鹽河老閘混凝土加固修復監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與評估

謝正浩 梅明榮 盛維高 王山山 任青文

（1.河海大學 力學與材料學院，南京 210098；2.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223001）

混凝土結構在使用30～40年以后，混凝土性能不斷地劣化，產(chǎn)生了不同程度的老化與損傷.我國在20世紀五六十年代興建的大批混凝土建筑，尤其是水利工程，目前都面臨著老化及耐久性問題，急需加固改造［1］.

混凝土的加固與補強措施是提高結構安全度、減少事故隱患的有效手段.國家對于混凝土老化、損傷病害的研究及其防治措施的高度重視，極大地推動了我國混凝土結構加固技術的應用與發(fā)展.混凝土加固方法也因此形成了比較配套的、系統(tǒng)的技術與工藝［2］.

1 鹽河閘加固修復的施工

1.1 工程概況

鹽河閘位于淮安市楊莊鄉(xiāng)境內(nèi)，是分淮入沂綜合利用工程之一，為鹽河灌區(qū)引水渠首，具有供水、分洪、防洪等功能.1959年4月建成運行，至今已50多年.該工程投入使用后陸續(xù)出現(xiàn)一些問題，從1963年以來管理單位已多次對該工程進行了維修加固，但仍存在不少問題，目前主要問題是：閘身擋洪高度不足；在校核洪水位工況下閘身抗滑安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求；混凝土結構碳化嚴重，涵洞頂板強度不足；鋼筋砼閘門框架及面板裂縫、主滾輪銹死、止水失效、漏水嚴重.為消除鹽河閘工程安全隱患，需盡快對該工程進行加固.

1.2 施工方案比較與選擇

混凝土結構加固方法很多，常用的加固方法有：加大截面法、外粘聚合物FRP法、鋼絲網(wǎng)復合砂漿加固法、裂縫修補、植筋加固法、預應力加固法、噴射混凝土補強法等等［3］.這些加固方法施工簡便，但是不同的加固方法有不同的優(yōu)缺點，比如加大截面法存在施工濕作業(yè)時間長的缺點，而FRP法存在著需要專門的防火處理的缺點等.植筋加固技術具有施工快速簡便、固化時間短、承載快、可減短工期等優(yōu)點，且植筋加固所用的粘結材料耐腐蝕、不易老化，施工后產(chǎn)生高負荷承載力，鋼筋不易移位或被拔出，有良好的密著性能，不需作其他任何防水處理，可在濕潤的情況下長時間負荷不變，抗拉力大等，這對水工結構的加固有著很大的適用性［4-5］.本工程就采用了植筋加固修復技術.

植筋固化后要開始支模和澆筑混凝土，但由于鹽河閘閘身加固空間狹小、鋼筋密集，新澆混凝土為“∏”形薄壁結構，閘墩臨水側加厚15cm、頂板底面加厚40cm.混凝土澆筑時需從原洞頂4.0m厚的填土上開孔灌入閘墩和頂板，鋼筋、模板安裝后整個澆注區(qū)是封閉的，其結構特點決定了施工人員無法進入倉面澆筑振實混凝土，因此傳統(tǒng)施工方法與普通混凝土不能滿足質(zhì)量要求，在此另提供兩種混凝土施工方案比較.

方案1為自流平混凝土：自流平混凝土是一種流動性大且黏聚性強的高性能混凝土，僅靠自身重力且無需振搗也可以達到自動流平、密實成型，充分填充鋼筋與模版間的空隙完成澆注.它不僅具有良好的力學性能和耐久性能，還具有高填充性、高抗離析性和良好的鋼筋間隙通過性能，并能減少施工所產(chǎn)生的噪音，防止振搗不善形成的結構離析等質(zhì)量事故［6］.尤其在一些形狀較復雜，高密度配筋以及斷面狹下或者封閉的特殊結構部位上，無法通過振搗完成的混凝土的澆筑施工，自流平混凝土可以很好地解決這些問題［7］.

方案2為噴射混凝土：噴射混凝土是利用壓縮空氣或其他動力，將按一定配比的混凝土拌料和外加劑等通過管道輸送并高速噴射到受噴面上，從而在很短的時間內(nèi)凝結硬化形成的混凝土［8］.通過噴射來沖擊擠壓以達到混凝土的密實，具有自搗、早強、密貼、柔性、成本低以及適用范圍廣的特點，是建筑物補強最有效的手段之一［9］.

通過對常規(guī)澆筑混凝土、自流平微膨脹混凝土、噴射混凝土等3種施工方案技術比較，根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，采用自流平微膨脹混凝土方案能夠滿足混凝土密實性和表面平整度的要求.

2 鹽河閘加固工程實測數(shù)據(jù)分析

2.1 傳感器安裝說明與布置圖

為了較全面了解鹽河閘修復加固的實際效果，我們在施工現(xiàn)場安裝相關的監(jiān)測儀器來量測結構關鍵部位的應力、應變等參數(shù).在頂板布置三個斷面，每個斷面在中部和邊部各布置一個應變計，并在中部布置一個鋼筋計.○代表應變計，□代表鋼筋計（圖1、圖2）.應變計安裝時，需先在老混凝土上打孔，將應變計一半放入，并用膨脹水泥砂漿封填，另一半應變計在新混凝土澆筑后自動在新混凝土中，用來測試不同荷載情況下頂板新、老混凝土結合面的變化情況.中部鋼筋計用來測試不同荷載情況下頂板新老混凝土結合面上植筋內(nèi)力的變化情況.

圖1 傳感器布置平面圖

圖2 傳感器布置截面圖

2.2 應變計實測數(shù)據(jù)

根據(jù)測量計算得到如表1所示數(shù)據(jù).對中部及邊部位置數(shù)據(jù)進行對比分析，如圖3所示.從圖3～4可知：①上游部位的應變變化比較劇烈，中下游部位的應變變化比較??；②總體來說，對比上游或中下游，中部的應變比邊部的應變要大；③下游的應變總是比中部的應變要大.

表1 應變表 （單位：με）

圖3 中部應變計隨時間變化折線圖

圖4 邊部應變計隨時間變化折線圖

查混凝土結構設計規(guī)范可知所能承受的極限壓應變?yōu)?30με，極限拉應變?yōu)?00με.對照加固后的應變數(shù)據(jù)，混凝土形變在容許范圍之內(nèi).

2.3 鋼筋計實測數(shù)據(jù)

根據(jù)測量計算得到如表2所示數(shù)據(jù).

表2 植筋荷載表 （單位：N）

對中部及邊部位置數(shù)據(jù)進行對比分析，如圖5所示.從圖5可知：①在結構中部，施工初期植筋受拉力且拉力較大，之后逐漸變?yōu)閴毫?，說明中部加固較好；②上下游位置的植筋一直受拉力且變化不大；③植筋的荷載隨著天數(shù)的增加逐漸穩(wěn)定，說明新舊混凝土逐漸形成一個整體結構開始工作.

圖5 植筋荷載折線圖

本工程加固所采用植筋為Φ18，根據(jù)規(guī)范可知單根植筋錨固的承載力設計值為305208N［11］.對照植筋加固后的荷載，滿足承載力要求.

3 結 論

通過對鹽河老閘施工現(xiàn)場安裝相關監(jiān)測儀器來量測加固后的結構關鍵部位的應力、應變等參數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)結構上游部分的混凝土應變變化劇烈，中下游變化較平穩(wěn)，這是由于上游位于閘口，水流等因素對這個部位的影響比較大.結構有些部位新舊混凝土之間存在拉開的趨勢，但是趨勢并不大，這是由于混凝土本身有自重存在，加固后的數(shù)值完全滿足規(guī)范要求，而且植筋的荷載隨著天數(shù)的增加逐漸穩(wěn)定，說明新舊混凝土逐漸成為一個整體結構開始工作.

混凝土的結構加固方法很多，各有利弊，加固方法的選擇要綜合考慮結構特點、施工場地的限制及經(jīng)濟性等因素.對于老閘加固，采用植筋加固的方式配合自流平混凝土的澆筑，并在后期采用監(jiān)測體系來監(jiān)測新老混凝土的整體性是一種安全簡便的加固形式.

［1］劉萬新，劉俊義，丁洪亮.關于水閘除險加固工程設計的幾個問題［J］.水利水電快報，2004，25（20）：17.

［2］宋中南.我國混凝土結構加固修復技術與發(fā)展對策［J］.混凝土，2002（10）：10－11.

［3］王宏琳.加固方法之我見［J］.科技創(chuàng)新導報，2010（14）：47.

［4］劉 輝.植筋技術應用研究淺議［J］.建筑技術開發(fā)，2003（12）：56－58.

［5］王祖珍.植筋加固技術的設計及施工應用［J］.公路工程與運輸，2009（208）：232.

［6］張建華.自流平混凝土的配置和應用［J］.科技創(chuàng)新導報，2012（33）：59－60.

［7］張國強，馬先偉.自流平混凝土原理探討及性能評價［J］.平頂山工學院學報，2006（15）：64.

［8］謝興保.現(xiàn)代噴射混凝土技術原理及特性分析［J］.武漢水利電力大學學報，1994，27（6）：654.

［9］王紅喜，陳友治，丁慶軍.噴射混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.巖土工程技術，2004（18）：51－52.

［10］GB50367-2006.混凝土結構加固設計規(guī)范［S］.