薄壁鋼筋混凝土斷筋修補方案工藝性試驗及措施

王 斌

(西安高新建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 710065)

1 概述

沙河渡槽工程第三施工標(biāo)段，位于河南平頂山市魯山縣境內(nèi)，全長3400m，主要建筑物包括大郎河—魯山坡箱基渡槽和魯山坡落地槽。箱基渡槽槽身采用矩形雙槽布置型式，單槽凈寬12.5m，兩槽相互獨立。槽身側(cè)墻凈高7.8m，墻頂部寬0.5m，底部寬1.25m，下部支承結(jié)構(gòu)為箱形涵洞;落地槽槽身為矩形斷面，凈底寬22.2m，側(cè)墻凈高8.1m，墻頂部寬0.5m，底部寬1.2m。2011年11月11日在渡槽施工過程中發(fā)現(xiàn)箱基渡槽和落地槽渡槽側(cè)墻內(nèi)外側(cè)與鋼模臺車模板底部固定螺栓發(fā)生沖突的豎向主鋼筋被切斷的質(zhì)量事件。為保證工程質(zhì)量，召開了多次南水北調(diào)專家委員會專家咨詢會議，河南省設(shè)計院依據(jù)專家意見對沙河渡槽段工程第三標(biāo)沙河渡槽三標(biāo)箱基渡槽、落地槽側(cè)墻施工鋼模臺車?yán)瓧U部位鋼筋切斷加固處理方案工藝性試驗提出試驗內(nèi)容及要求，現(xiàn)就施工現(xiàn)場加固處理方案工藝性試驗分析論述。

2 工藝試驗依據(jù)

a.《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204—2002)。

b.《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(SD J—2078和SL/T 191—96)。

c.《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50164—92)。

d.《混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷及裂縫處理技術(shù)規(guī)定》(南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，2007年2月14日實施)。

e.《沙河渡槽三標(biāo)質(zhì)量問題處理會議紀(jì)要》(豫直局平紀(jì)要［2011］4號)。

f.《南水北調(diào)中線干線工程沙河渡槽質(zhì)量問題專題會會議紀(jì)要》(中線局工［2012］23)。

g.《南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河渡槽有關(guān)質(zhì)量處理技術(shù)咨詢會》咨詢意見(2012年第1號，總第107號)。

h.《設(shè)計通知單》(沙 S—2012—05)。

3 試驗?zāi)康募皟?nèi)容

a.通過現(xiàn)場焊接試驗形成一套適應(yīng)現(xiàn)場焊接工作面、操作性強、成熟實用并能保證焊接質(zhì)量的焊接方案、工序及焊接工藝，以便指導(dǎo)后續(xù)大面積焊接施工。

b.通過焊接試驗，在滿足焊接質(zhì)量的前提下選擇合適的加固處理焊接開洞空間，包括斷筋兩側(cè)與背后的空間;了解焊接高溫對周邊混凝土影響情況，為填補孔洞前對周邊混凝土的處理提供參考依據(jù);通過試驗提出減小焊接高溫對周邊混凝土與焊接面外鋼筋影響的措施。

c.通過現(xiàn)場補洞填充加固材料試驗，優(yōu)選填充材料，選擇能夠填充密實、與老混凝土結(jié)合好、與鋼筋黏結(jié)緊密的材料;選擇適宜的材料配比;通過試驗提出一套保證填充質(zhì)量的施工方案、工序與工藝，以規(guī)范操作、指導(dǎo)后續(xù)大面積填充加固施工。

4 回填工藝試件布置樣式

為驗證鋼筋焊接、補強回填材料的質(zhì)量效果，現(xiàn)場預(yù)制了3組回填工藝試件，每個試件可利用4個面(4個回填槽)模仿現(xiàn)場斷筋情況事先預(yù)埋切斷鋼筋，斷筋鋼筋布置在試件正中間位置，斷筋間斷距離為150mm。并對每個試件及開槽窗口進(jìn)行編號，具體參數(shù)如下:

a.構(gòu)件尺寸。400mm×300mm×1500mm。

b.混凝土指標(biāo)。C30W8F150。

c.鋼筋型號。Ⅱ級鋼筋，直徑為28mm、25mm、22mm，其中，直徑25mm的鋼筋每個構(gòu)件預(yù)埋2個面，其他均為1個面(箱基渡槽內(nèi)側(cè)鋼筋直徑為28mm、外側(cè)直徑為25mm，落地槽內(nèi)側(cè)鋼筋直徑為25mm、外側(cè)直徑為22mm)，鋼筋保護(hù)層厚50mm。

d.施工方法?；炷翝仓摻罱壴c渡槽混凝土施工質(zhì)量控制要求相同。

5 試件開槽施工

3組試件齡期達(dá)到28天以上后，對試件每個面進(jìn)行開槽處理。開槽原則為:槽寬120mm(以豎向鋼筋為中心，兩側(cè)各60mm寬)、高度根據(jù)豎向鋼筋有效幫條焊接長度不小于12d和中間空隙的總和(高度H=12d+中間空隙距離150mm)、深度95mm(鋼筋三個面外露及鋼筋背后鑿除15mm)。

鑿槽之前，沿條形槽輪廓線采用切割機切成4cm深的縫隙，以免鑿除槽內(nèi)混凝土?xí)r損壞條形槽周邊的混凝土。人工鑿除條形槽內(nèi)包裹鋼筋的混凝土，混凝土鑿除到鋼筋完全外露并滿足幫條單面焊接和方便鋼筋背后回填施工要求為止，鋼筋背后鑿除混凝土為15mm。

6 鋼筋焊接試驗

幫條焊接有效長度不小于12d，幫條總長度H=12d+中間空隙距離150mm，即φ28mm鋼筋幫條焊接長度不小于340mm+150mm=490mm，φ25mm鋼筋幫條焊接長度不小于300mm+150mm=450mm，φ22mm鋼筋幫條焊接長度不小于270mm+150mm=420mm。

焊接前將槽內(nèi)雜物清理干凈，并用水沖洗、用風(fēng)吹干。焊接之前，在焊接鋼筋周圍用硬紙等物將鋼筋焊接部位與混凝土分隔，以防在施焊過程中火花對周邊混凝土的灼傷和污染。幫條焊時，幫條與主筋之間用四點定位焊固定;定位焊縫與幫條端部的距離宜不小于20mm;焊接時，在幫條焊形成焊縫中引弧;在端頭收弧前填滿弧坑，并應(yīng)使主焊縫與定位焊縫的始端和終端熔合。

為防止溫度過高對周邊混凝土產(chǎn)生破壞，從幫條兩端向中間部位逐漸完成焊接施工(焊接順序為從鋼筋固定端向自由端)，溫度過高時采取分段并間隔一定時間后再施焊，采用紅外線溫度測控儀進(jìn)行觀測溫控(見表1)。

表1 施 焊 溫 度 統(tǒng) 計

持續(xù)將單個幫條焊接完成時，檢查周邊混凝土及混凝土與鋼筋的結(jié)合部位時，均未發(fā)現(xiàn)裂縫、炸開等異常現(xiàn)象。

焊接試驗完成后，分別對鋼筋直徑28mm、25mm、22mm的焊接試件進(jìn)行鋼筋焊接抗拉試驗，每個焊接試件抗拉強度實驗值均大于450N/mm2，能夠滿足抗拉強度要求，焊接試件鋼筋破壞斷口位置均在幫條之外。

7 現(xiàn)場補強工藝性試驗

對每個試件槽內(nèi)分別用回填水泥基(KB)、細(xì)石混凝土、預(yù)縮砂漿、水泥基(KB)和預(yù)縮砂漿分區(qū)回填等三種材料四種方式進(jìn)行補強回填施工，每種材料分別回填不同鋼筋直徑的槽(見表2)。

表2 回 填 材 料 記 錄

7.1 補強施工方法

回填補強前，將槽內(nèi)雜物、焊渣清理干凈，并用水沖洗、用風(fēng)吹干，經(jīng)三檢合格后，申請監(jiān)理工程師驗收，經(jīng)專業(yè)監(jiān)理工程師同意后進(jìn)行回填補強施工。具體各種材料回填施工方法如下。

7.1.1 水泥基(KB)施工

水泥基(KB)拌制采用現(xiàn)場人工拌和，水泥基(KB)由廠家事先調(diào)配好，現(xiàn)場直接添加飲用水拌制成有一定塑性即可。一般KB∶水=3.5∶1～4∶1。

施工前，先充分濕潤槽內(nèi)的混凝土界面，層面多余的積水用抹布吸干。從鋼筋側(cè)面和鋼筋縫隙的位置將具有一定柔性(膠泥狀)的水泥基(KB)擠壓至鋼筋背部填充密實。鋼筋外側(cè)以整個平面分層夯填密實，分層厚度2cm，每層填筑需待上層無流動性后，并且保證在未初凝之前進(jìn)行下一層施工。表面與周邊老混凝土面平順相接，最后表面抹光，施工完成后在表面及時涂刷一層養(yǎng)護(hù)劑，保證涂層處于潤濕狀態(tài)，并在表面上粘貼薄膜，防止水泥基(KB)表面水分散發(fā)，并采取保溫與隔熱措施。

7.1.2 細(xì)石混凝土澆筑

細(xì)石混凝土拌制采用現(xiàn)場人工拌和，現(xiàn)場配備稱量裝置，嚴(yán)格按照配合比控制拌和。

施工前，先充分濕潤槽內(nèi)的混凝土界面，層面多余的積水用抹布吸干。用從鋼筋側(cè)面和鋼筋中間部位的縫隙將細(xì)石混凝土倒入和擠壓等方法，把混凝土鋼筋內(nèi)側(cè)填充壓實，借助導(dǎo)棒夯實混凝土，并采用木錘擊打鋼筋和鋼筋兩側(cè)縫隙部位輔助搗實混凝土。鋼筋外側(cè)將混凝土直接鏟入槽，混凝土下料時用搗棍輔助入槽，采用人工分層夯筑密實，每層填筑厚度4～5cm，外側(cè)采用方木臨時支擋，邊支擋邊上升夯筑，每層槽內(nèi)混凝土裝灌飽滿后，采用木錘擊實，泛出漿液后，并壓實抹光。表面與周邊老混凝土面平順相接，最后表面進(jìn)行抹光。

混凝土初凝后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和保護(hù)工作，在補強的細(xì)石混凝土初凝后表面上刷養(yǎng)護(hù)劑，并在表面上粘貼薄膜，防止細(xì)石混凝土表面水分散發(fā)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天，并采取保溫與隔熱。

7.1.3 預(yù)縮砂漿施工

預(yù)縮砂漿拌制采用現(xiàn)場人工拌和，現(xiàn)場配備稱量裝置，嚴(yán)格按照配合比控制拌和。

施工前，先充分濕潤槽內(nèi)的混凝土界面，層面多余的積水用抹布吸干，砂漿填筑前應(yīng)進(jìn)行預(yù)縮30min，然后從鋼筋側(cè)面和鋼筋中間縫隙部位將砂漿擠壓至鋼筋內(nèi)側(cè)填充密實，采用木錘擊打鋼筋和鋼筋兩側(cè)縫隙部位搗實砂漿。鋼筋外側(cè)采用方木臨時支擋，邊支擋邊上升填筑，每層填筑厚度2～3cm并采用木錘擊實，泛出少量漿液后，壓實抹光。表面與周邊老混凝土面平順相接，最后表面抹光，施工后及時在補強的砂漿表面上刷養(yǎng)護(hù)劑，并在表面上粘貼薄膜，防止砂漿表面水分散發(fā)，并采取保溫與隔熱措施。

7.1.4 水泥基(KB)和預(yù)縮砂漿混合施工

在槽內(nèi)分區(qū)回填兩種不同材料施工，即鋼筋內(nèi)側(cè)采用水泥基(KB)回填，鋼筋外側(cè)采用預(yù)縮砂漿回填補強。

施工前，先充分濕潤鑿毛的混凝土面，層面多余的積水用抹布吸干，然后從鋼筋側(cè)面和鋼筋縫隙部位將水泥基(KB)擠壓至鋼筋內(nèi)側(cè)填充密實。鋼筋正面外側(cè)采用預(yù)縮砂漿分層填筑，填筑厚度2～3cm，外側(cè)采用方木臨時支擋，邊支擋邊上升填筑，并采用木錘擊實，泛出少量漿液后，壓實抹光。表面與周邊老混凝土面平順相接，最后表面抹光，施工后及時在補強的砂漿表面上刷養(yǎng)護(hù)劑，并在表面上粘貼薄膜，防止砂漿表面水分散發(fā)，并采取保溫與隔熱措施。

7.2 回填修補材料抗壓強度試驗情況

在3組試件回填修補施工時，對每種回填材料進(jìn)行現(xiàn)場取樣，經(jīng)過17天齡期后，其抗壓強度指標(biāo)均能滿足比渡槽C30混凝土高一等級(大于35MPa以上)的要求，預(yù)縮砂漿抗壓強度平均值(17天)為47.6MPa、水泥基(KB)抗壓強度平均值(17天)為37.2MPa、細(xì)石混凝土抗壓強度平均值(17天)為35.8MPa。

7.3 補強回填材料效果分析

試件回填的水泥基(KB)、細(xì)石混凝土、預(yù)縮砂漿三種補強材料達(dá)到20天，水泥基(KB)和預(yù)縮砂漿綜合補強材料達(dá)到14天后，對每個試件不同截面進(jìn)行了切割，檢驗新老混凝土、鋼筋結(jié)合和鋼筋背后部位回填密實情況。比較分析如下:

a.水泥基(KB)。與鋼筋內(nèi)、外結(jié)合良好，鋼筋內(nèi)側(cè)及外側(cè)回填較密實，但表面新老混凝土收縮嚴(yán)重，出現(xiàn)較多裂縫。截面部位靠外側(cè)新老混凝土結(jié)合一般，有明顯裂縫張開。

b.預(yù)縮砂漿。鋼筋直徑為25mm、22mm的槽，鋼筋內(nèi)側(cè)砂漿填充較為密實，其強度欠佳，鋼筋直徑28mm的背后填充不夠密實，出現(xiàn)孔洞現(xiàn)象。外側(cè)填充密實，與鋼筋結(jié)合良好，新老混凝土結(jié)合面良好，無裂縫現(xiàn)象。

c.細(xì)石混凝土。鋼筋內(nèi)側(cè)混凝土不夠密實、有欠振現(xiàn)象，與鋼筋結(jié)合一般。外側(cè)與新老混凝土、鋼筋結(jié)合良好，混凝土填充較密實，局部有裂縫。

d.內(nèi)部(鋼筋背部)填充水泥基(KB)、外部(鋼筋以外部分)填充預(yù)縮砂漿。鋼筋內(nèi)側(cè)回填密實，與混凝土面、鋼筋結(jié)合良好。外側(cè)的外表面、剖開截面的新老混凝土結(jié)合良好，填充砂漿密實、無裂縫、與鋼筋結(jié)合良好。

7.4 回填材料推薦結(jié)論

經(jīng)各種材料回填試驗的密實程度、新老混凝土結(jié)合以及與鋼筋結(jié)合等情況的效果分析，以及簡單經(jīng)濟(jì)比較，鋼筋內(nèi)側(cè)采用水泥基(KB)填充、鋼筋以外部分填充預(yù)縮砂漿的分區(qū)回填補強效果是最佳的。因此推薦鋼筋內(nèi)側(cè)回填采用水泥基(KB)、外側(cè)回填采用預(yù)縮砂漿的分區(qū)回填補強方案。

8 工藝試驗施工總結(jié)

8.1 開槽尺寸確定

經(jīng)現(xiàn)場開槽及鋼筋施焊情況分析，對直徑為28mm的鋼筋條形槽寬調(diào)整修改為140mm，以便于鋼筋施焊及鋼筋背后回填施工，其他參數(shù)均可不變，便能夠較好地便于鋼筋背后回填密實和鋼筋焊接施工。具體如下:

a.槽寬度。豎向鋼筋直徑為28mm的槽寬度應(yīng)不小于140mm，其他鋼筋直徑25mm、22mm的槽寬度應(yīng)不小于120mm。

b.槽高度(長度)。高度應(yīng)根據(jù)豎向鋼筋有效幫條焊接長度不小于12d和斷筋距離而定，并考慮上下施工空間加10～20mm，即高度H=12d+中間空隙距離+20mm。

c.槽深度。豎鋼筋完全外露，且鋼筋背后鑿除15mm的空間，一般情況深度為100mm。

8.2 鋼筋焊接施工工藝總結(jié)

試驗構(gòu)件現(xiàn)場焊接試驗結(jié)果表明，該施工工藝能夠較好地進(jìn)行鋼筋焊接施工。具體如下:

a.焊機設(shè)備。BX1-300電焊機。

b.焊接形式。幫條單面焊接。

c.幫條長度。豎向鋼筋有效幫條焊接長度不小于12d，即φ28mm鋼筋幫條焊接長度不小于336mm，φ25mm鋼筋幫條焊接長度不小于300mm，φ22mm鋼筋幫條焊接長度不小于264mm。上述幫條長度參數(shù)根據(jù)鋼筋焊接試驗報告能夠滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

d.焊縫厚度(s)。幫條焊接接頭的焊縫厚度s不應(yīng)小于主筋直徑的0.3倍。

e.焊縫寬度(b)。焊縫寬度b不應(yīng)小于主筋直徑的0.8倍。

f.焊條規(guī)格。J502焊條。

g.施焊前準(zhǔn)備。焊接過程中，在焊接鋼筋的周圍用硬紙等物將鋼筋焊接部位與混凝土分隔，以防在施焊過程中火花對周邊混凝土灼傷和污染。

h.施焊方法。為防止溫度過高對周邊混凝土產(chǎn)生破壞，從幫條兩端向中間部位逐漸完成焊接施工。采取分段、間隔一定時間等措施施焊，并用紅外線溫度測控儀觀測混凝土及鋼筋溫度，當(dāng)最近端的混凝土表面溫度過高時應(yīng)停止施工，待適當(dāng)降溫后再施焊。焊接順序為從幫條兩端向中間部位逐漸完成焊接施工(從開槽內(nèi)鋼筋固定端向自由端焊接)。幫條與主筋之間用4點定位焊固定;定位焊縫與幫條端部的距離宜不小于20mm;焊接時，在幫條焊形成焊縫中引弧;在端頭收弧前填滿弧坑，并應(yīng)使主焊縫與定位焊縫的始端和終端熔合。

i.施焊注意事項:

?焊縫有效長度不小于12d;

?鋼筋焊接接頭的焊縫厚度不應(yīng)小于主筋直徑的0.3倍，焊縫寬度不應(yīng)小于主筋直徑的0.8倍;

?焊接時，引弧應(yīng)在形成焊縫的部位進(jìn)行，不得灼傷主筋;

?焊接過程中應(yīng)及時清渣，焊縫表面應(yīng)光滑，焊縫余高應(yīng)平緩過渡，弧坑應(yīng)填滿;

?鋼筋焊接前應(yīng)將斷筋處的開槽內(nèi)雜物、灰塵及松動混凝土塊清理干凈;

?鋼筋端面應(yīng)切平，鋼筋邊角毛刺及端面上鐵銹、油污和氧化膜應(yīng)清除干凈，并經(jīng)打磨露出金屬光澤，不得有氧化現(xiàn)象;

?焊接時應(yīng)做好周邊混凝土的降溫工作，焊接順序為從開槽內(nèi)鋼筋固定端向自由端，控制好焊接溫度及速度;

?雨天、大風(fēng)天氣不宜在現(xiàn)場施焊，必須施焊時，應(yīng)采取有效遮蔽、防風(fēng)措施，焊后未冷卻接頭不得碰到冰雪;

?操作焊接的焊工，必須經(jīng)過專門的培訓(xùn)，達(dá)到一定的級別。

8.3 推薦回填補強材料(鋼筋內(nèi)側(cè)回填水泥基，外側(cè)回填預(yù)縮砂漿的分區(qū)回填補強)施工工藝

水泥基(KB)和預(yù)縮砂漿分區(qū)修補施工，將槽內(nèi)分區(qū)回填兩種不同材料施工，即鋼筋內(nèi)側(cè)采用水泥基(KB)回填，鋼筋外側(cè)采用預(yù)縮砂漿回填補強。

a.槽內(nèi)驗收。回填補強前，將槽內(nèi)雜物、焊渣清理干凈，并用水沖洗、用風(fēng)吹干，經(jīng)三檢合格后，申請監(jiān)理工程師驗收，經(jīng)專業(yè)監(jiān)理工程師同意后進(jìn)行回填補強施工。

b.回填材料拌制。水泥基(KB)材料現(xiàn)直接加入飲用水，經(jīng)不斷多次加水，使水泥基(KB)拌制后無流動性和有一定柔性即可，一般 KB∶水 =3.5∶1～4∶1。預(yù)縮砂漿拌制采用現(xiàn)場人工拌和，現(xiàn)場配備稱量裝置，預(yù)縮砂漿嚴(yán)格按照配合比控制拌和，拌制后預(yù)縮30min后方可回填修補施工。水泥基(KB)和預(yù)縮砂漿每次拌制的用量應(yīng)在初凝之前使用完，一次拌制用量不得過多。

c.施工前準(zhǔn)備。施工前，先充分濕潤混凝土界面，層面多余的積水用抹布吸干。

d.回填施工。先用水泥基(KB)回填鋼筋內(nèi)側(cè)部位施工，拌制好的水泥基(KB)材料從鋼筋側(cè)面和鋼筋縫隙部位擠壓至鋼筋內(nèi)側(cè)填充密實。鋼筋內(nèi)側(cè)回填完成后，采用預(yù)縮砂漿分層填筑鋼筋正面(外側(cè))，外側(cè)采用方木臨時支擋，邊支擋邊上升填筑，填筑厚度2～3cm，每層采用木錘擊實，泛出少量漿液后即可。與水泥基(KB)交界區(qū)應(yīng)把木錘撐有一定斜度，往內(nèi)側(cè)傾斜擊實。施工至頂部時，填筑方向應(yīng)與過流面平行，并用木錘往內(nèi)側(cè)擊實。表面與周邊老混凝土面平順相接，最后表面砂漿應(yīng)進(jìn)行壓實抹光。施工后及時在補強的砂漿表面上刷養(yǎng)護(hù)劑，在表面上粘貼薄膜，防止砂漿表面水分散發(fā)，并采取保溫與隔熱措施，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天?！?/p>