薄壁钢筋混凝土断筋修补方案工艺性试验及措施

王 斌

(西安高新建设监理有限责任公司 710065)

1 概述

沙河渡槽工程第三施工标段，位于河南平顶山市鲁山县境内，全长3400m，主要建筑物包括大郎河—鲁山坡箱基渡槽和鲁山坡落地槽。箱基渡槽槽身采用矩形双槽布置型式，单槽净宽12.5m，两槽相互独立。槽身侧墙净高7.8m，墙顶部宽0.5m，底部宽1.25m，下部支承结构为箱形涵洞;落地槽槽身为矩形断面，净底宽22.2m，侧墙净高8.1m，墙顶部宽0.5m，底部宽1.2m。2011年11月11日在渡槽施工过程中发现箱基渡槽和落地槽渡槽侧墙内外侧与钢模台车模板底部固定螺栓发生冲突的竖向主钢筋被切断的质量事件。为保证工程质量，召开了多次南水北调专家委员会专家咨询会议，河南省设计院依据专家意见对沙河渡槽段工程第三标沙河渡槽三标箱基渡槽、落地槽侧墙施工钢模台车拉杆部位钢筋切断加固处理方案工艺性试验提出试验内容及要求，现就施工现场加固处理方案工艺性试验分析论述。

2 工艺试验依据

a.《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)。

b.《水工混凝土结构设计规范》(SD J—2078和SL/T 191—96)。

c.《混凝土质量控制标准》(GB 50164—92)。

d.《混凝土结构质量缺陷及裂缝处理技术规定》(南水北调中线干线工程建设管理局，2007年2月14日实施)。

e.《沙河渡槽三标质量问题处理会议纪要》(豫直局平纪要［2011］4号)。

f.《南水北调中线干线工程沙河渡槽质量问题专题会会议纪要》(中线局工［2012］23)。

g.《南水北调中线一期工程总干渠沙河渡槽有关质量处理技术咨询会》咨询意见(2012年第1号，总第107号)。

h.《设计通知单》(沙 S—2012—05)。

3 试验目的及内容

a.通过现场焊接试验形成一套适应现场焊接工作面、操作性强、成熟实用并能保证焊接质量的焊接方案、工序及焊接工艺，以便指导后续大面积焊接施工。

b.通过焊接试验，在满足焊接质量的前提下选择合适的加固处理焊接开洞空间，包括断筋两侧与背后的空间;了解焊接高温对周边混凝土影响情况，为填补孔洞前对周边混凝土的处理提供参考依据;通过试验提出减小焊接高温对周边混凝土与焊接面外钢筋影响的措施。

c.通过现场补洞填充加固材料试验，优选填充材料，选择能够填充密实、与老混凝土结合好、与钢筋黏结紧密的材料;选择适宜的材料配比;通过试验提出一套保证填充质量的施工方案、工序与工艺，以规范操作、指导后续大面积填充加固施工。

4 回填工艺试件布置样式

为验证钢筋焊接、补强回填材料的质量效果，现场预制了3组回填工艺试件，每个试件可利用4个面(4个回填槽)模仿现场断筋情况事先预埋切断钢筋，断筋钢筋布置在试件正中间位置，断筋间断距离为150mm。并对每个试件及开槽窗口进行编号，具体参数如下:

a.构件尺寸。400mm×300mm×1500mm。

b.混凝土指标。C30W8F150。

c.钢筋型号。Ⅱ级钢筋，直径为28mm、25mm、22mm，其中，直径25mm的钢筋每个构件预埋2个面，其他均为1个面(箱基渡槽内侧钢筋直径为28mm、外侧直径为25mm，落地槽内侧钢筋直径为25mm、外侧直径为22mm)，钢筋保护层厚50mm。

d.施工方法。混凝土浇筑、钢筋绑扎与渡槽混凝土施工质量控制要求相同。

5 试件开槽施工

3组试件龄期达到28天以上后，对试件每个面进行开槽处理。开槽原则为:槽宽120mm(以竖向钢筋为中心，两侧各60mm宽)、高度根据竖向钢筋有效帮条焊接长度不小于12d和中间空隙的总和(高度H=12d+中间空隙距离150mm)、深度95mm(钢筋三个面外露及钢筋背后凿除15mm)。

凿槽之前，沿条形槽轮廓线采用切割机切成4cm深的缝隙，以免凿除槽内混凝土时损坏条形槽周边的混凝土。人工凿除条形槽内包裹钢筋的混凝土，混凝土凿除到钢筋完全外露并满足帮条单面焊接和方便钢筋背后回填施工要求为止，钢筋背后凿除混凝土为15mm。

6 钢筋焊接试验

帮条焊接有效长度不小于12d，帮条总长度H=12d+中间空隙距离150mm，即φ28mm钢筋帮条焊接长度不小于340mm+150mm=490mm，φ25mm钢筋帮条焊接长度不小于300mm+150mm=450mm，φ22mm钢筋帮条焊接长度不小于270mm+150mm=420mm。

焊接前将槽内杂物清理干净，并用水冲洗、用风吹干。焊接之前，在焊接钢筋周围用硬纸等物将钢筋焊接部位与混凝土分隔，以防在施焊过程中火花对周边混凝土的灼伤和污染。帮条焊时，帮条与主筋之间用四点定位焊固定;定位焊缝与帮条端部的距离宜不小于20mm;焊接时，在帮条焊形成焊缝中引弧;在端头收弧前填满弧坑，并应使主焊缝与定位焊缝的始端和终端熔合。

为防止温度过高对周边混凝土产生破坏，从帮条两端向中间部位逐渐完成焊接施工(焊接顺序为从钢筋固定端向自由端)，温度过高时采取分段并间隔一定时间后再施焊，采用红外线温度测控仪进行观测温控(见表1)。

表1 施 焊 温 度 统 计

持续将单个帮条焊接完成时，检查周边混凝土及混凝土与钢筋的结合部位时，均未发现裂缝、炸开等异常现象。

焊接试验完成后，分别对钢筋直径28mm、25mm、22mm的焊接试件进行钢筋焊接抗拉试验，每个焊接试件抗拉强度实验值均大于450N/mm2，能够满足抗拉强度要求，焊接试件钢筋破坏断口位置均在帮条之外。

7 现场补强工艺性试验

对每个试件槽内分别用回填水泥基(KB)、细石混凝土、预缩砂浆、水泥基(KB)和预缩砂浆分区回填等三种材料四种方式进行补强回填施工，每种材料分别回填不同钢筋直径的槽(见表2)。

表2 回 填 材 料 记 录

7.1 补强施工方法

回填补强前，将槽内杂物、焊渣清理干净，并用水冲洗、用风吹干，经三检合格后，申请监理工程师验收，经专业监理工程师同意后进行回填补强施工。具体各种材料回填施工方法如下。

7.1.1 水泥基(KB)施工

水泥基(KB)拌制采用现场人工拌和，水泥基(KB)由厂家事先调配好，现场直接添加饮用水拌制成有一定塑性即可。一般KB∶水=3.5∶1～4∶1。

施工前，先充分湿润槽内的混凝土界面，层面多余的积水用抹布吸干。从钢筋侧面和钢筋缝隙的位置将具有一定柔性(胶泥状)的水泥基(KB)挤压至钢筋背部填充密实。钢筋外侧以整个平面分层夯填密实，分层厚度2cm，每层填筑需待上层无流动性后，并且保证在未初凝之前进行下一层施工。表面与周边老混凝土面平顺相接，最后表面抹光，施工完成后在表面及时涂刷一层养护剂，保证涂层处于润湿状态，并在表面上粘贴薄膜，防止水泥基(KB)表面水分散发，并采取保温与隔热措施。

7.1.2 细石混凝土浇筑

细石混凝土拌制采用现场人工拌和，现场配备称量装置，严格按照配合比控制拌和。

施工前，先充分湿润槽内的混凝土界面，层面多余的积水用抹布吸干。用从钢筋侧面和钢筋中间部位的缝隙将细石混凝土倒入和挤压等方法，把混凝土钢筋内侧填充压实，借助导棒夯实混凝土，并采用木锤击打钢筋和钢筋两侧缝隙部位辅助捣实混凝土。钢筋外侧将混凝土直接铲入槽，混凝土下料时用捣棍辅助入槽，采用人工分层夯筑密实，每层填筑厚度4～5cm，外侧采用方木临时支挡，边支挡边上升夯筑，每层槽内混凝土装灌饱满后，采用木锤击实，泛出浆液后，并压实抹光。表面与周边老混凝土面平顺相接，最后表面进行抹光。

混凝土初凝后进行养护和保护工作，在补强的细石混凝土初凝后表面上刷养护剂，并在表面上粘贴薄膜，防止细石混凝土表面水分散发，养护时间不少于14天，并采取保温与隔热。

7.1.3 预缩砂浆施工

预缩砂浆拌制采用现场人工拌和，现场配备称量装置，严格按照配合比控制拌和。

施工前，先充分湿润槽内的混凝土界面，层面多余的积水用抹布吸干，砂浆填筑前应进行预缩30min，然后从钢筋侧面和钢筋中间缝隙部位将砂浆挤压至钢筋内侧填充密实，采用木锤击打钢筋和钢筋两侧缝隙部位捣实砂浆。钢筋外侧采用方木临时支挡，边支挡边上升填筑，每层填筑厚度2～3cm并采用木锤击实，泛出少量浆液后，压实抹光。表面与周边老混凝土面平顺相接，最后表面抹光，施工后及时在补强的砂浆表面上刷养护剂，并在表面上粘贴薄膜，防止砂浆表面水分散发，并采取保温与隔热措施。

7.1.4 水泥基(KB)和预缩砂浆混合施工

在槽内分区回填两种不同材料施工，即钢筋内侧采用水泥基(KB)回填，钢筋外侧采用预缩砂浆回填补强。

施工前，先充分湿润凿毛的混凝土面，层面多余的积水用抹布吸干，然后从钢筋侧面和钢筋缝隙部位将水泥基(KB)挤压至钢筋内侧填充密实。钢筋正面外侧采用预缩砂浆分层填筑，填筑厚度2～3cm，外侧采用方木临时支挡，边支挡边上升填筑，并采用木锤击实，泛出少量浆液后，压实抹光。表面与周边老混凝土面平顺相接，最后表面抹光，施工后及时在补强的砂浆表面上刷养护剂，并在表面上粘贴薄膜，防止砂浆表面水分散发，并采取保温与隔热措施。

7.2 回填修补材料抗压强度试验情况

在3组试件回填修补施工时，对每种回填材料进行现场取样，经过17天龄期后，其抗压强度指标均能满足比渡槽C30混凝土高一等级(大于35MPa以上)的要求，预缩砂浆抗压强度平均值(17天)为47.6MPa、水泥基(KB)抗压强度平均值(17天)为37.2MPa、细石混凝土抗压强度平均值(17天)为35.8MPa。

7.3 补强回填材料效果分析

试件回填的水泥基(KB)、细石混凝土、预缩砂浆三种补强材料达到20天，水泥基(KB)和预缩砂浆综合补强材料达到14天后，对每个试件不同截面进行了切割，检验新老混凝土、钢筋结合和钢筋背后部位回填密实情况。比较分析如下:

a.水泥基(KB)。与钢筋内、外结合良好，钢筋内侧及外侧回填较密实，但表面新老混凝土收缩严重，出现较多裂缝。截面部位靠外侧新老混凝土结合一般，有明显裂缝张开。

b.预缩砂浆。钢筋直径为25mm、22mm的槽，钢筋内侧砂浆填充较为密实，其强度欠佳，钢筋直径28mm的背后填充不够密实，出现孔洞现象。外侧填充密实，与钢筋结合良好，新老混凝土结合面良好，无裂缝现象。

c.细石混凝土。钢筋内侧混凝土不够密实、有欠振现象，与钢筋结合一般。外侧与新老混凝土、钢筋结合良好，混凝土填充较密实，局部有裂缝。

d.内部(钢筋背部)填充水泥基(KB)、外部(钢筋以外部分)填充预缩砂浆。钢筋内侧回填密实，与混凝土面、钢筋结合良好。外侧的外表面、剖开截面的新老混凝土结合良好，填充砂浆密实、无裂缝、与钢筋结合良好。

7.4 回填材料推荐结论

经各种材料回填试验的密实程度、新老混凝土结合以及与钢筋结合等情况的效果分析，以及简单经济比较，钢筋内侧采用水泥基(KB)填充、钢筋以外部分填充预缩砂浆的分区回填补强效果是最佳的。因此推荐钢筋内侧回填采用水泥基(KB)、外侧回填采用预缩砂浆的分区回填补强方案。

8 工艺试验施工总结

8.1 开槽尺寸确定

经现场开槽及钢筋施焊情况分析，对直径为28mm的钢筋条形槽宽调整修改为140mm，以便于钢筋施焊及钢筋背后回填施工，其他参数均可不变，便能够较好地便于钢筋背后回填密实和钢筋焊接施工。具体如下:

a.槽宽度。竖向钢筋直径为28mm的槽宽度应不小于140mm，其他钢筋直径25mm、22mm的槽宽度应不小于120mm。

b.槽高度(长度)。高度应根据竖向钢筋有效帮条焊接长度不小于12d和断筋距离而定，并考虑上下施工空间加10～20mm，即高度H=12d+中间空隙距离+20mm。

c.槽深度。竖钢筋完全外露，且钢筋背后凿除15mm的空间，一般情况深度为100mm。

8.2 钢筋焊接施工工艺总结

试验构件现场焊接试验结果表明，该施工工艺能够较好地进行钢筋焊接施工。具体如下:

a.焊机设备。BX1-300电焊机。

b.焊接形式。帮条单面焊接。

c.帮条长度。竖向钢筋有效帮条焊接长度不小于12d，即φ28mm钢筋帮条焊接长度不小于336mm，φ25mm钢筋帮条焊接长度不小于300mm，φ22mm钢筋帮条焊接长度不小于264mm。上述帮条长度参数根据钢筋焊接试验报告能够满足规范及设计要求。

d.焊缝厚度(s)。帮条焊接接头的焊缝厚度s不应小于主筋直径的0.3倍。

e.焊缝宽度(b)。焊缝宽度b不应小于主筋直径的0.8倍。

f.焊条规格。J502焊条。

g.施焊前准备。焊接过程中，在焊接钢筋的周围用硬纸等物将钢筋焊接部位与混凝土分隔，以防在施焊过程中火花对周边混凝土灼伤和污染。

h.施焊方法。为防止温度过高对周边混凝土产生破坏，从帮条两端向中间部位逐渐完成焊接施工。采取分段、间隔一定时间等措施施焊，并用红外线温度测控仪观测混凝土及钢筋温度，当最近端的混凝土表面温度过高时应停止施工，待适当降温后再施焊。焊接顺序为从帮条两端向中间部位逐渐完成焊接施工(从开槽内钢筋固定端向自由端焊接)。帮条与主筋之间用4点定位焊固定;定位焊缝与帮条端部的距离宜不小于20mm;焊接时，在帮条焊形成焊缝中引弧;在端头收弧前填满弧坑，并应使主焊缝与定位焊缝的始端和终端熔合。

i.施焊注意事项:

ⓐ焊缝有效长度不小于12d;

ⓑ钢筋焊接接头的焊缝厚度不应小于主筋直径的0.3倍，焊缝宽度不应小于主筋直径的0.8倍;

ⓒ焊接时，引弧应在形成焊缝的部位进行，不得灼伤主筋;

ⓓ焊接过程中应及时清渣，焊缝表面应光滑，焊缝余高应平缓过渡，弧坑应填满;

ⓔ钢筋焊接前应将断筋处的开槽内杂物、灰尘及松动混凝土块清理干净;

ⓕ钢筋端面应切平，钢筋边角毛刺及端面上铁锈、油污和氧化膜应清除干净，并经打磨露出金属光泽，不得有氧化现象;

ⓖ焊接时应做好周边混凝土的降温工作，焊接顺序为从开槽内钢筋固定端向自由端，控制好焊接温度及速度;

ⓗ雨天、大风天气不宜在现场施焊，必须施焊时，应采取有效遮蔽、防风措施，焊后未冷却接头不得碰到冰雪;

ⓘ操作焊接的焊工，必须经过专门的培训，达到一定的级别。

8.3 推荐回填补强材料(钢筋内侧回填水泥基，外侧回填预缩砂浆的分区回填补强)施工工艺

水泥基(KB)和预缩砂浆分区修补施工，将槽内分区回填两种不同材料施工，即钢筋内侧采用水泥基(KB)回填，钢筋外侧采用预缩砂浆回填补强。

a.槽内验收。回填补强前，将槽内杂物、焊渣清理干净，并用水冲洗、用风吹干，经三检合格后，申请监理工程师验收，经专业监理工程师同意后进行回填补强施工。

b.回填材料拌制。水泥基(KB)材料现直接加入饮用水，经不断多次加水，使水泥基(KB)拌制后无流动性和有一定柔性即可，一般 KB∶水 =3.5∶1～4∶1。预缩砂浆拌制采用现场人工拌和，现场配备称量装置，预缩砂浆严格按照配合比控制拌和，拌制后预缩30min后方可回填修补施工。水泥基(KB)和预缩砂浆每次拌制的用量应在初凝之前使用完，一次拌制用量不得过多。

c.施工前准备。施工前，先充分湿润混凝土界面，层面多余的积水用抹布吸干。

d.回填施工。先用水泥基(KB)回填钢筋内侧部位施工，拌制好的水泥基(KB)材料从钢筋侧面和钢筋缝隙部位挤压至钢筋内侧填充密实。钢筋内侧回填完成后，采用预缩砂浆分层填筑钢筋正面(外侧)，外侧采用方木临时支挡，边支挡边上升填筑，填筑厚度2～3cm，每层采用木锤击实，泛出少量浆液后即可。与水泥基(KB)交界区应把木锤撑有一定斜度，往内侧倾斜击实。施工至顶部时，填筑方向应与过流面平行，并用木锤往内侧击实。表面与周边老混凝土面平顺相接，最后表面砂浆应进行压实抹光。施工后及时在补强的砂浆表面上刷养护剂，在表面上粘贴薄膜，防止砂浆表面水分散发，并采取保温与隔热措施，养护时间不少于14天。◆