水下鋼筋混凝土加固

張 豐

(上海久堅(jiān)加固工程有限公司，上海 200050)

1 樁基病害概況及維修新方案加固分析

1.1 樁基病害概況

漳州新東江大橋中19號(hào)～36號(hào)墩的26根樁基中有24根樁基出現(xiàn)病害，主要病害為水中樁出現(xiàn)縮頸、擴(kuò)頸、樁基表面出現(xiàn)凹槽、混凝土剝落。36根樁中技術(shù)狀況為三類(lèi)的10根，技術(shù)狀況為二類(lèi)的14根。浮宮大橋中7號(hào)～14號(hào)墩的20根樁基中有6根樁基出現(xiàn)病害，主要病害為樁基出現(xiàn)縮頸、樁基表面凹槽、蜂窩、混凝土剝落。6根樁基中技術(shù)狀況為三類(lèi)的4根，技術(shù)狀況為二類(lèi)的2根。

1.2 原設(shè)計(jì)樁基病害處理方案遇到的難題

原設(shè)計(jì)方案中對(duì)樁基修復(fù)的第一步驟就是圍水，圍水方案采用φ400 cm栓接鋼護(hù)筒，護(hù)筒由兩片半圓雙接成鋼模套在樁基上，然后用混凝土封底，抽出護(hù)筒內(nèi)的水，對(duì)樁基進(jìn)行加固處理。在圍水方案中最大的難題就是如何使栓接鋼護(hù)筒套在樁基上，在兩個(gè)樁基之間有一個(gè)系梁，要使鋼護(hù)筒套在樁基上，就只有切除系梁，使鋼護(hù)筒成一整體后下沉至河床，如果系梁不能切除，下沉鋼護(hù)筒將無(wú)法進(jìn)行，對(duì)系梁進(jìn)行切除，將對(duì)橋梁的安全性產(chǎn)生重大影響，所以下沉鋼護(hù)筒方案不可行。

1.3 樁基病害處理維修新方案加固分析

1.3.1 加固意圖

樁基出現(xiàn)的主要病害為樁出現(xiàn)縮頸、擴(kuò)頸、樁基表面出現(xiàn)沖刷凹槽、混凝土剝落，甚至局部露筋銹蝕等。對(duì)這些樁修復(fù)加固的意圖為:1)對(duì)混凝土剝落、縮頸處進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的恢復(fù)，恢復(fù)原混凝土缺失部分的強(qiáng)度;2)需彌補(bǔ)豎向鋼筋及箍筋由于銹蝕引起的局部強(qiáng)度下降;3)加固處理后的樁身具有抗沖刷及抗侵蝕能力，防止該處類(lèi)似病害的再次發(fā)生。

1.3.2 維修加固新方案簡(jiǎn)述

根據(jù)上述樁基病害狀況以及加固意圖，擬用水下環(huán)氧修補(bǔ)砂漿(美國(guó)專利水下樹(shù)脂TYFO?SW-1S與修補(bǔ)料混合)或水下修補(bǔ)砂漿以恢復(fù)原問(wèn)題樁截面尺寸;采用水下芳玻韌布復(fù)合纖維加固材料(TYFO?SEH51A復(fù)合纖維布與配套水下樹(shù)脂TYFO?SW-1S配合形成具有足夠強(qiáng)度的復(fù)合材料)粘貼，以補(bǔ)足豎向鋼筋及箍筋因銹蝕可能導(dǎo)致的強(qiáng)度下降;若樁身病害在水面以上，也可用普通的芳玻韌布復(fù)合纖維材料(TYFO?SEH51A復(fù)合纖維布與配套樹(shù)脂TYFO?S配合形成高強(qiáng)的復(fù)合材料)進(jìn)行加固修復(fù);這種復(fù)合纖維材料在施工時(shí)為柔韌的編織布，在水中固化后就成了強(qiáng)硬的板狀材料，具有良好的抗沖刷及抗腐蝕的性能。單層芳玻韌布與配套的樹(shù)脂膠現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合固化后將形成厚約1.3 mm的板狀材料，極限抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于2 mm～3 mm Q235屈服厚鋼板，水下的施工可由專業(yè)的潛水員完成。

1.3.3 新方案圖示

新方案示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 新方案示意圖

1.3.4 維修加固新方案計(jì)算書(shū)

芳玻韌布復(fù)合后抗拉強(qiáng)度取400 N/mm2。

1)環(huán)向一層芳玻韌布復(fù)合材料相當(dāng)于環(huán)向粘貼一層A3鋼板的厚度為:400 ×1.3/210=2.47 mm。

2)每米范圍內(nèi)圍束一層芳玻韌布復(fù)核材料(200@250)相當(dāng)于鋼筋(按φ16計(jì)算):每米之內(nèi)的芳玻韌布復(fù)合材料的面積為(按中心間距):(1 000/250+1)×200 ×1.3=1 300 mm2，相當(dāng)于每米之內(nèi)的鋼筋面積:1 300×400/210=2 476.2 mm2［φ16@85(2 365 mm2)］。

由此得出:原結(jié)構(gòu)粘貼復(fù)合纖維后不僅對(duì)原樁破損處進(jìn)行了修復(fù)，提升了樁的抗沖刷及抗腐蝕能力，同時(shí)大大提高了原樁的豎向承載力以及抗震能力。

2 新老方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

原設(shè)計(jì)方案:施工難度大:若在不破壞原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，則無(wú)法進(jìn)行施工;工期長(zhǎng):由于施工繁瑣導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目所需工期較長(zhǎng);成本較高。

新方案:大大減小了施工難度，操作方便、簡(jiǎn)潔;工期大大縮減，且風(fēng)險(xiǎn)性也相對(duì)減小;原方案只對(duì)原樁損壞處進(jìn)行了修復(fù)，而新的方案不僅修復(fù)了原樁損壞處，同時(shí)對(duì)原樁的抗彎、抗剪能力有了提升，項(xiàng)目成本略有縮減。

3 加固材料

3.1 水下環(huán)氧樹(shù)脂TYFO?SW-1S

3.1.1 材料說(shuō)明

TYFO?SW-1S環(huán)氧樹(shù)脂是一種特別配制的雙組分，100%固體樹(shù)脂。適用于水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固，也適用于極潮濕的環(huán)境中的加固樹(shù)脂，與石材混合后，能制造出環(huán)氧砂漿，且其適用于結(jié)構(gòu)修補(bǔ)，使用在病害部位，能起到防腐蝕與防侵蝕的作用，TYFO?SW-1S環(huán)氧樹(shù)脂是一種低粘度的樹(shù)脂，能起到更好的飽和纖維布的作用。

3.1.2 材料組分

100%固體組成，環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑與惰性填料。

TYFO?SW-1S-A:A組分∶B組分為1∶3混合比例，A，B組分須按精確的重量比進(jìn)行混合攪拌見(jiàn)圖2。

圖2 TYFOSW-1S中材料組分配比圖

3.1.3 材料特性

材料特性表見(jiàn)表1。

表1 材料特性表

3.2 水下芳玻韌布復(fù)合系統(tǒng)

TYFO?高強(qiáng)復(fù)合纖維加固系統(tǒng)——Fibrwrap SEH-51A型芳玻韌布與TYFO?專用樹(shù)脂現(xiàn)場(chǎng)粘合而形成的強(qiáng)韌復(fù)合材料，粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的外表面，并形成新的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以達(dá)到提高被加固結(jié)構(gòu)的承載能力及耐久性。芳玻韌布復(fù)合纖維布材的單層質(zhì)量為920 g/m2，單層纖維布與配套膠現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合粘貼后的工作狀態(tài)是厚度為1.3 mm的復(fù)合纖維板材，復(fù)合纖維板材的抗拉強(qiáng)度不小于500 MPa，彈性模量不小于23.5 GPa，延伸率不小于2.0%;水上水下加固系統(tǒng)均至少有以上的基本強(qiáng)度。

3.3 TYFO?S專用樹(shù)脂粘合劑

TYFO?S是由兩種組分混合成的、幾乎無(wú)味、可溶解的、低粘性的通用環(huán)氧樹(shù)脂，用來(lái)和TYFO?S纖維系統(tǒng)復(fù)合工作，專用于TYFO?S纖維布復(fù)合系統(tǒng)中的基料，由TYFO?S環(huán)氧樹(shù)脂和TYFO?S纖維布組成的復(fù)合系統(tǒng)具有很高的延性和良好的力學(xué)性能。

詳細(xì)說(shuō)明:

組分:A組分:有輕微粘性的液體，B組分:液體。

顏色:A，B組分均為無(wú)色透明液體。

混合后的樹(shù)脂:為水狀液體，適合涂浸纖維編織布，可用浸透機(jī)、刷子或滾刷均勻涂抹在纖維布上。

保存溫度:0℃ ～27℃。

操作溫度:不要在5℃以下施工。當(dāng)施工環(huán)境溫度高于33℃時(shí)要小心謹(jǐn)慎，避免過(guò)早發(fā)生硬化。在溫度較高環(huán)境下，注意不要過(guò)量配制樹(shù)脂，以免反應(yīng)過(guò)快。

操作時(shí)間:在正常溫度下(15℃ ～27℃)，樹(shù)脂混合后可以使用2 h。材料硬化時(shí)不能繼續(xù)使用。

混合比:體積比:100份的A組分，42份的B組分;重量比:100份的A組分，34.5份的B組分。

固化時(shí)間:這種材料施工操作時(shí)間為2 h～5 h。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度較低的時(shí)候其工作時(shí)間會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)，反之當(dāng)溫度較高時(shí)會(huì)相應(yīng)縮短。

4 水下芳玻韌布復(fù)合系統(tǒng)施工工藝

4.1 樁基病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)

對(duì)樁基縮頸病害的地方檢查記錄，以確定維修所需施工用料，主要測(cè)量縮頸處混凝土剝落的具體高度、縮頸的具體尺寸。

4.2 樁基病害處修復(fù)至結(jié)構(gòu)尺寸

1)破損處表面處理。派遣專業(yè)潛水員對(duì)破損處進(jìn)行混凝土敲除、水下打磨機(jī)打磨。

2)破損處結(jié)構(gòu)尺寸修復(fù)。用水下環(huán)氧樹(shù)脂TYFO?SW-1S加石英砂配置成砂漿團(tuán)狀或者水下修補(bǔ)砂漿，潛水員直接將砂漿涂抹在破損處，并用刮刀刮平直至修復(fù)到原結(jié)構(gòu)尺寸。

4.3 芳玻韌布粘貼

1)芳玻韌布的裁剪。

根據(jù)樁基直徑及破損處的高度確定芳玻韌布的粘貼面積，確定相應(yīng)裁剪芳玻韌布的長(zhǎng)度。

2)樹(shù)脂膠的配制。

根據(jù)纖維布粘貼面積確定樹(shù)脂需求量，配制樹(shù)脂重量比例為:100份組分A和43.5份組分B混合。將A組分材料倒入B組分材料中，然后進(jìn)行攪拌直至顏色一致為止。

3)涂刷樹(shù)脂。

用滾筒將配制好的樹(shù)脂均勻地涂刷在芳玻韌布表面，雙面涂刷。

4)芳玻韌布粘貼。

潛水員將已經(jīng)涂刷好樹(shù)脂的芳玻韌布粘貼至樁基上，粘貼芳玻韌布要2人～3人配合，確保芳玻韌布與樁基粘貼密實(shí)。

4.4 質(zhì)量控制措施

因粘貼芳玻韌布在水下進(jìn)行，要想保證質(zhì)量，過(guò)程控制很重要，對(duì)質(zhì)量的控制從以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:

材料控制:從源頭抓起，保證材料的原裝進(jìn)口且滿足要求;

過(guò)程控制:水下剝落混凝土剔除干凈，表面處理要求平整，配制樹(shù)脂嚴(yán)格按比例進(jìn)行;涂刷樹(shù)脂要求均勻;水下粘貼芳玻韌布要求平整密實(shí)。

檢測(cè)控制:可在正式粘貼芳玻韌布之前把芳玻韌布做成型樣品，將樣品放置在水中浸泡7 d，然后對(duì)樣品進(jìn)行強(qiáng)度性能檢測(cè)，確定樹(shù)脂在水下固化的可靠性。

5 材料現(xiàn)場(chǎng)效果試驗(yàn)及施工監(jiān)測(cè)

5.1 材料現(xiàn)場(chǎng)效果試驗(yàn)

水下環(huán)境在混凝土表面粘貼TYFO?SEH51A復(fù)合纖維布與配套樹(shù)脂TYFO?S配合形成高強(qiáng)的復(fù)合材料，浸泡2 d后取出，對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)估。

5.2 施工階段監(jiān)測(cè)

施工中采用水下監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行施工錄像，了解水下施工動(dòng)態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，運(yùn)營(yíng)一些年限后，容易出現(xiàn)鋼筋銹蝕、銹脹、混凝土缺損、沖刷、鹽蝕等病害，水下混凝土加固系統(tǒng)在工程加固中的運(yùn)用將會(huì)越來(lái)越成熟。

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［2］買(mǎi)淑芳，吳懷國(guó).水下混凝土建筑物的修補(bǔ)材料及應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，1994(1):35-37.

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