鋼板粘貼法在某高樁碼頭加固改造中的應(yīng)用

高義慧

摘 要：本文以長江下游鎮(zhèn)江段某高樁煤碼頭升級改造過程中遇到的一系列混凝土裂縫、破損問題為例，闡述了老碼頭修復(fù)過程中混凝土常見的裂縫現(xiàn)場及修補(bǔ)措施，著重介紹了鋼板粘貼加固下橫梁的施工方法。

關(guān)鍵詞：鋼板粘貼法 混凝土 加固 修補(bǔ)

隨著長江南京以下12.5深水航道米的建成，3萬噸級以下海船可以滿載到達(dá)南京以下各港口，3萬噸及以上海船需減載后進(jìn)江直達(dá)南京。進(jìn)一步提高該河段航道維護(hù)水深后， 3萬噸級可滿載，3萬噸以上海船則平均可多裝載1500—2000噸貨物直達(dá)南京，可進(jìn)一步降低單位運(yùn)輸成本，有利于推進(jìn)船舶大型化發(fā)展進(jìn)程，優(yōu)化運(yùn)輸船舶結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步釋放航道潛能，長江下游一系列老碼頭需要升級改造。本案例中高樁散貨碼頭由原3.5萬噸泊位按滿載靠泊5萬噸級散貨船進(jìn)行加固改造。

工程概況

該碼頭總長260m，寬27.6m，碼頭面標(biāo)高6.0m（56黃海高程，下同），碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高-11.2m。設(shè)有四個(gè)分段共40榀排架，排架間距7m（部分排架間距6m、6.5m）。碼頭為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，每榀排架下布置10根600mm×600mm預(yù)應(yīng)力砼方樁，樁長43～45m，其中有2對叉樁，兩根軌道梁下各布置3根直樁。上部結(jié)構(gòu)由現(xiàn)澆上、下橫梁，預(yù)制安裝縱梁、邊梁、軌道梁、疊合面板組成。

根據(jù)碼頭檢測與評估報(bào)告檢測結(jié)果，目前碼頭結(jié)構(gòu)的主要缺陷是部分樁基、橫梁等結(jié)構(gòu)存在裂縫、破損等現(xiàn)象，碼頭部分附屬設(shè)施脫落、松動(dòng)、等缺陷。檢測單位對碼頭結(jié)構(gòu)安全性、使用性的評定結(jié)果：碼頭整體結(jié)構(gòu)安全性評估等級為A級，使用性評估等級為A級。

碼頭修復(fù)改造

本次碼頭升級改造工程中根據(jù)檢測的實(shí)際情況對不同的破損和需要加固的地方采取了以下5種處理方式：①表層封閉法：工程中對寬度在0.2mm以下并已停止發(fā)展的淺層裂縫，特點(diǎn)是修補(bǔ)施工簡單易行，修補(bǔ)后構(gòu)件表面美觀；②壓力灌漿法：對于大于0.2mm的裂縫，采用高壓灌漿法，其其特點(diǎn)是漿液凝結(jié)硬化后強(qiáng)度高、粘接力好，對封閉裂縫、恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性有顯著作用；③局部損傷修補(bǔ)方法：對于碼頭面層、橫梁、靠構(gòu)砼脫落、露筋的情況，重新澆筑砼至原狀；④碳纖維布加固法：加固材料為抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維布，使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延伸性；⑤粘貼鋼板法：法采用環(huán)氧樹脂系列黏結(jié)劑將鋼板黏貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉緣或薄弱部位， 使之與結(jié)構(gòu)物形成共同受力的整體，以提高其剛度，改善原結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

由于該碼頭長期使用，碼頭下橫梁底部出現(xiàn)較多細(xì)小裂縫，考慮靠泊能力提高，下橫梁采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固。用黏貼鋼板來加固橋梁， 在國內(nèi)已得到廣泛的應(yīng)用 ， 由不少應(yīng)用實(shí)例。這是因?yàn)檫@種加固法具有如下優(yōu)點(diǎn)：① 不需要破壞被加固的原有結(jié)構(gòu)；②加固工程幾乎不增大原結(jié)構(gòu)的尺寸；③盡管工程質(zhì)量要求很高， 但施工時(shí)并不要求高級的專門技術(shù)人員操作；④能在短期內(nèi)完成加固工程。

下橫梁粘貼鋼板前應(yīng)先將砼結(jié)合面鑿毛、清除干凈后打磨，直至完全露出新面，并用電吹吹除粉粒，要求混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不應(yīng)低于2.0MPa。鋼板的粘結(jié)面應(yīng)進(jìn)行除銹和粗糙處理，除銹等級應(yīng)達(dá)到St3.0，粗糙度應(yīng)達(dá)到60～100μm，其后應(yīng)用脫脂棉粘丙酮擦拭干凈。

加固粘貼鋼板可分條施工，采用手工涂膠，按施工圖的孔眼位置在混凝土黏合面上選用與膨脹錨固螺栓相應(yīng)直徑鉆頭用電鉆（ 沖擊鉆） 鉆孔。由于鋼筋混凝土內(nèi)部有鋼筋， 而且鋼筋位置誤差較大， 容易在鉆孔時(shí)碰到鋼筋阻礙， 故可避開內(nèi)部鋼筋而適當(dāng)移動(dòng)孔眼位置。待混凝土黏合面上孔眼全部鉆成后， 用電鉆鉆取相應(yīng)孔眼， 以使二者孔眼對準(zhǔn)無誤； 然后把鉆有孔眼的鋼板覆蓋到混凝土黏合面上。

用斬斧在黏合面上依次輕斬混凝土表面，斬斧紋路應(yīng)與受力方向垂直， 除去表層 0. 2 ～ 0. 3 c m 以露出砂石新面， 并除去粉粒；用無油棉絲蘸丙酮擦拭混凝土黏合面， 除去油污；保持混凝土黏合面干燥清潔狀態(tài)；用無油棉絲蘸丙酮擦拭鋼板黏合面，直到用新棉絲蘸丙酮擦拭后不見污垢為止。然后將新配好拌合均勻的建筑結(jié)構(gòu)膠用刮刀（ 鏟刀） 緊密地、均勻地分別涂抹在做過表面清潔處理的混凝土黏合面和鋼板黏合面上， 使之充分浸潤在黏合面上。手拉葫蘆在下橫梁上固定，膠水粘貼好后通過手拉葫蘆將鋼板上拉至橫梁底部，立即用U型抱箍固定并植入膨脹螺栓，以增加鋼板的受拉強(qiáng)度，并加壓至膠液剛從鋼板邊緣擠出。粘貼鋼板的膠粘劑性能指標(biāo)應(yīng)滿足《港口水工建筑物修補(bǔ)加固技術(shù)規(guī)范》（JTS311-2011）的規(guī)定，并進(jìn)行抗老化實(shí)驗(yàn)，粘貼鋼板后應(yīng)進(jìn)行正拉粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)。最后可采用錘擊法檢查鋼板粘貼的空鼓率，要求空鼓率超過5%，其具體施工流程為：

圖1 鉆孔，安裝膨脹螺栓 圖2 手拉葫蘆提升鋼板，黏貼

圖3 錘擊法檢測空鼓率 圖4 涂刷防腐涂料

碼頭橫梁底部加固采用粘貼鋼板法補(bǔ)強(qiáng)，即對現(xiàn)有下橫梁強(qiáng)度不足區(qū)段進(jìn)行加固，共加固40個(gè)排架。加固方法為在橫梁底部粘貼總厚度8mm的鋼板，每層4mm，共2層，膠粘劑指標(biāo)詳見表1。鋼板用U型抱箍固定并植螺栓，以增加鋼板受拉強(qiáng)度。

表1 膠粘劑性能指標(biāo)表

拌合的建筑結(jié)構(gòu)膠基本固化時(shí)間約 24 h ，此后即可受力。固化后可采用小鐵錘輕輕敲擊鋼板，空鼓率應(yīng)不超過5%，否則此黏結(jié)件不合格，應(yīng)剝下重新黏貼或采取有效措施補(bǔ)黏或補(bǔ)強(qiáng)。鋼板外露面采用環(huán)氧瀝青涂料的方式進(jìn)行防腐。而環(huán)氧樹脂的特性是受紫外線照射時(shí)，容易發(fā)生分解、產(chǎn)生老化。在粘鋼加固的結(jié)構(gòu)中，環(huán)氧樹脂處于鋼板和混凝土之間 ，且在碼頭下部，不會(huì)受到紫外線的輻射影響，故而粘鋼結(jié)構(gòu)的耐久性是比較好的。

結(jié)語

本工程已正式通過驗(yàn)收，并經(jīng)過近三年的試運(yùn)營，多次停靠5萬噸級散貨碼頭，碼頭結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫發(fā)展，說明本次碼頭加固過程中采取的混凝土裂縫修補(bǔ)措施合理。

需要在今后施工過程中注意的幾點(diǎn)事項(xiàng)：①結(jié)構(gòu)裂縫的修補(bǔ)首先要確定裂縫成因再選擇合適的修補(bǔ)材料和方法；②鋼板粘土法加固時(shí)采取合適的固定措施，適當(dāng)加壓，及時(shí)檢查空鼓率；③環(huán)氧樹脂的抗剪強(qiáng)度一般在 7-10 Ma P 之間。環(huán)氧樹脂的配方有很多，不同的配方性質(zhì)差異很大，在實(shí)際加固中應(yīng)該仔細(xì)選擇粘結(jié)劑 ，使其滿足要求。④由于碼頭下部橫梁屬于水位變化區(qū)，必須做好鋼板防腐工作。

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（作者單位：上海三航奔騰建設(shè)有限公司）