植筋技術在渡槽質量事故處理中的應用

方業源

(廣西南寧水利電力設計院 南寧 530001)

1 工程概況

五化灌區位于廣西中部的賓陽縣和上林縣境內,灌區范圍約2620km2,設計灌溉面積56.9萬畝,灌區總干渠全長151km,渠系附屬建筑物2513座。

塘柳渡槽位于五化灌區總干渠上樁號102+864處,設計流量為9m3/s,設計水深1.26m。渡槽除了為下游輸送水量外,還兼有疏導當地部分洪水的作用,渡槽下游灌溉面積約10萬畝。

2 渡槽結構設計

渡槽下部為排架結構,2跨總長18m,每跨跨度為9m,渡槽斷面為矩形,凈寬4.6m,混凝土等級為C25,渡槽橫剖面尺寸及配筋見圖1。

圖1 渡槽結構配筋圖

3 質量事故情況

渡槽為舊渡槽拆除重建項目,計劃工期為60天,應于春灌放水日 (4月15日)前具備輸水功能,否則將導致下游的10多萬畝的農田無法及時進行春灌。

由于施工單位組織不利,施工進度嚴重滯后,3月2日晚加班澆筑混凝土底板時,照明不足,在沒有支撐固定好底板和側壁鋼筋的情況下,直接在底板鋼筋面鋪設腳手板運輸澆筑混凝土,第二天才發現底板和側壁鋼筋嚴重偏離設計位置。其中底板上層鋼筋端部比設計位置下沉約50mm;側壁鋼筋間距嚴重超出設計值 (150mm),最大間距達到270mm;內外側鋼筋保護層厚度嚴重超出設計值(30mm),最大達到80mm,甚至內外側兩層鋼筋幾乎粘在一起。

經過核算,底板面筋下沉對渡槽承載能力沒有太大影響,但側壁鋼筋的移位使得渡槽側壁達不到設計要求的承載能力,因此必須采取措施加以處理。

根據現場進度和施工單位的情況,擬定了兩種處理方案,一是拆除重建;二是槽壁混凝土強度等級提高到C30,采用植筋技術,基本恢復原設計的鋼筋布置,5天的齡期即能保證設計承載能力。兩種方案相比,拆除重建能徹底消除質量事故的不良影響,但工期、費用代價都很大,施工單位也表示按其施工能力從3月10日開始拆除重建,趕工需要40天的工期,可能還是無法在春灌放水日之前完工,為了保證下游10萬畝的農田能及時春灌,決定采用植筋方案處理渡槽。

4 植筋設計

植筋的設計內容主要包括植筋直徑、間距、錨固深度、鉆孔直徑、鉆孔深度、膠粘劑等級等。

按照預定的處理方案,植筋布置同原側墻鋼筋為φ 8@150,混凝土保護層厚度為30mm,單根植筋的錨固深度設計值可以按以下公式[1]計算:

ls——植筋的基本錨固深度;

ψN——考慮各種因素對植筋受拉承載力影響而需加大錨固深度的修正系數;

ψae——考慮植筋位移延性要求的修正系數;渡槽所在地設計地震烈度為6度,取1.1;

αspt——為防止混凝土劈裂引用的計算系數,直徑小于20mm時取1.0;

d——植筋的公稱直徑;

fy——植筋的抗拉設計強度 (N/mm2);

fbd——植筋用膠粘劑的粘結強度設計值,底板混凝土等級C25,粘結強度設計值取2.7 N/mm2;

ψbr——考慮結構構件受力狀態對承載力影響的系數,一般構件取1.0;

ψw——混凝土孔壁潮濕影響系數,不小于1.1;

ψT——使用溫度影響系數,T≤60℃時取1.0;

同時植筋的最小錨固長度還應符合以下的構造要求:

受拉鋼筋錨固:max{0.3 ls;10d;100mm}

根據以上計算,單根植筋的錨固深度設計值為151mm,與植筋膠廠家提供的參考值 140mm(C30)相當,為保證實際施工效果,鉆孔深度定為200mm,植筋膠采用A級膠。

5 植筋施工

植筋的施工工序主要包括定位、植筋加工、鉆孔、清孔、植筋膠制備、植筋、抗拔試驗等。

(1)定位

通過量測渡槽兩側壁已經錨固的鋼筋位置,逐根檢查不符合設計的鋼筋。具體分兩種情況,一是凡是鋼筋間距超過150mm的地方,在其間植筋,植筋根數根據鋼筋間距不超過設計的間距計算;二是鋼筋間距雖然符合設計但保護層厚度超過60mm的,在原設計的位置植筋。檢查過程中需要邊量測邊記錄并在植筋位置用油漆作標記,經過統計,共有39處需要植筋。

(2)植筋加工

鋼筋直徑和形式仍然采用原設計的規格,但為達到錨固效果,在鋼筋的錨固端需做成螺紋狀,長度為80mm,鋼筋在工廠加工完畢后運到工地。鋼筋使用前應進行除銹處理,避免油漬污染。

(3)鉆孔、清孔

在標記的位置用手持式沖擊鉆在底板上鉆孔,孔深200mm,直徑15mm,植筋孔位示意圖見圖2。鉆孔要嚴格控制孔徑、孔深和孔斜方向,鉆孔時應穩定把持手持式沖擊鉆,使其均勻鉆進,孔徑誤差不超過1mm;鉆孔前在鉆桿上標記200mm的位置,鉆孔過程中注意觀察鉆進深度,達到標志線上即停止鉆進,孔深誤差不超過2mm,禁止鉆穿底板;外層植筋鉆孔不能斜向槽身外側,嚴格避免邊壁混凝土爆裂和穿孔的情況。鉆孔時要邊鉆邊排渣,鉆孔完成后要清孔。清孔時先用毛刷清掃孔壁,使孔壁上的松渣落到孔底,然后再用氣筒吹孔,注意氣管要深入孔底部,以保證孔底松渣被全部清除干凈。如果孔底有較大渣塊,應破碎后再吹孔,直到沒有粉末吹出為止。

圖2 植筋孔位示意圖

(4)植筋膠制備

施工時選擇了由A、B料組成的桶裝植筋膠,使用時必須充分攪拌混合。正式施工前在工地現場進行了配合比試驗,按照使用說明的用量,混合A、B料,通過多次試驗調整固化劑的用量,使膠體初步凝固時間為15min左右。每次制備的膠體量控制在5孔以內。

(5)植筋

將制備好的膠體迅速灌入孔內,孔內灌入膠量不少于孔體積的80%,方可以插入鋼筋,鋼筋盡可能沿孔中心同方向慢慢轉動插入,保證鋼筋周圍膠體厚度均勻,灌入膠量控制在插入鋼筋后有少量溢出孔口,膠體固化前不能搖動鋼筋。

(6)抗拔試驗

因植筋數量不多,未按標準程序進行試驗,只在植筋初步固化60min后,進行了簡單的抗拔試驗。由3人同時緊握鋼筋,用持續全力上拔,并觀察植筋根部情況,未發現有任何松動跡象。

6 運行效果

塘柳渡槽工程植筋實施后,終于在灌區春灌放水前5天完成了全部的混凝土工程和上下游連接工程,且在通水前拆除了內模板,放水當日過水設計水深約1m,成功為下游農田輸送了春灌用水。工程運行至今已經歷三個洪水期,其間運行水位已數次達到設計水深,處理后的渡槽承載能力達到了設計要求。

7 結語

目前市場上的植筋膠產品較多,魚目混珠的不乏其中,因此在選購時要選擇一些質量穩定的品牌,注意查看產品的有效期,并索取使用說明書,甚至要求商家給予必要的培訓,避免操作失誤引起二次質量事故。在正式使用前,一定要進行試配,確認產品質量有保證后,方可用于施工,有條件時還應進行標準抗拔試驗。

雖然渡槽的質量缺陷得到了修復,但浪費了大量的人力、物力和寶貴的時間,同時也給工程留下了隱患,因此工程建設還應當嚴格按照有關的技術文件和施工規范施工,杜絕類似質量事故的發生。

1 GB50367-2006.《混凝土結構加固設計規范》[S].