粘鋼結(jié)構(gòu)加固法在南水北調(diào)某地下工程中的應(yīng)用

摘要：我國南水北調(diào)中線某隧洞工程為長距離輸水隧洞，由邙山段隧洞和過河段隧洞組成，全長4250m，其中邙山隧洞748.43m，過河隧洞3450.5m，設(shè)計(jì)流量265m3/s，加大流量320 m3/s，該隧洞為全圓斷面，內(nèi)徑7m，外徑7.9m，內(nèi)襯采用現(xiàn)澆分序法施工（二次襯砌），為后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用C40W12F200預(yù)應(yīng)力混凝土，厚度45cm，系超薄結(jié)構(gòu)。

在現(xiàn)有的混凝土澆筑技術(shù)中，部分頂拱混凝土不能澆滿，不能完全達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，可能影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行，一般方法是采用水泥漿回填就能滿足要求。本文具體針對南水北調(diào)某地下工程的特殊結(jié)構(gòu)的粘鋼補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行細(xì)致解讀，希望能夠?qū)?dāng)中不良隱患扼制完全，為相關(guān)事業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。粘鋼加固技術(shù)也是目前工程加固中常用的方法之一，它是應(yīng)用高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑，將鋼板粘貼在鋼筋砼或其他被加固構(gòu)件的表面，使被加固構(gòu)件與鋼板共同工作，從而達(dá)到對原結(jié)構(gòu)或構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。同其他結(jié)構(gòu)加固方法相比較，在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中采用粘鋼加固有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：施工現(xiàn)場基本無濕作業(yè)，干凈簡潔；施工方法較簡單，工期較短，對結(jié)構(gòu)的正常使用基本不影響；傳力簡單明確，耐久性較好；基本不增加結(jié)構(gòu)的重量，基本不改變結(jié)構(gòu)的外觀；粘貼鋼板的方案靈活多樣，適應(yīng)性較強(qiáng)；性價(jià)比較高，能節(jié)省材料和工期，加固費(fèi)用較低。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)；地下工程；結(jié)構(gòu)加固；粘鋼

前言：粘鋼加固體系具體應(yīng)用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑進(jìn)行鋼板、混凝土材質(zhì)粘貼，使得薄弱部位得到填補(bǔ)，并聯(lián)合原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)共同抵受外力作用，維持設(shè)施整體承載功效。具體使用條件包括：現(xiàn)場提供足以承受靜力作用的受拉部件，并且將使用環(huán)境溫度穩(wěn)定在80攝氏度范圍之內(nèi)，相對濕度不得高于70%；借助加固部件以及鋼板表面粘貼手法即可達(dá)到預(yù)期規(guī)劃指標(biāo)，施工空間不會過分?jǐn)U張；同時(shí)在加固后期結(jié)構(gòu)質(zhì)量也不會過分增加，穩(wěn)定設(shè)施美觀視角效果，也不必對相鄰結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)改造。因此，在南水北調(diào)地下工程進(jìn)行此類工藝結(jié)構(gòu)布置，根據(jù)后期結(jié)構(gòu)充水測試結(jié)果反應(yīng)效果良好，可在類似工程中得到廣泛應(yīng)用。

一、粘鋼結(jié)構(gòu)加固工藝?yán)砟顑?nèi)涵論述

所謂的粘鋼加固技術(shù)就是利用高性能環(huán)氧類粘接劑將鋼板、混凝土交接成為整體形態(tài)，在良好抗拉強(qiáng)度之下增加建筑設(shè)施整體承載潛質(zhì)與剛度維系結(jié)構(gòu)安全。具體布置流程表現(xiàn)為：處理粘貼表面、布置固定系統(tǒng)、膠粘劑調(diào)制、灌注與固化、養(yǎng)護(hù)、現(xiàn)場技術(shù)質(zhì)量驗(yàn)證等。

主要材料特性：（1）鋼板材料：選用Q235優(yōu)質(zhì)鋼板，按設(shè)計(jì)圖紙要求備料。（2）封邊膠：使用環(huán)境溫度≤80℃，在25℃左右膠凝時(shí)間為40～80min，其主要性能指標(biāo)見表。

封邊膠性能指標(biāo)表

（3）粘鋼型結(jié)構(gòu)膠。粘鋼型結(jié)構(gòu)膠，應(yīng)具有可灌性好、無毒等特點(diǎn)，其安全性能指標(biāo)見表。

粘鋼型結(jié)構(gòu)膠粘劑材料性能表

二、粘鋼加固法在南水北調(diào)地下工程應(yīng)用細(xì)節(jié)解析

粘鋼加固技藝依照以下工序進(jìn)行逐層完善，具體包括：混凝土面畫線放樣→混凝土表面鑿毛、清洗→打孔預(yù)埋螺栓→鋼板表面打磨、對位開孔→固定鋼板、封邊、預(yù)埋注漿及排氣孔→灌膠、養(yǎng)護(hù)→鋼板涂裝防腐處理。

第一，粘鋼范圍放線、鑿毛、清洗。在混凝土墻面上定出需鑿毛區(qū)域，鑿毛確保產(chǎn)生平整粗糙面之后用鋼絲刷、壓縮空氣清除浮渣、疏松物，并用工業(yè)丙酮清洗，保證混凝土面無粉塵。鑿毛深度應(yīng)不損傷鋼筋，并滿足已卷鋼板輪廓與內(nèi)襯壁面相容。

第二，打孔、植筋。根據(jù)圖紙以及實(shí)際工況要求鑿孔直徑為25mm，孔向盡量垂直巖面，偏差不大于5°；完成后采用鋼絲刷和高壓空氣清理孔內(nèi)粉塵，再采用脫籽棉蘸清洗劑插入孔內(nèi)清洗，驗(yàn)收合格后采用注射器注入植筋膠，注膠量不少于孔容量的50%，注膠完成后將植筋為20mm全絲螺桿旋轉(zhuǎn)插入錨孔，并固定、封孔。錨筋錨入前應(yīng)對錨入部分作除污、除銹處理，植入后注意對螺桿養(yǎng)護(hù)及保護(hù)，避免擾動。

第三，鋼板粘貼面處理、對位開孔與安裝。鋼板安裝前可以用電動鋼絲刷持續(xù)打磨除去鋼板表面浮銹，光澤出現(xiàn)之后用脫脂棉蘸取丙酮或工業(yè)酒精擦拭；打磨粗糙度要掌握尺度，紋道最好與鋼板受力方向垂直分布。當(dāng)鋼板銹蝕跡象嚴(yán)重時(shí)，則就應(yīng)盡快用鹽酸浸泡20分鐘左右，確保銹層脫落之后再配合石灰水清洗，并使用平輪砂輪打磨所需紋道。

根據(jù)已安裝螺栓位置，在鋼板上開孔直徑應(yīng)較植筋直徑大2cm，吊裝調(diào)校好后將鋼墊板與鋼板滿焊，螺母滿絲擰緊，保證鋼墊板與螺母緊合。鋼板埋入深度與設(shè)計(jì)深度誤差不得大于2mm，安裝完成后切除高出鋼板的螺栓桿段。

第四，封邊、埋管。采用專用封邊膠將鋼板四周密封，同時(shí)埋設(shè)灌漿管（排氣管），灌漿管上下、左右兩側(cè)交叉布置，間距控制在40cm，最下端和最上端灌漿管距鋼板邊緣不宜超過20cm。封邊膠固化后壓風(fēng)檢查封邊質(zhì)量，壓風(fēng)壓力為注膠壓力的80%。

第五，配膠與灌注工作。灌注膠按設(shè)計(jì)要求配比，可采取機(jī)械或人工手段定向攪拌（定向攪拌可減小氣泡發(fā)生率），并在材質(zhì)色澤均勻之后停止；注膠過程中，當(dāng)高于注漿嘴的排氣管均有連續(xù)膠液流出后，則可認(rèn)定排氣管以下部分灌膠密實(shí)，即可封閉排氣管更換注漿嘴繼續(xù)注漿；待鋼板最上部排氣管有連續(xù)膠液流出后，則可認(rèn)定漿液灌漿飽滿，同時(shí)封閉最上部排氣管進(jìn)行穩(wěn)壓灌注，灌注壓力控制在0.3～0.4Mpa。

第六，檢查與養(yǎng)護(hù)。灌注過程中使用木槌輕敲鋼板邊角及螺栓周圍，可以通過聲音回響檢查是否飽滿，同時(shí)可以振動鋼板，減小空腔發(fā)生率；灌膠結(jié)束后，正常狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)12h后清理表面注漿嘴及排氣管以及流出的膠液，注膠結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行72小時(shí)養(yǎng)護(hù)，在此期間鋼板不得受到撞擊或震動。

第七，技術(shù)檢驗(yàn)。用小錘敲擊鋼板檢驗(yàn)有效粘結(jié)面積，從聲音判斷粘貼固化效果，錨固區(qū)有效粘結(jié)面積應(yīng)不小于95%，否則應(yīng)開孔補(bǔ)灌。

第八，防腐處理。經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)鋼板粘貼效果可靠后，清除鋼板外表面污垢和銹斑，擦去灰塵，在鋼板表面刷一層底膠，再用人工或機(jī)械在鋼板表面點(diǎn)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，使處理后表面與原結(jié)構(gòu)混凝土顏色一致。

三、結(jié)語

經(jīng)過在南水北調(diào)某地下工程中的實(shí)踐，同時(shí)根據(jù)后期過水時(shí)結(jié)構(gòu)觀測結(jié)果，粘鋼加固技術(shù)在該工程結(jié)構(gòu)中受力良好，完全達(dá)到預(yù)期規(guī)劃指標(biāo)要求。該技術(shù)處理結(jié)構(gòu)缺陷快速，能夠保證工程質(zhì)量，同時(shí)應(yīng)用廣泛，定能適應(yīng)工程結(jié)構(gòu)相關(guān)事業(yè)可持續(xù)發(fā)展步伐。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國建筑工業(yè)出版社 《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）

[2]中國建筑工業(yè)出版社 《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50550-2010）