植筋技术在渡槽质量事故处理中的应用

方业源

(广西南宁水利电力设计院 南宁 530001)

1 工程概况

五化灌区位于广西中部的宾阳县和上林县境内,灌区范围约2620km2,设计灌溉面积56.9万亩,灌区总干渠全长151km,渠系附属建筑物2513座。

塘柳渡槽位于五化灌区总干渠上桩号102+864处,设计流量为9m3/s,设计水深1.26m。渡槽除了为下游输送水量外,还兼有疏导当地部分洪水的作用,渡槽下游灌溉面积约10万亩。

2 渡槽结构设计

渡槽下部为排架结构,2跨总长18m,每跨跨度为9m,渡槽断面为矩形,净宽4.6m,混凝土等级为C25,渡槽横剖面尺寸及配筋见图1。

图1 渡槽结构配筋图

3 质量事故情况

渡槽为旧渡槽拆除重建项目,计划工期为60天,应于春灌放水日 (4月15日)前具备输水功能,否则将导致下游的10多万亩的农田无法及时进行春灌。

由于施工单位组织不利,施工进度严重滞后,3月2日晚加班浇筑混凝土底板时,照明不足,在没有支撑固定好底板和侧壁钢筋的情况下,直接在底板钢筋面铺设脚手板运输浇筑混凝土,第二天才发现底板和侧壁钢筋严重偏离设计位置。其中底板上层钢筋端部比设计位置下沉约50mm;侧壁钢筋间距严重超出设计值 (150mm),最大间距达到270mm;内外侧钢筋保护层厚度严重超出设计值(30mm),最大达到80mm,甚至内外侧两层钢筋几乎粘在一起。

经过核算,底板面筋下沉对渡槽承载能力没有太大影响,但侧壁钢筋的移位使得渡槽侧壁达不到设计要求的承载能力,因此必须采取措施加以处理。

根据现场进度和施工单位的情况,拟定了两种处理方案,一是拆除重建;二是槽壁混凝土强度等级提高到C30,采用植筋技术,基本恢复原设计的钢筋布置,5天的龄期即能保证设计承载能力。两种方案相比,拆除重建能彻底消除质量事故的不良影响,但工期、费用代价都很大,施工单位也表示按其施工能力从3月10日开始拆除重建,赶工需要40天的工期,可能还是无法在春灌放水日之前完工,为了保证下游10万亩的农田能及时春灌,决定采用植筋方案处理渡槽。

4 植筋设计

植筋的设计内容主要包括植筋直径、间距、锚固深度、钻孔直径、钻孔深度、胶粘剂等级等。

按照预定的处理方案,植筋布置同原侧墙钢筋为φ 8@150,混凝土保护层厚度为30mm,单根植筋的锚固深度设计值可以按以下公式[1]计算:

ls——植筋的基本锚固深度;

ψN——考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需加大锚固深度的修正系数;

ψae——考虑植筋位移延性要求的修正系数;渡槽所在地设计地震烈度为6度,取1.1;

αspt——为防止混凝土劈裂引用的计算系数,直径小于20mm时取1.0;

d——植筋的公称直径;

fy——植筋的抗拉设计强度 (N/mm2);

fbd——植筋用胶粘剂的粘结强度设计值,底板混凝土等级C25,粘结强度设计值取2.7 N/mm2;

ψbr——考虑结构构件受力状态对承载力影响的系数,一般构件取1.0;

ψw——混凝土孔壁潮湿影响系数,不小于1.1;

ψT——使用温度影响系数,T≤60℃时取1.0;

同时植筋的最小锚固长度还应符合以下的构造要求:

受拉钢筋锚固:max{0.3 ls;10d;100mm}

根据以上计算,单根植筋的锚固深度设计值为151mm,与植筋胶厂家提供的参考值 140mm(C30)相当,为保证实际施工效果,钻孔深度定为200mm,植筋胶采用A级胶。

5 植筋施工

植筋的施工工序主要包括定位、植筋加工、钻孔、清孔、植筋胶制备、植筋、抗拔试验等。

(1)定位

通过量测渡槽两侧壁已经锚固的钢筋位置,逐根检查不符合设计的钢筋。具体分两种情况,一是凡是钢筋间距超过150mm的地方,在其间植筋,植筋根数根据钢筋间距不超过设计的间距计算;二是钢筋间距虽然符合设计但保护层厚度超过60mm的,在原设计的位置植筋。检查过程中需要边量测边记录并在植筋位置用油漆作标记,经过统计,共有39处需要植筋。

(2)植筋加工

钢筋直径和形式仍然采用原设计的规格,但为达到锚固效果,在钢筋的锚固端需做成螺纹状,长度为80mm,钢筋在工厂加工完毕后运到工地。钢筋使用前应进行除锈处理,避免油渍污染。

(3)钻孔、清孔

在标记的位置用手持式冲击钻在底板上钻孔,孔深200mm,直径15mm,植筋孔位示意图见图2。钻孔要严格控制孔径、孔深和孔斜方向,钻孔时应稳定把持手持式冲击钻,使其均匀钻进,孔径误差不超过1mm;钻孔前在钻杆上标记200mm的位置,钻孔过程中注意观察钻进深度,达到标志线上即停止钻进,孔深误差不超过2mm,禁止钻穿底板;外层植筋钻孔不能斜向槽身外侧,严格避免边壁混凝土爆裂和穿孔的情况。钻孔时要边钻边排渣,钻孔完成后要清孔。清孔时先用毛刷清扫孔壁,使孔壁上的松渣落到孔底,然后再用气筒吹孔,注意气管要深入孔底部,以保证孔底松渣被全部清除干净。如果孔底有较大渣块,应破碎后再吹孔,直到没有粉末吹出为止。

图2 植筋孔位示意图

(4)植筋胶制备

施工时选择了由A、B料组成的桶装植筋胶,使用时必须充分搅拌混合。正式施工前在工地现场进行了配合比试验,按照使用说明的用量,混合A、B料,通过多次试验调整固化剂的用量,使胶体初步凝固时间为15min左右。每次制备的胶体量控制在5孔以内。

(5)植筋

将制备好的胶体迅速灌入孔内,孔内灌入胶量不少于孔体积的80%,方可以插入钢筋,钢筋尽可能沿孔中心同方向慢慢转动插入,保证钢筋周围胶体厚度均匀,灌入胶量控制在插入钢筋后有少量溢出孔口,胶体固化前不能摇动钢筋。

(6)抗拔试验

因植筋数量不多,未按标准程序进行试验,只在植筋初步固化60min后,进行了简单的抗拔试验。由3人同时紧握钢筋,用持续全力上拔,并观察植筋根部情况,未发现有任何松动迹象。

6 运行效果

塘柳渡槽工程植筋实施后,终于在灌区春灌放水前5天完成了全部的混凝土工程和上下游连接工程,且在通水前拆除了内模板,放水当日过水设计水深约1m,成功为下游农田输送了春灌用水。工程运行至今已经历三个洪水期,其间运行水位已数次达到设计水深,处理后的渡槽承载能力达到了设计要求。

7 结语

目前市场上的植筋胶产品较多,鱼目混珠的不乏其中,因此在选购时要选择一些质量稳定的品牌,注意查看产品的有效期,并索取使用说明书,甚至要求商家给予必要的培训,避免操作失误引起二次质量事故。在正式使用前,一定要进行试配,确认产品质量有保证后,方可用于施工,有条件时还应进行标准抗拔试验。

虽然渡槽的质量缺陷得到了修复,但浪费了大量的人力、物力和宝贵的时间,同时也给工程留下了隐患,因此工程建设还应当严格按照有关的技术文件和施工规范施工,杜绝类似质量事故的发生。

1 GB50367-2006.《混凝土结构加固设计规范》[S].