花涼亭水庫除險加固工程粘鋼加固項目的實施

張國正

(安慶市花涼亭水庫管理局 246412)

花涼亭水庫位于長江流域皖河支流長河的上游，是一座以防洪、灌溉為主，兼有發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、航運、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)多年運行，經(jīng)鑒定為“三類”壩。為解決除險加固工程結構處理難的特點，對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）加固的新工藝進行處理。

1 粘鋼加固的特點

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，密實地充填鋼板與混凝土的整個界面，與原混凝土結構形成整體，共同承受荷載的加固方法。由于結合面具有很高的抗剪能力，粘鋼后明顯增強了結構的抗壓、抗拉、抗剪強度，提高了承載能力。

2 粘鋼加固材料的技術要求

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)品合格證和抗剪報告，施工時嚴格按要求配制。

b.加固用鋼板采用Q345。鋼板、連接螺栓及焊縫的質(zhì)量應滿足GB50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定。

c.無機快速封堵材料要求凝固時間快，粘結強度高。

3 粘鋼加固施工方法及技術要求

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→表面防護。

粘鋼用膠粘劑安全性能指標表

b.表面處理分為混凝土表面處理和鋼材表面處理。因為混凝土結構面較粗糙，故選用高強砂漿或角磨機將粘鋼部位修補、打磨平整，后用空壓機吹凈表面灰塵；鋼材表面處理：先用角磨機打磨，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)場量取的位置和實際尺寸，對鋼板進行下料，下料前應對鋼板進行劃線，要求長度和寬度誤差不超過5mm，對角線和對應邊的相對差均不超過5mm；加工前應進行矯正，矯正后的偏差值不超過規(guī)范的允許偏差值；鋼板切割采用自動氣割或人工火焰切割，切割前鋼材切割區(qū)的鐵銹、污物應清理干凈，切割后斷口邊緣溶瘤、飛濺物應清除；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，以便于灌注結構膠。

e.密封。用無機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的壓力將無機粘結材料從灌漿管壓入鋼板與混凝土面之間；當排氣孔出漿后，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。經(jīng)檢驗確認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，再用人工或機械在鋼板表面點粘砂粒，增加鋼板表面粗糙度，然后用空壓泵噴涂一層水泥膠砂，使處理后結構面與周圍顏色一致。

4 粘鋼質(zhì)量檢測

4.1 粘鋼質(zhì)量檢測方法

經(jīng)過粘鋼增強后的結構，內(nèi)部界面的粘結情況無法從外界直接用肉眼觀察到，且膠結層內(nèi)存在的應力主要為剪應力。故該工程在粘鋼加固粘結面抗剪強度試驗的基礎上，確定了合理的檢測試樣尺寸和檢測評定標準，采用一種現(xiàn)場檢測粘鋼加固粘結界面抗剪強度的方法進行質(zhì)量檢測。

該工程采取的檢測方法如下圖所示。

圖1 現(xiàn)場測試方法及設備示意圖

所用鋼夾具、連接件根據(jù)現(xiàn)場條件采用鋼板加工而成。檢測時，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構面底部，施工人員扶穩(wěn)，對正所需測試的粘鋼板，加載直至鋼板樣條剝離混凝土表面。

4.2 每組檢測程序和步驟

a.對加固混凝土結構現(xiàn)場鉆孔取樣，樣本數(shù)不低于15個，進行混凝土樣本的抗剪強度試驗，根據(jù)統(tǒng)計學原理，得出加固部位混凝土在可信度大于95%條件下抗剪強度值fq。

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

c.結合加固部位混凝土結構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切割掏槽，凸出鋼板側面。

d.連接千斤頂、傳感器、連接件和鋼夾具，并固定好試驗設備；傳感器線纜連接到計算機和記錄設備上；根據(jù)千斤頂型號，逐級加載，直到該組粘貼鋼板破壞，記錄破壞特征和破壞荷載，計算破壞面應力，與混凝土抗剪強度比較；

e.對于多組試驗，重復上述步驟，記錄和計算每次試驗結果，最終判定粘貼鋼板加固質(zhì)量。

4.3 檢測判別標準

很多研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土、結構膠和鋼板三者之中，以混凝土的抗剪強度最低，因此在剪應力作用下，破壞應該發(fā)生在混凝土部分。因此，進行粘鋼加固后粘結界面抗剪強度檢測時，首先應判定破壞的形式。

粘結界面抗剪強度可用下式計算：

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

5 加固后的結果

工程加固實施后，大大改善了結構性能，經(jīng)檢測符合設計要求的各項指標，滿足工程的需要，消除了工程的隱患。■