楊傳憲

(湖南省瀏陽市水利水電勘測設(shè)計院，湖南 瀏陽 410300)

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高性能水泥復(fù)合砂漿在雙沖水庫箱涵加固中的應(yīng)用

楊傳憲

(湖南省瀏陽市水利水電勘測設(shè)計院，湖南 瀏陽 410300)

摘要：針對雙沖水庫箱涵存在的問題實(shí)例，應(yīng)用高性能水泥復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)這種新型的加固技術(shù)對箱涵進(jìn)行加固處理，并對加固后的斷面進(jìn)行過流復(fù)核，加固后滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：小型水庫除險加固；高性能水泥復(fù)合砂漿； 鋼絲網(wǎng)；加固

1工程概況

瀏陽市雙沖水庫屬大溪河，樞紐位于瀏陽市沿溪鎮(zhèn)建設(shè)村，壩址以上，干流平均坡降12‰。該水庫為小(II)型水庫，具有防洪、灌溉等綜合效益。2014年瀏陽市水利設(shè)計院對其加固設(shè)計，其中對右岸原底涵進(jìn)行拆除重建，改為凈寬×凈=1.2m×1.6m的鋼筋混凝土箱涵，但在施工后業(yè)主瀏陽市水利建設(shè)中心委托第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收檢測時發(fā)現(xiàn)部分新建鋼筋混凝土箱涵混凝土強(qiáng)度等級沒有達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級(C25)，為保證該大壩箱涵部分結(jié)構(gòu)的安全和正常使用，受業(yè)主委托需對該大壩箱涵進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并提出加固處理方案。

2編制依據(jù)

1)《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 283—2012。

2)《高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 242—2008。

3)瀏陽市雙沖水庫原設(shè)計資料。

3加固方案

根據(jù)經(jīng)濟(jì)因素和使用性能等方面綜合考慮，采用C40自密實(shí)混凝土和高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)(HPFL)疊合層加固法對該段鋼筋混凝土箱涵內(nèi)壁進(jìn)行加固，增加了箱涵側(cè)壁、底面的截面剛度，增加了其承載能力，以達(dá)到該箱涵原設(shè)計承載力的要求。其中對該段鋼筋混凝土箱涵兩內(nèi)側(cè)壁和底面增加100mm厚自密實(shí)混凝土疊合層，頂面增加50mm厚高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)(HPFL)疊合層，加固示意圖如圖1。

圖1　雙沖水庫箱涵加固示意圖

3.1主要加固材料

混凝土：C40自密實(shí)混凝土；

砂漿：M40高性能水泥復(fù)合砂漿，砂漿中摻入占水泥用量20%的HPPC外加劑；

鋼筋：HPB300鋼筋，直徑為8mm。

3.2施工工藝及施工要點(diǎn)

3.2.1施工工藝

1)自密實(shí)混凝土疊合層：箱涵內(nèi)壁混凝土鑿毛→植筋→鋼筋綁扎→支模板→澆筑C40自流密實(shí)混凝土→養(yǎng)護(hù)→拆模。

2)高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)疊合層：箱涵內(nèi)壁混凝土鑿毛→定位放線→植筋(包含銷釘植筋)→鋼筋網(wǎng)片綁扎→涂刷界面劑→噴射M40高性能水泥復(fù)合砂漿→養(yǎng)護(hù)。

3.2.2施工要點(diǎn)

3.2.2.1植筋工程

1)鉆孔時水平度及垂直度的控制。孔徑控制：在作業(yè)面放鉆孔位置線時，標(biāo)出孔徑。

深度控制：電錘或水鉆上帶深度控制裝置，成孔施工深度應(yīng)達(dá)到要求再加10mm。

方向控制：①豎向孔成孔要求垂直，保證上部鋼筋連接順暢，當(dāng)在鉆地面(豎向)孔施工時，將金剛石鉆機(jī)機(jī)座用水平尺調(diào)節(jié)成水平，保證鉆機(jī)機(jī)身與地面垂直；②當(dāng)鉆柱面、墻面(水平)孔施工時，用卷尺測量機(jī)身上下與同方向測量控制線的間距，調(diào)節(jié)機(jī)身使之相等，以保證機(jī)身與柱面、墻面垂直。水平孔成孔要求向下傾斜3～5°的角度，以防止注膠時膠倒流，內(nèi)部出現(xiàn)空洞。

2)鉆孔保證直線，孔內(nèi)不能有叉孔、斜孔，以免注入膠黏劑時外滲，影響膠的有效利用。

3)一般鉆孔深度應(yīng)保證錨固設(shè)計深度+20mm，預(yù)留的深度是考慮清孔后的滯留物和連接筋端頭黏接所需。

4)沖擊鉆鉆孔時不能震酥新舊混凝土的結(jié)合面或震裂結(jié)構(gòu)邊緣棱角，在新舊混凝土結(jié)合面上植入連接件后應(yīng)人工清理面層上的虛混凝土。

5)應(yīng)堵住外界向孔內(nèi)滲流水或污物，孔內(nèi)不能滯留明水，清理干凈孔內(nèi)明水后，及時注膠并植入連接件，如果膠黏劑要求孔內(nèi)干燥的，用電加熱棒伸入孔內(nèi)進(jìn)行干燥處理。

6)注膠必須有相應(yīng)的壓力，孔內(nèi)膠體必須飽滿，而且每個孔的膠黏劑必須一次注完，如果遇到一只(桶)膠注完不夠的情況應(yīng)及時補(bǔ)注。

3.2.2.2鋼筋網(wǎng)片安裝

1)按照設(shè)計要求定位放線后，在原構(gòu)件表面進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的綁扎，對于綁扎網(wǎng)應(yīng)先用鐵絲交叉綁扎，將鋼筋固定于銷釘上，再綁扎其他位置的鋼筋，靠近外圍的兩行應(yīng)全部扎牢，中間部分可交錯間隔固定。

2)鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格間距尺寸，鋼筋大小、位置以及與原混凝土表面的距離都應(yīng)滿足構(gòu)造與設(shè)計要求。

3)鋼筋網(wǎng)與銷釘固定除采用鋼絲網(wǎng)采用點(diǎn)焊固定。允許在安裝到位后在依據(jù)設(shè)計要求的尺寸截斷富余的鋼筋，如圖2。

圖2　點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng)片及銷釘示意圖

4加固依據(jù)

4.1加固思路

由水庫箱涵的使用情況可知，當(dāng)箱涵內(nèi)無水時，箱涵只承受外部覆土的土壓力，此時箱涵承受最不利荷載，驗(yàn)算該種情況下原設(shè)計箱涵所能承受的最大荷載(抗力)和加固后箱涵所能承受的最大荷載(抗力)，當(dāng)加固后箱涵所能承受的最大荷載大于原設(shè)計箱涵所能承受的最大荷載，即說明加固后箱涵承載力達(dá)到原設(shè)計承載力要求。為簡化計算，分別把箱涵頂板和側(cè)壁簡化為單向板模型進(jìn)行計算(取1延長米)，計算簡圖如圖3。

圖3　箱涵計算簡圖

4.2箱涵原設(shè)計最大承載力計算

混凝土強(qiáng)度等級C25，fc=11.9N/mm2，ft=1.271N/mm2；鋼筋材料性能fy=fy'=300N/mm2，受拉(壓)鋼筋面積As=As'=770mm2；截面尺寸b×h=1000×400mm2，as= as'=42mm，h0=h- as=400-42=358mm。

正截面受彎承載力計算

ξ=(fyAs-fy'As')/(α1fcbh0)=0

即ξ=0<2as'/h0=2×42/358=0.23，則

M=fyAs(h0-as')=300×770×(358-42)=73.00kN·m

4.3加固后箱涵最大承載力計算

4.3.1箱涵頂板最大承載力計算

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果混凝土實(shí)際強(qiáng)度等級取為C15，fc=7.2N/mm2，ft=0.91N/mm2，原有鋼筋A(yù)s1=As1'=770mm2，fy1=fy1'=300N/mm2；加固采用鋼筋:C8@200，As2=251mm2，fy2=fy2'=360N/mm2；加固混凝土為C40，fc=19.1N/mm2，ft=1.71N/mm2；截面尺寸b×h=1000×450mm2(每1延長米)。

4.3.1.1加固后箱涵頂板跨中正截面受彎承載力計算

此時取as=70mm，as'=42mm，h0=h- as=450-70=380mm

ξ=(fy1As1+ fy2As2-fy'As')/(α1fcbh0)=0.033

即ξ=0.033<2as'/h0=2×42/380=0.22，則

M1=(fy1As1+ fy2As2)(h0-as')=80.63kN·m> M=73.00kN·m，加固后達(dá)到原設(shè)計要求。

4.3.1.2加固后箱涵頂板端部正截面受彎承載力計算

此時取as'=70mm，as=42mm，h0=h- as=450-42=408mm

ξ=(fy1As1- fy2'As2'-fy'As')/(α1fcbh0)=-0.031

即ξ=-0.031<2as'/h0=2×70/408=0.34，則

M2=(fy1As1)(h0-as')=(300×770)×(408-70)=78.08kN·m> M=73.00kN·m，加固后達(dá)到原設(shè)計要求。

4.3.2箱涵側(cè)壁最大承載力計算

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果混凝土實(shí)際強(qiáng)度等級取為C15，fc=7.2N/mm2，ft=0.91N/mm2，原有鋼筋A(yù)s1=As1'=770mm2，fy1=fy1'=300N/mm2；加固采用鋼筋:C8@200，As2=251mm2，fy2=fy2'=360N/mm2；加固混凝土為C40，fc=19.1N/mm2，ft=1.71N/mm2；截面尺寸b×h=1000×500mm2(每1延長米)。

4.3.2.1加固后箱涵側(cè)壁跨中正截面受彎承載力計算

此時取as=70mm，as'=42mm，h0=h- as=500-70=430mm

ξ=(fy1As1+ fy2As2-fy'As')/(α1fcbh0)=0.029

即ξ=0.029<2as'/h0=2×42/430=0.20，則

M1=(fy1As1+ fy2As2)(h0-as')=124.69kN·m> M=73.00kN·m，加固后達(dá)到原設(shè)計要求。

4.3.2.2加固后箱涵側(cè)壁端部正截面受彎承載力計算

此時取as'=70mm，as=42mm，h0=h- as=500-42=458mm

ξ=(fy1As1- fy2'As2'-fy'As')/(α1fcbh0)=-0.027

即ξ=-0.027<2as'/h0=2×70/458=0.31，則

M2=(fy1As1)(h0-as')=89.63kN·M>M=73.00 kN·m，加固后達(dá)到原設(shè)計要求。

綜上所述，采用C40自密實(shí)混凝土和高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)(HPFL)疊合層加固法對該段鋼筋混凝土箱涵內(nèi)壁進(jìn)行加固，能夠滿足該箱涵原設(shè)計承載力要求，故此加固設(shè)計方案結(jié)構(gòu)上合理可行。

5結(jié)語

高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固法作為一種新的加固方法，在加固修補(bǔ)混凝土和砌體結(jié)構(gòu)是一種具有廣闊發(fā)展前景的加固方法。筆者將這種方法用于實(shí)際工程加固中，加固效果良好，加固后滿足了使用功能要求。值得注意的是如果運(yùn)用在水利工程過水建筑物中還需要復(fù)核其加固后的過流能力是否滿足設(shè)計規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.CECS 242—2008高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].長沙：湖南大學(xué)出版社，2008.

[2]華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊(灌區(qū)建筑物)[M].北京：水利電力出版社，1984.

文章編號：1007-7596(2016)04-0194-03

[收稿日期]2016-03-14

[修訂日期]2016-05-02

[作者簡介]楊傳憲(1978-)，男，湖南瀏陽人，工程師，現(xiàn)任瀏陽市水利設(shè)計院副院長。

中圖分類號：TV332+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B