花凉亭水库除险加固工程粘钢加固项目的实施

张国正

(安庆市花凉亭水库管理局 246412)

花凉亭水库位于长江流域皖河支流长河的上游，是一座以防洪、灌溉为主，兼有发电、供水、养殖、航运、旅游等综合效用的大（1）型水利枢纽工程。由于历史条件及水库经多年运行，经鉴定为“三类”坝。为解决除险加固工程结构处理难的特点，对泄洪隧洞出口弧形门支座附近闸墩、弧形门支撑梁以及引水隧洞出口弧形门支座附近闸墩局部受拉区裂缝采用粘贴钢板（Q345）加固的新工艺进行处理。

1 粘钢加固的特点

粘钢加固是采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂在混凝土表面粘贴钢板（采用Q345），将钢板完全覆盖住混凝土表面，并用无机快速封堵材料将钢板或扁钢周围封闭，留出排气孔后注浆，密实地充填钢板与混凝土的整个界面，与原混凝土结构形成整体，共同承受荷载的加固方法。由于结合面具有很高的抗剪能力，粘钢后明显增强了结构的抗压、抗拉、抗剪强度，提高了承载能力。

2 粘钢加固材料的技术要求

a.粘贴钢板的胶粘剂必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂，其安全性能指标必须符合下表的规定。专用粘钢胶厂家须提供产品合格证和抗剪报告，施工时严格按要求配制。

b.加固用钢板采用Q345。钢板、连接螺栓及焊缝的质量应满足GB50017-2003《钢结构设计规范》的有关规定。

c.无机快速封堵材料要求凝固时间快，粘结强度高。

3 粘钢加固施工方法及技术要求

3.1 加固方法

该工程粘钢加固采用压贴施工法。

3.2 施工工艺

a.施工工艺流程为：表面处理→钢板下料→钢板定位→焊接成型→密封→注浆→检验→表面防护。

粘钢用胶粘剂安全性能指标表

b.表面处理分为混凝土表面处理和钢材表面处理。因为混凝土结构面较粗糙，故选用高强砂浆或角磨机将粘钢部位修补、打磨平整，后用空压机吹净表面灰尘；钢材表面处理：先用角磨机打磨，磨除表面锈蚀，然后用丙酮清洗干净。

c.钢板下料。根据现场量取的位置和实际尺寸，对钢板进行下料，下料前应对钢板进行划线，要求长度和宽度误差不超过5mm，对角线和对应边的相对差均不超过5mm；加工前应进行矫正，矫正后的偏差值不超过规范的允许偏差值；钢板切割采用自动气割或人工火焰切割，切割前钢材切割区的铁锈、污物应清理干净，切割后断口边缘溶瘤、飞溅物应清除；钢板加工后坡口尺寸的极限偏差不超过规范要求，保证加工质量。

d.钢板定位。采用锚筋锚固钢板，用冲击钻在钢板和混凝土锚固位置钻孔，在混凝土面上安装锚筋固定钢板。控制混凝土表面与钢板之间的间隙在1～5mm之间，以便于灌注结构胶。

e.密封。用无机快速封堵材料将钢板或扁钢周围封闭，留出排气孔，并在有利于灌浆处贴牢灌浆管（在较低处设置），间距 1～2m。

f.注浆。待密封胶固化后，通气试压，满足要求后以0.2～0.4MPa的压力将无机粘结材料从灌浆管压入钢板与混凝土面之间；当排气孔出浆后，停止加压，用配套螺杆堵孔，再以较低压力维持灌浆10min以上。

g.表面防护。经检验确认钢板粘贴效果可靠后，清除钢板外表面的污垢和锈斑，擦去灰尘，在钢板表面刷一层底胶，再用人工或机械在钢板表面点粘砂粒，增加钢板表面粗糙度，然后用空压泵喷涂一层水泥胶砂，使处理后结构面与周围颜色一致。

4 粘钢质量检测

4.1 粘钢质量检测方法

经过粘钢增强后的结构，内部界面的粘结情况无法从外界直接用肉眼观察到，且胶结层内存在的应力主要为剪应力。故该工程在粘钢加固粘结面抗剪强度试验的基础上，确定了合理的检测试样尺寸和检测评定标准，采用一种现场检测粘钢加固粘结界面抗剪强度的方法进行质量检测。

该工程采取的检测方法如下图所示。

图1 现场测试方法及设备示意图

所用钢夹具、连接件根据现场条件采用钢板加工而成。检测时，用连接件与螺栓将千斤顶、传感器和钢配件依次与钢夹具连接起来，用托架将其托至混凝土结构面底部，施工人员扶稳，对正所需测试的粘钢板，加载直至钢板样条剥离混凝土表面。

4.2 每组检测程序和步骤

a.对加固混凝土结构现场钻孔取样，样本数不低于15个，进行混凝土样本的抗剪强度试验，根据统计学原理，得出加固部位混凝土在可信度大于95%条件下抗剪强度值fq。

b.根据混凝土抗剪强度和粘贴钢板面积，估算选择千斤顶型号、传感器和金属连接件厚度及尺寸。

c.结合加固部位混凝土结构形状和已贴好的钢板位置，确定钢夹具尺寸和形状，在粘贴钢板附近适当切割掏槽，凸出钢板侧面。

d.连接千斤顶、传感器、连接件和钢夹具，并固定好试验设备；传感器线缆连接到计算机和记录设备上；根据千斤顶型号，逐级加载，直到该组粘贴钢板破坏，记录破坏特征和破坏荷载，计算破坏面应力，与混凝土抗剪强度比较；

e.对于多组试验，重复上述步骤，记录和计算每次试验结果，最终判定粘贴钢板加固质量。

4.3 检测判别标准

很多研究发现，在混凝土、结构胶和钢板三者之中，以混凝土的抗剪强度最低，因此在剪应力作用下，破坏应该发生在混凝土部分。因此，进行粘钢加固后粘结界面抗剪强度检测时，首先应判定破坏的形式。

粘结界面抗剪强度可用下式计算：

式中：F为破坏荷载值，N；A为粘结面积，mm2。以fc表示混凝土破坏；以fj表示粘结层破坏。当混凝土破坏时可认为合格；如粘结层破坏，满足每组试样的平均粘结强度不小于试样本身混凝土的抗剪强度，即fc≥fq(这里fq为混凝土抗剪强度），则认为粘结质量合格，否则认为不合格；当混凝土破坏和粘结层破坏同时出现，且满足每组试样的平均粘结强度不小于混凝土的抗剪强度，即 fc≥fq、fj≥fq，则认为粘结质量合格，否则不合格；如果破坏为混凝土破坏或粘结层破坏或两者同时出现，但平均粘结强度小于混凝土的抗剪强度，即fc≤fq，则应再取一组试样检测，如还是同样结果，则可能为混凝土基层处理不当或胶结层粘结失效，应剥下重新粘结。

5 加固后的结果

工程加固实施后，大大改善了结构性能，经检测符合设计要求的各项指标，满足工程的需要，消除了工程的隐患。■