩。為解決除險(xiǎn)加固工程結(jié)構(gòu)處理難的特點(diǎn)，對(duì)泄洪隧洞出口弧形門支座附近閘墩、弧形門支撐梁以及引水隧洞出口弧形門支座附近閘墩局部受拉區(qū)裂縫采用粘貼鋼板（Q345）加固的新工藝進(jìn)行處理。

1 粘鋼加固的特點(diǎn)

粘鋼加固是采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑在混凝土表面粘貼鋼板（采用Q345），將鋼板完全覆蓋住混凝土表面，并用無機(jī)快速封堵材料將鋼板或扁鋼周圍封閉，留出排氣孔后注漿，密實(shí)地充填鋼板與混凝土的整個(gè)界面，與原混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，共同承受荷載的加固方法。由于結(jié)合面具有很高的抗剪能力，粘鋼后明顯增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度，提高了承載能力。

2 粘鋼加固材料的技術(shù)要求

a.粘貼鋼板的膠粘劑必須采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，其安全性能指標(biāo)必須符合下表的規(guī)定。專用粘鋼膠廠家須提供產(chǎn)品合格證和抗剪報(bào)告，施工時(shí)嚴(yán)格按要求配制。

b.加固用鋼板采用Q345。鋼板、連接螺栓及焊縫的質(zhì)量應(yīng)滿足GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

c.無機(jī)快速封堵材料要求凝固時(shí)間快，粘結(jié)強(qiáng)度高。

3 粘鋼加固施工方法及技術(shù)要求

3.1 加固方法

該工程粘鋼加固采用壓貼施工法。

3.2 施工工藝

a.施工工藝流程為：表面處理→鋼板下料→鋼板定位→焊接成型→密封→注漿→檢驗(yàn)→表面防護(hù)。

粘鋼用膠粘劑安全性能指標(biāo)表

b.表面處理分為混凝土表面處理和鋼材表面處理。因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)面較粗糙，故選用高強(qiáng)砂漿或角磨機(jī)將粘鋼部位修補(bǔ)、打磨平整，后用空壓機(jī)吹凈表面灰塵；鋼材表面處理：先用角磨機(jī)打磨，磨除表面銹蝕，然后用丙酮清洗干凈。

c.鋼板下料。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量取的位置和實(shí)際尺寸，對(duì)鋼板進(jìn)行下料，下料前應(yīng)對(duì)鋼板進(jìn)行劃線，要求長(zhǎng)度和寬度誤差不超過5mm，對(duì)角線和對(duì)應(yīng)邊的相對(duì)差均不超過5mm；加工前應(yīng)進(jìn)行矯正，矯正后的偏差值不超過規(guī)范的允許偏差值；鋼板切割采用自動(dòng)氣割或人工火焰切割，切割前鋼材切割區(qū)的鐵銹、污物應(yīng)清理干凈，切割后斷口邊緣溶瘤、飛濺物應(yīng)清除；鋼板加工后坡口尺寸的極限偏差不超過規(guī)范要求，保證加工質(zhì)量。

d.鋼板定位。采用錨筋錨固鋼板，用沖擊鉆在鋼板和混凝土錨固位置鉆孔，在混凝土面上安裝錨筋固定鋼板。控制混凝土表面與鋼板之間的間隙在1～5mm之間，以便于灌注結(jié)構(gòu)膠。

e.密封。用無機(jī)快速封堵材料將鋼板或扁鋼周圍封閉，留出排氣孔，并在有利于灌漿處貼牢灌漿管（在較低處設(shè)置），間距 1～2m。

f.注漿。待密封膠固化后，通氣試壓，滿足要求后以0.2～0.4MPa的壓力將無機(jī)粘結(jié)材料從灌漿管壓入鋼板與混凝土面之間；當(dāng)排氣孔出漿后，停止加壓，用配套螺桿堵孔，再以較低壓力維持灌漿10min以上。

g.表面防護(hù)。經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)鋼板粘貼效果可靠后，清除鋼板外表面的污垢和銹斑，擦去灰塵，在鋼板表面刷一層底膠，再用人工或機(jī)械在鋼板表面點(diǎn)粘砂粒，增加鋼板表面粗糙度，然后用空壓泵噴涂一層水泥膠砂，使處理后結(jié)構(gòu)面與周圍顏色一致。

4 粘鋼質(zhì)量檢測(cè)

4.1 粘鋼質(zhì)量檢測(cè)方法

經(jīng)過粘鋼增強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部界面的粘結(jié)情況無法從外界直接用肉眼觀察到，且膠結(jié)層內(nèi)存在的應(yīng)力主要為剪應(yīng)力。故該工程在粘鋼加固粘結(jié)面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了合理的檢測(cè)試樣尺寸和檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，采用一種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)粘鋼加固粘結(jié)界面抗剪強(qiáng)度的方法進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

該工程采取的檢測(cè)方法如下圖所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法及設(shè)備示意圖

所用鋼夾具、連接件根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件采用鋼板加工而成。檢測(cè)時(shí)，用連接件與螺栓將千斤頂、傳感器和鋼配件依次與鋼夾具連接起來，用托架將其托至混凝土結(jié)構(gòu)面底部，施工人員扶穩(wěn)，對(duì)正所需測(cè)試的粘鋼板，加載直至鋼板樣條剝離混凝土表面。

4.2 每組檢測(cè)程序和步驟

a.對(duì)加固混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣，樣本數(shù)不低于15個(gè)，進(jìn)行混凝土樣本的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，得出加固部位混凝土在可信度大于95%條件下抗剪強(qiáng)度值fq。

b.根據(jù)混凝土抗剪強(qiáng)度和粘貼鋼板面積，估算選擇千斤頂型號(hào)、傳感器和金屬連接件厚度及尺寸。

c.結(jié)合加固部位混凝土結(jié)構(gòu)形狀和已貼好的鋼板位置，確定鋼夾具尺寸和形狀，在粘貼鋼板附近適當(dāng)切割掏槽，凸出鋼板側(cè)面。

d.連接千斤頂、傳感器、連接件和鋼夾具，并固定好試驗(yàn)設(shè)備；傳感器線纜連接到計(jì)算機(jī)和記錄設(shè)備上；根據(jù)千斤頂型號(hào)，逐級(jí)加載，直到該組粘貼鋼板破壞，記錄破壞特征和破壞荷載，計(jì)算破壞面應(yīng)力，與混凝土抗剪強(qiáng)度比較；

e.對(duì)于多組試驗(yàn)，重復(fù)上述步驟，記錄和計(jì)算每次試驗(yàn)結(jié)果，最終判定粘貼鋼板加固質(zhì)量。

4.3 檢測(cè)判別標(biāo)準(zhǔn)

很多研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土、結(jié)構(gòu)膠和鋼板三者之中，以混凝土的抗剪強(qiáng)度最低，因此在剪應(yīng)力作用下，破壞應(yīng)該發(fā)生在混凝土部分。因此，進(jìn)行粘鋼加固后粘結(jié)界面抗剪強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，首先應(yīng)判定破壞的形式。

粘結(jié)界面抗剪強(qiáng)度可用下式計(jì)算：

式中：F為破壞荷載值，N；A為粘結(jié)面積，mm2。以fc表示混凝土破壞；以fj表示粘結(jié)層破壞。當(dāng)混凝土破壞時(shí)可認(rèn)為合格；如粘結(jié)層破壞，滿足每組試樣的平均粘結(jié)強(qiáng)度不小于試樣本身混凝土的抗剪強(qiáng)度，即fc≥fq(這里fq為混凝土抗剪強(qiáng)度），則認(rèn)為粘結(jié)質(zhì)量合格，否則認(rèn)為不合格；當(dāng)混凝土破壞和粘結(jié)層破壞同時(shí)出現(xiàn)，且滿足每組試樣的平均粘結(jié)強(qiáng)度不小于混凝土的抗剪強(qiáng)度，即 fc≥fq、fj≥fq，則認(rèn)為粘結(jié)質(zhì)量合格，否則不合格；如果破壞為混凝土破壞或粘結(jié)層破壞或兩者同時(shí)出現(xiàn)，但平均粘結(jié)強(qiáng)度小于混凝土的抗剪強(qiáng)度，即fc≤fq，則應(yīng)再取一組試樣檢測(cè)，如還是同樣結(jié)果，則可能為混凝土基層處理不當(dāng)或膠結(jié)層粘結(jié)失效，應(yīng)剝下重新粘結(jié)。

5 加固后的結(jié)果

工程加固實(shí)施后，大大改善了結(jié)構(gòu)性能，經(jīng)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)，滿足工程的需要，消除了工程的隱患。■