高性能水泥复合砂浆在双冲水库箱涵加固中的应用

杨传宪

(湖南省浏阳市水利水电勘测设计院，湖南 浏阳 410300)



高性能水泥复合砂浆在双冲水库箱涵加固中的应用

杨传宪

(湖南省浏阳市水利水电勘测设计院，湖南 浏阳 410300)

摘要：针对双冲水库箱涵存在的问题实例，应用高性能水泥复合砂浆钢丝网这种新型的加固技术对箱涵进行加固处理，并对加固后的断面进行过流复核，加固后满足使用要求。

关键词：小型水库除险加固；高性能水泥复合砂浆； 钢丝网；加固

1工程概况

浏阳市双冲水库属大溪河，枢纽位于浏阳市沿溪镇建设村，坝址以上，干流平均坡降12‰。该水库为小(II)型水库，具有防洪、灌溉等综合效益。2014年浏阳市水利设计院对其加固设计，其中对右岸原底涵进行拆除重建，改为净宽×净=1.2m×1.6m的钢筋混凝土箱涵，但在施工后业主浏阳市水利建设中心委托第三方检测机构进行质量验收检测时发现部分新建钢筋混凝土箱涵混凝土强度等级没有达到设计强度等级(C25)，为保证该大坝箱涵部分结构的安全和正常使用，受业主委托需对该大坝箱涵进行结构分析并提出加固处理方案。

2编制依据

1)《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283—2012。

2)《高性能水泥复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术规程》CECS 242—2008。

3)浏阳市双冲水库原设计资料。

3加固方案

根据经济因素和使用性能等方面综合考虑，采用C40自密实混凝土和高性能水泥复合砂浆钢筋网(HPFL)叠合层加固法对该段钢筋混凝土箱涵内壁进行加固，增加了箱涵侧壁、底面的截面刚度，增加了其承载能力，以达到该箱涵原设计承载力的要求。其中对该段钢筋混凝土箱涵两内侧壁和底面增加100mm厚自密实混凝土叠合层，顶面增加50mm厚高性能水泥复合砂浆钢筋网(HPFL)叠合层，加固示意图如图1。

图1　双冲水库箱涵加固示意图

3.1主要加固材料

混凝土：C40自密实混凝土；

砂浆：M40高性能水泥复合砂浆，砂浆中掺入占水泥用量20%的HPPC外加剂；

钢筋：HPB300钢筋，直径为8mm。

3.2施工工艺及施工要点

3.2.1施工工艺

1)自密实混凝土叠合层：箱涵内壁混凝土凿毛→植筋→钢筋绑扎→支模板→浇筑C40自流密实混凝土→养护→拆模。

2)高性能水泥复合砂浆钢筋网叠合层：箱涵内壁混凝土凿毛→定位放线→植筋(包含销钉植筋)→钢筋网片绑扎→涂刷界面剂→喷射M40高性能水泥复合砂浆→养护。

3.2.2施工要点

3.2.2.1植筋工程

1)钻孔时水平度及垂直度的控制。孔径控制：在作业面放钻孔位置线时，标出孔径。

深度控制：电锤或水钻上带深度控制装置，成孔施工深度应达到要求再加10mm。

方向控制：①竖向孔成孔要求垂直，保证上部钢筋连接顺畅，当在钻地面(竖向)孔施工时，将金刚石钻机机座用水平尺调节成水平，保证钻机机身与地面垂直；②当钻柱面、墙面(水平)孔施工时，用卷尺测量机身上下与同方向测量控制线的间距，调节机身使之相等，以保证机身与柱面、墙面垂直。水平孔成孔要求向下倾斜3～5°的角度，以防止注胶时胶倒流，内部出现空洞。

2)钻孔保证直线，孔内不能有叉孔、斜孔，以免注入胶黏剂时外渗，影响胶的有效利用。

3)一般钻孔深度应保证锚固设计深度+20mm，预留的深度是考虑清孔后的滞留物和连接筋端头黏接所需。

4)冲击钻钻孔时不能震酥新旧混凝土的结合面或震裂结构边缘棱角，在新旧混凝土结合面上植入连接件后应人工清理面层上的虚混凝土。

5)应堵住外界向孔内渗流水或污物，孔内不能滞留明水，清理干净孔内明水后，及时注胶并植入连接件，如果胶黏剂要求孔内干燥的，用电加热棒伸入孔内进行干燥处理。

6)注胶必须有相应的压力，孔内胶体必须饱满，而且每个孔的胶黏剂必须一次注完，如果遇到一只(桶)胶注完不够的情况应及时补注。

3.2.2.2钢筋网片安装

1)按照设计要求定位放线后，在原构件表面进行钢筋网的绑扎，对于绑扎网应先用铁丝交叉绑扎，将钢筋固定于销钉上，再绑扎其他位置的钢筋，靠近外围的两行应全部扎牢，中间部分可交错间隔固定。

2)钢筋网的网格间距尺寸，钢筋大小、位置以及与原混凝土表面的距离都应满足构造与设计要求。

3)钢筋网与销钉固定除采用钢丝网采用点焊固定。允许在安装到位后在依据设计要求的尺寸截断富余的钢筋，如图2。

图2　点焊钢筋网片及销钉示意图

4加固依据

4.1加固思路

由水库箱涵的使用情况可知，当箱涵内无水时，箱涵只承受外部覆土的土压力，此时箱涵承受最不利荷载，验算该种情况下原设计箱涵所能承受的最大荷载(抗力)和加固后箱涵所能承受的最大荷载(抗力)，当加固后箱涵所能承受的最大荷载大于原设计箱涵所能承受的最大荷载，即说明加固后箱涵承载力达到原设计承载力要求。为简化计算，分别把箱涵顶板和侧壁简化为单向板模型进行计算(取1延长米)，计算简图如图3。

图3　箱涵计算简图

4.2箱涵原设计最大承载力计算

混凝土强度等级C25，fc=11.9N/mm2，ft=1.271N/mm2；钢筋材料性能fy=fy'=300N/mm2，受拉(压)钢筋面积As=As'=770mm2；截面尺寸b×h=1000×400mm2，as= as'=42mm，h0=h- as=400-42=358mm。

正截面受弯承载力计算

ξ=(fyAs-fy'As')/(α1fcbh0)=0

即ξ=0<2as'/h0=2×42/358=0.23，则

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

4.3加固后箱涵最大承载力计算

4.3.1箱涵顶板最大承载力计算

根据现场检测结果混凝土实际强度等级取为C15，fc=7.2N/mm2，ft=0.91N/mm2，原有钢筋As1=As1'=770mm2，fy1=fy1'=300N/mm2；加固采用钢筋:C8@200，As2=251mm2，fy2=fy2'=360N/mm2；加固混凝土为C40，fc=19.1N/mm2，ft=1.71N/mm2；截面尺寸b×h=1000×450mm2(每1延长米)。

4.3.1.1加固后箱涵顶板跨中正截面受弯承载力计算

此时取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，则

M1=(fy1As1+ fy2As2)(h0-as')=80.63kN·m> M=73.00kN·m，加固后达到原设计要求。

4.3.1.2加固后箱涵顶板端部正截面受弯承载力计算

此时取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，则

M2=(fy1As1)(h0-as')=(300×770)×(408-70)=78.08kN·m> M=73.00kN·m，加固后达到原设计要求。

4.3.2箱涵侧壁最大承载力计算

根据现场检测结果混凝土实际强度等级取为C15，fc=7.2N/mm2，ft=0.91N/mm2，原有钢筋As1=As1'=770mm2，fy1=fy1'=300N/mm2；加固采用钢筋:C8@200，As2=251mm2，fy2=fy2'=360N/mm2；加固混凝土为C40，fc=19.1N/mm2，ft=1.71N/mm2；截面尺寸b×h=1000×500mm2(每1延长米)。

4.3.2.1加固后箱涵侧壁跨中正截面受弯承载力计算

此时取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，则

M1=(fy1As1+ fy2As2)(h0-as')=124.69kN·m> M=73.00kN·m，加固后达到原设计要求。

4.3.2.2加固后箱涵侧壁端部正截面受弯承载力计算

此时取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，则

M2=(fy1As1)(h0-as')=89.63kN·M>M=73.00 kN·m，加固后达到原设计要求。

综上所述，采用C40自密实混凝土和高性能水泥复合砂浆钢筋网(HPFL)叠合层加固法对该段钢筋混凝土箱涵内壁进行加固，能够满足该箱涵原设计承载力要求，故此加固设计方案结构上合理可行。

5结语

高性能水泥复合砂浆钢筋网加固法作为一种新的加固方法，在加固修补混凝土和砌体结构是一种具有广阔发展前景的加固方法。笔者将这种方法用于实际工程加固中，加固效果良好，加固后满足了使用功能要求。值得注意的是如果运用在水利工程过水建筑物中还需要复核其加固后的过流能力是否满足设计规范要求。

参考文献：

[1]中国工程建设标准化协会.CECS 242—2008高性能水泥复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术规程[S].长沙：湖南大学出版社，2008.

[2]华东水利学院.水工设计手册(灌区建筑物)[M].北京：水利电力出版社，1984.

文章编号：1007-7596(2016)04-0194-03

[收稿日期]2016-03-14

[修订日期]2016-05-02

[作者简介]杨传宪(1978-)，男，湖南浏阳人，工程师，现任浏阳市水利设计院副院长。

中图分类号：TV332+.3

文献标识码：B