鋼板粘貼法在某高樁碼頭加固改造中的應用

高義慧

摘 要：本文以長江下游鎮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，闡述了老碼頭修復過程中混凝土常見的裂縫現場及修補措施，著重介紹了鋼板粘貼加固下橫梁的施工方法。

關鍵詞：鋼板粘貼法 混凝土 加固 修補

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南京以下各港口，3萬噸及以上海船需減載后進江直達南京。進一步提高該河段航道維護水深后， 3萬噸級可滿載，3萬噸以上海船則平均可多裝載1500—2000噸貨物直達南京，可進一步降低單位運輸成本，有利于推進船舶大型化發展進程，優化運輸船舶結構，進一步釋放航道潛能，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5萬噸級散貨船進行加固改造。

工程概況

該碼頭總長260m，寬27.6m，碼頭面標高6.0m（56黃海高程，下同），碼頭前沿設計泥面標高-11.2m。設有四個分段共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構，每榀排架下布置10根600mm×600mm預應力砼方樁，樁長43～45m，其中有2對叉樁，兩根軌道梁下各布置3根直樁。上部結構由現澆上、下橫梁，預制安裝縱梁、邊梁、軌道梁、疊合面板組成。

根據碼頭檢測與評估報告檢測結果，目前碼頭結構的主要缺陷是部分樁基、橫梁等結構存在裂縫、破損等現象，碼頭部分附屬設施脫落、松動、等缺陷。檢測單位對碼頭結構安全性、使用性的評定結果：碼頭整體結構安全性評估等級為A級，使用性評估等級為A級。

碼頭修復改造

本次碼頭升級改造工程中根據檢測的實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以下并已停止發展的淺層裂縫，特點是修補施工簡單易行，修補后構件表面美觀；②壓力灌漿法：對于大于0.2mm的裂縫，采用高壓灌漿法，其其特點是漿液凝結硬化后強度高、粘接力好，對封閉裂縫、恢復結構的整體性和耐久性有顯著作用；③局部損傷修補方法：對于碼頭面層、橫梁、靠構砼脫落、露筋的情況，重新澆筑砼至原狀；④碳纖維布加固法：加固材料為抗拉強度極高的碳纖維布，使增強粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力增大結構的抗裂或抗剪能力，提高結構的強度、剛度、抗裂性和延伸性；⑤粘貼鋼板法：法采用環氧樹脂系列黏結劑將鋼板黏貼在鋼筋混凝土結構物的受拉緣或薄弱部位， 使之與結構物形成共同受力的整體，以提高其剛度，改善原結構鋼筋混凝土的應力狀態，提高結構的承載能力。

由于該碼頭長期使用，碼頭下橫梁底部出現較多細小裂縫，考慮靠泊能力提高，下橫梁采用粘貼鋼板法進行加固。用黏貼鋼板來加固橋梁， 在國內已得到廣泛的應用 ， 由不少應用實例。這是因為這種加固法具有如下優點：① 不需要破壞被加固的原有結構；②加固工程幾乎不增大原結構的尺寸；③盡管工程質量要求很高， 但施工時并不要求高級的專門技術人員操作；④能在短期內完成加固工程。

下橫梁粘貼鋼板前應先將砼結合面鑿毛、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強度不應低于2.0MPa。鋼板的粘結面應進行除銹和粗糙處理，除銹等級應達到St3.0，粗糙度應達到60～100μm，其后應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直徑鉆頭用電鉆（ 沖擊鉆） 鉆孔。由于鋼筋混凝土內部有鋼筋， 而且鋼筋位置誤差較大， 容易在鉆孔時碰到鋼筋阻礙， 故可避開內部鋼筋而適當移動孔眼位置。待混凝土黏合面上孔眼全部鉆成后， 用電鉆鉆取相應孔眼， 以使二者孔眼對準無誤； 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；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構膠用刮刀（ 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應滿足《港口水工建筑物修補加固技術規范》（JTS311-2011）的規定，并進行抗老化實驗，粘貼鋼板后應進行正拉粘結強度檢驗。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強，即對現有下橫梁強度不足區段進行加固，共加固40個排架。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，以增加鋼板受拉強度。

表1 膠粘劑性能指標表

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

結語

本工程已正式通過驗收，并經過近三年的試運營，多次停靠5萬噸級散貨碼頭，碼頭結構狀態良好，未發現明顯的裂縫發展，說明本次碼頭加固過程中采取的混凝土裂縫修補措施合理。

需要在今后施工過程中注意的幾點事項：①結構裂縫的修補首先要確定裂縫成因再選擇合適的修補材料和方法；②鋼板粘土法加固時采取合適的固定措施，適當加壓，及時檢查空鼓率；③環氧樹脂的抗剪強度一般在 7-10 Ma P 之間。環氧樹脂的配方有很多，不同的配方性質差異很大，在實際加固中應該仔細選擇粘結劑 ，使其滿足要求。④由于碼頭下部橫梁屬于水位變化區，必須做好鋼板防腐工作。

參考文獻：

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[2] 戴海新，上海徐匯濱江老碼頭結構修復加固設計，水運工程2013.2月第2期（86-90）

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[4] 楊慶國、李祖偉、陳強、易志堅，粘貼鋼板加固鋼筋混凝土結構的幾個問題，中國公路學會橋梁和工程協會2001橋梁學術討論會論文集

（作者單位：上海三航奔騰建設有限公司）