粘鋼加固技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用探討

章艷紅

（南昌縣棠墅港左堤河道堤防管理站，江西 南昌 330200）

1 粘鋼加固技術(shù)概述

粘鋼加固技術(shù)主要采用特制結(jié)構(gòu)膠粘接劑，實(shí)現(xiàn)鋼板與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)，借助粘結(jié)劑本身穩(wěn)定的性能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固及強(qiáng)度剛度增強(qiáng)的作用。與其余加固補(bǔ)強(qiáng)方法相比，粘鋼加固技術(shù)堅(jiān)固耐用、施工快、操作簡便、方案靈活、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有利于保證粘鋼加固后結(jié)構(gòu)受力條件的穩(wěn)定，剛度與強(qiáng)度統(tǒng)統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，能在水利工程正常發(fā)揮防洪、發(fā)電、灌溉、供水等功能的同時(shí)完成加固補(bǔ)強(qiáng)施工，工期短，見效快，此外，粘鋼加固施工現(xiàn)場無濕作業(yè)，加固補(bǔ)強(qiáng)后構(gòu)件外觀整潔美觀，鋼體構(gòu)件自重增加甚微[1]，避免了結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固施工。雖然水利工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，粘鋼加固方案卻能根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際而變化，對于型鋼、磚砌體等結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)同樣適用。

粘鋼加固技術(shù)在鋼筋焊接點(diǎn)斷裂加固、鋼筋漏放加固、砼標(biāo)號較低的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固、掌子面接點(diǎn)加固、吊車梁體荷載加固、橋梁式構(gòu)件加固、梁體斷裂加固、梁體下弦腐蝕漏筋加固、抗震減震加固、梁柱因腐蝕加固、斷梁荷載加固、剪力墻開挖支護(hù)加固、梁柱承載力提升柱子軸壓比超標(biāo)[2]加固等水利、道路、橋梁、電力工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

柘林水庫位于江西省九江市永修縣與武寧縣交界處，兼具防洪、發(fā)電、灌溉、供水、養(yǎng)殖等功能的大（Ⅰ）型水庫，流域面積9567 km2，年均流量 265 m3/s，年平均徑流量 82.1×108m3，水庫正常蓄水位68 m，設(shè)計(jì)洪水位69.21 m，相應(yīng)庫容77.61×108m3，總庫容927×108m3，是當(dāng)前國內(nèi)所建成水庫中土壩庫容最大的水庫，屬多年調(diào)節(jié)河川水庫。柘林水庫由土壩、溢洪道、水電站、引水口等組成，因其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提升，啟閉機(jī)室中框架橫梁及邊框架梁表面下受拉區(qū)域抗拉強(qiáng)度經(jīng)復(fù)核難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行加固處理，且主要采用框架梁受拉區(qū)域表面粘貼鋼板，從而達(dá)到輔助受拉與加固目的的結(jié)構(gòu)粘鋼加固技術(shù)。

2.2 粘鋼加固技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 工程加固要求

柘林水庫工程需要加固的構(gòu)件包括啟閉機(jī)室中框架橫梁，東側(cè)邊框架梁以及西側(cè)邊框架梁三部分，中框架橫梁與東西側(cè)邊框架梁都通過在橫梁和框架梁上方粘貼加固鋼板的方式加固。中框架橫梁所粘加固鋼板尺寸為5100 mm×600 mm，布孔18個(gè)，孔直徑為150 mm，孔橫間距416.67 mm，孔縱間距150 mm；東西側(cè)邊框架梁所粘貼加固鋼板尺寸為6100 mm×400 mm，布孔16個(gè)，孔直徑為100 mm，孔橫間距為662.5 mm，縱間距100 mm。所需加固的構(gòu)件結(jié)構(gòu)型式、補(bǔ)強(qiáng)部位以及布孔情況見圖1～圖2。

圖1 啟閉機(jī)室中框架橫梁加固及貼合鋼板螺栓孔位分布示意圖（單位：mm）

圖2 啟閉機(jī)室邊框架橫梁加固及貼合鋼板螺栓孔位分布示意圖（單位：mm）

2.2.2 施工準(zhǔn)備

（1）選擇粘接劑

為保證工程加固質(zhì)量，柘林水庫粘鋼加固施工環(huán)境溫度應(yīng)保持在5℃～20℃范圍，按照施工設(shè)計(jì)規(guī)范，粘鋼加固施工應(yīng)選用W型冬季灌注材料。粘接劑包括液體粘接劑和固體粘接劑兩種，施工工藝存在細(xì)微差別[3]，見圖3～圖4。

圖3 液體粘鋼加固技術(shù)施工工藝流程

圖4 固體粘鋼加固技術(shù)施工工藝流程

（2）加固鋼板的材質(zhì)、尺寸和固定螺栓孔位的分布

按照施工設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行加固鋼板材質(zhì)、尺寸、外觀等的選取，柘林水庫工程使用膨脹螺栓及構(gòu)件進(jìn)行鋼板的加固，膨脹螺栓打孔可能損傷梁體內(nèi)部鋼筋受力結(jié)構(gòu)，為盡可能減輕和防止損傷，應(yīng)通過鋼筋位置測定儀進(jìn)行鋼筋梁粘接面內(nèi)部鋼筋受力狀況及箍筋分布狀態(tài)的探測與確定，探測結(jié)果表明，鋼筋梁跨中部、梁的中和軸下部、框架梁支座1/3處上部筋為受拉區(qū)域；框架梁支座1/3處下部筋、跨中1/3處上部筋、鋼筋梁中和軸上部為受壓區(qū)域，腰筋受扭。并由此進(jìn)行膨脹螺栓孔位布設(shè)的確定及打孔原則的選擇。

（3）施工器械的安裝與調(diào)試

在水庫工程粘鋼加固施工之前必須準(zhǔn)備好加固補(bǔ)強(qiáng)所需要的原材料和儀器設(shè)備，在開始施工前加強(qiáng)儀器調(diào)試，保證性能穩(wěn)定，并進(jìn)行儀器設(shè)備的試驗(yàn)測試與結(jié)果分析，確保儀器設(shè)備工作狀態(tài)的正常。

2.2.3 施工工序

（1）加固梁粘接面處理

水庫工程粘鋼加固施工前采用砂輪機(jī)、鋼絲刷等徹底清理構(gòu)件結(jié)構(gòu)表面及結(jié)合處的污物、銹斑、涂料等雜物，處理干凈加固梁粘接面后采用封口膠和混凝土粗細(xì)骨料進(jìn)行缺損部位的修補(bǔ)，待修補(bǔ)均勻平整后進(jìn)行裸露鋼筋的除銹，完成后全面涂刷防護(hù)油漆，并始終保持粘接面的干燥整潔。鉆孔結(jié)束后，借助壓縮空氣機(jī)徹底吹干凈鉆孔過程中所產(chǎn)生的粉末，并充分干燥，確保粘接面無翻沫、疏松土塊、砂礫、油污和灰塵。

（2）鋼板固定、注入座的安裝與密封

通過膨脹螺栓將粘接鋼板固定于補(bǔ)強(qiáng)后的混凝土結(jié)構(gòu)表面，確保鋼板與結(jié)構(gòu)之間存在5 mm寬的間隙，并沿鋼板側(cè)緣按照預(yù)先設(shè)定的間隔進(jìn)行排氣管與注入座的安裝，隨后密封周邊并加強(qiáng)養(yǎng)生，確保密封材料承受住灌注泵注膠時(shí)所產(chǎn)生的壓力。在進(jìn)行鋼板固定、注入座按照和密封效果檢驗(yàn)時(shí)，鋼板表面處理應(yīng)達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)，即安裝穩(wěn)固，間隙均勻且一致，無扭曲變形發(fā)生，膨脹螺栓均固定牢固，封口膠充分拌和，鋼板周圍膠體截面均勻，無孔洞和蜂窩等質(zhì)量缺陷，排氣管通暢。

（3）注入液體粘接劑

按照施工設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的配合比進(jìn)行GROUT膠的均勻拌和，并通過注入泵在緩慢和低壓狀態(tài)下灌注。待鋼板傾斜到一定角度時(shí)從一端注入，直至下一個(gè)注入口溢出GROUT膠時(shí)封堵該出溢口，并移至下一注入口繼續(xù)注入，直至結(jié)束。為進(jìn)行校驗(yàn)，注入泵和管路必須完好密封，確保封口膠注入過程中零滲漏，灌注完畢后根據(jù)敲擊鋼板所發(fā)出的聲音進(jìn)行灌裝效果的直觀評價(jià)，并最終確保鋼板與粘接面之間膠體灌注均勻與密實(shí)。

（4）養(yǎng)生與維護(hù)

待封口膠灌注結(jié)束，必須加強(qiáng)粘鋼構(gòu)件的養(yǎng)生直到粘接材料完全硬化結(jié)束養(yǎng)生，再除去注入管，用鐵砂輪處理鋼板邊緣。

3 結(jié)語

柘林水庫啟閉機(jī)室中框架橫梁及邊框架橫梁粘鋼加固施工結(jié)束于2016年10月，總投資約79.8萬元，比傳統(tǒng)的固結(jié)技術(shù)節(jié)約成本約24%，粘鋼加固施工并未對水庫正常輸水產(chǎn)生不利影響，水庫灌區(qū)12萬hm2耕地灌溉也如期進(jìn)行。柘林水庫粘鋼加固施工后的運(yùn)行情況充分表明，該水庫啟閉機(jī)室中、邊框架橫梁加固前期準(zhǔn)備工作全面而準(zhǔn)確，所運(yùn)用的粘鋼加固技術(shù)及厚漿涂層防腐綜合補(bǔ)強(qiáng)處理具有很強(qiáng)的適用性和技術(shù)安全性，質(zhì)量控制措施得當(dāng)，對于延長柘林水庫使用壽命并提升工程投資的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益意義重大。