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，兼有發電、供水、養殖、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多年運行，經鑒定為“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氧樹脂膠粘劑，其安全性能指標必須符合下表的規定。專用粘鋼膠廠家須提供產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量應滿足GB50017-2003《鋼結構設計規范》的有關規定。

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。根據現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范要求，保證加工質量。

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 粘鋼質量檢測

4.1 粘鋼質量檢測方法

經過粘鋼增強后的結構，內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，采用一種現場檢測粘鋼加固粘結界面抗剪強度的方法進行質量檢測。

該工程采取的檢測方法如下圖所示。

圖1 現場測試方法及設備示意圖

所用鋼夾具、連接件根據現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，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場鉆孔取樣，樣本數不低于15個，進行混凝土樣本的抗剪強度試驗，根據統計學原理，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量。

4.3 檢測判別標準

很多研究發現，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，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，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。■