CN103614990B - 薄壁型水工构筑物的加固结构及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁型水工构筑物的加固方法，该加固方法包括：先对渡槽表面进行打磨、清洗；在连接件插入位置处钻孔后并用无机植筋胶植入连接件，连接件沿渡槽槽身的纵向呈均匀布置，沿渡槽槽身的横向呈U形非均匀布置；再绑扎钢筋网，使钢筋网的网面节点处贴紧并固接连接件；再涂刷界面剂，然后用水泥砂浆材料抹浆，最后经压光、保湿养护，完成对薄壁型水工构筑物的加固。最终得到的加固结构包括渡槽槽身原结构层和加固结构层，加固结构层内设置有钢筋网层，且加固结构层与渡槽槽身原结构层的结合面处设有穿过该结合面的连接件。通过本发明的加固措施可使渡槽原结构层和加固结构层共同参与受力工作，从而达到加固薄壁型水工构筑物的目的。

Description

薄壁型水工构筑物的加固结构及加固方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁渡槽或其他类似水工构筑物在承载力或耐久性不足情况下进行补强加固的方法，尤其涉及一种采用水泥砂浆及钢筋网对薄壁型水工构筑物进行补强加固的结构及方法。

背景技术

薄壁型水工构筑物在我国的农田水利工程实践中广泛存在，但早期修建的此类水工构筑物由于年久失修、缺乏维护，普遍存在较大的安全隐患。

我们以渡槽为例，渡槽是一种以明渠方式修建并跨越山川、洼地、山地、道路等障碍的架空输水构筑物，其能够引导渠水灌溉农田，对农业生产具有重要意义。我国早期修建的渡槽由于承受荷载、环境影响等不利因素的长期作用，随着使用年限的增长，老化病害问题日益突出，造成渡槽结构表面混凝土剥落、钢筋露出而锈蚀、结构的变形过大、裂缝开展过宽过大等现象，这严重影响了水利工程结构的安全使用，降低了水利工程结构的正常使用寿命。

目前，对于类似渡槽的薄壁型水工构筑物，其常用的加固方法主要有采用环氧树脂玻璃丝布、环氧混凝土、环氧砂浆等现代综合环氧技术以及碳纤维加固技术等对渡槽进行补强加固。但是，现有的这两种方法各有局限：由以往工程经验可知，环氧树脂粘贴玻璃纤维布加固渡槽的耐久性、耐老化性能并无明显提高，防渗效果不好，施工复杂、成本较高，且由于材料、施工等因素影响，玻璃纤维布与渡槽原结构层界面粘结性能较差；而采用碳纤维的加固方法，由于碳纤维缺乏足够的延性，当达到极限强度后即发生破坏，属脆性破坏，且碳纤维加固成本比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种既能有效提高薄壁型水工构筑物结构承载力，又能使加固后的薄壁型水工构筑物在温度、水环境等不利因素影响下保持良好抗裂性能和耐久性能的加固结构及加固方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种薄壁型水工构筑物的加固方法，该加固方法利用上述的加固结构形成加固，该加固方法包括以下步骤：

(1)渡槽表面处理：先对渡槽表面进行打磨使其露出骨料层，当打磨形成有一粗糙表面后，对打磨后的粗糙表面进行清洗；

(2)设置连接件：根据加固设计要求，在处理后的渡槽表面定出连接件的插入位置，在插入位置处钻孔后用无机植筋胶植入连接件，并对无机植筋胶进行养护；所述连接件沿渡槽槽身的纵向呈均匀布置，沿渡槽槽身的横向呈U形非均匀布置；

(3)绑扎钢筋网：在设置连接件后的渡槽表面定位并绑扎钢筋网，使钢筋网的网面节点处贴紧并固接连接件；这样所有的钢结构件形成一张沿纵横方向展开、且点面线结合的整体钢筋骨架网；

(4)涂刷界面剂：快速、均匀地在渡槽表面涂刷界面剂；

(5)抹浆：用水泥砂浆材料在涂刷界面剂后的渡槽表面进行抹浆，直至抹浆后形成的水泥砂浆层厚度达到设计要求，最后经压光、保湿养护，完成对薄壁型水工构筑物的加固。

上述的加固方法，所述步骤(1)中，打磨优选是利用500W～700W的低功率电锤进行。

上述的加固方法，所述步骤(1)中，清洗优选是利用高压水射法进行，以洗净粗糙表面的粉尘及残存污渍。

上述的加固方法，所述步骤(3)中，钢筋网部分优选采用点焊连接。

上述的加固方法，所述步骤(4)中，为保证渡槽表面湿润，使界面粘结良好，在涂刷界面剂前24小时内，多次对渡槽表面洒水。

上述的加固方法，所述步骤(5)中，优选的，抹浆是分两次进行，第一次抹浆时使水泥砂浆材料刚好覆盖钢筋网，使钢筋网与水工构筑物原结构层表面没有间隙；第二次抹浆是在第一次抹浆初凝后进行并抹至设计厚度。抹浆过程中应错开和压平各层砂浆的接茬部位，为保证密实度，第二层砂浆初凝后，压光砂浆层两至三遍。

上述的加固方法，所述步骤(5)中，所述水泥砂浆材料优选为聚乙烯醇纤维水泥复合砂浆材料。聚乙烯醇纤维水泥复合砂浆材料为现有已知的施工材料，由于聚乙烯醇纤维水泥复合砂浆材料中掺有少量的纤维材料，而纤维材料具有很高的抗拉强度，能增加加固结构的抗裂性能，减少微裂缝的产生，因此将其应用于本发明好后能够更好地解决渡槽等结构的开裂渗水导致的混凝土(或砂浆)剥落以及钢筋锈蚀等问题，提高渡槽的耐久性。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的加固方法得到的薄壁型水工构筑物的加固结构，所述水工构筑物为渡槽，渡槽的横截面呈U形，所述加固结构包括渡槽槽身原结构层和水泥砂浆材料抹成的加固结构层，所述加固结构层与渡槽槽身原结构层之间相互粘结，所述加固结构层包覆在渡槽槽身原结构层的槽壁(一般即指外壁)上，所述加固结构层内设置有钢筋网层，所述加固结构层及其内置的钢筋网层均匀包覆在渡槽槽身的外壁上，加固结构层的横截面呈现U形，所述加固结构层与渡槽槽身原结构层的结合面处设有穿过该结合面的连接件。前述本发明的技术方案中，通过连接件和结构胶层使水工构筑物(如渡槽)原结构层和加固结构层共同参与受力工作，从而达到加固薄壁型水工构筑物的目的。该加固结构不仅非常简单，而且施工方便，大大延长了水工构筑物的服役期限和使用寿命。

上述的薄壁型水工构筑物的加固结构中，优选的，所述连接件沿加固结构层与渡槽槽身原结构层的结合面在纵向上均匀布置(纵向即是指渡槽的长度延伸方向，亦是指渡槽中的水流方向)，且单个连接件贴紧钢筋网层的网面节点处布设。这样的结构布置方式不仅能够加强结合面的连接性，而且能使连接件与钢筋网层直接形成相互受力和支撑，更好地形成一个有机的加固结构整体。

上述的薄壁型水工构筑物的加固结构中，所述连接件优选为J形剪切销钉，J形剪切销钉的钩端钩住所述钢筋网上的钢筋，J形剪切销钉的直端穿过所述结合面并通过无机植筋胶插设在渡槽槽身原结构层的预制孔中。本发明优选的J形剪切销钉相比普通的销钉，在不影响抗剪强度的情况下，还能更好地提升加固结构层与渡槽槽身原结构层的结合强度。

上述的薄壁型水工构筑物的加固结构中，优选的，所述连接件沿加固结构层与渡槽槽身原结构层的结合面在横截面上呈非均匀布置，且分布密度由渡槽U形横截面的两翼向中部槽底逐渐减小。这是发明人通过反复观察和测试渡槽槽身的剪切受力分布情况所作的改进，通过采用这种非均匀的布置方式，不仅能够提高剪切强度，而且可以减少抗剪连接件的施工及用量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的加固结构层中内设钢筋网，且钢筋网与渡槽原结构层是通过水泥砂浆材料粘接，通过对新老界面进行凿毛处理，浇筑加固结构层，新浇筑的加固结构层能很好地与原结构层粘结在一起共同参与受力，这对规则或不规则形状的各种水工建筑物结构具有很好的适应性。

(2)传统的加固技术在施工过程中多采用的是有机胶结材料，但部分有机胶结材料容易老化，使用寿命短，这将对长期工作在露天环境下的水工构筑物造成不可预计的隐患。而本发明中针对渡槽等特定水工构筑物的工作环境特点，选用了水泥砂浆层内置钢筋网层作为加固结构层，其加固渡槽主要采用的是无机胶结材料，具有良好的耐老化性能。

(3)本发明聚乙烯醇纤维水泥复合砂浆钢筋网加固渡槽等水工构筑物的施工操作非常简单方便，施工工效高，施工质量容易保证，无需大型施工机具，施工占用场地少；在取得良好加固效果的同时，能够减少渡槽使用后期的维修和维护支出，经济效益明显。

附图说明

图1为本发明实施例中加固渡槽的整体立面图。

图2为本发明实施例中加固渡槽槽身的横截面放大图(仅示出半幅，另外一半为对称结构)。

图例说明：

1、支撑排架；2、渡槽槽身原结构层；3、水泥砂浆层；4、钢筋网层；5、J形剪切销钉；6、加固结构层。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例：

某渡槽槽身为无拉杆U型钢丝网薄壁结构，纵向为双悬臂装配式对称结构，全长108m，支撑结构主要采用支撑排架1，其最大支撑高度13.5m。该渡槽建成后至今已投入使用40多年，虽然期间经过两次防渗补强，但由于长时间使用，再加上设计、管理、维护等方面的原因，渡槽的现状不容乐观，其主要表现在以下几个方面：

(1)渡槽外壁喷射的改性砂浆薄层脱落；

(2)砂浆碳化导致钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后体积膨胀，从而导致砂浆开裂；

(3)渡槽伸缩缝处止水带老化，渗水漏水严重；

(4)人行道护栏、预制板等维护结构破损严重，漏筋、锈蚀；

(5)渡槽内壁横向细微裂缝分部比较普遍，尤其是支座附近，对结构耐久性产生严重影响。

为了能充分利用已有的水利工程，延长已有水利工程的使用寿命，同时为保证该渡槽的安全及正常使用，本实施例采用本发明的薄壁型水工构筑物的加固方法对其进行加固，该加固方法主要包括以下步骤：

(1)渡槽表面处理：先利用500W～700W低功率电锤对渡槽槽身原结构层2表面进行打磨使其露出骨料层，当打磨形成有一粗糙表面后，利用高压水射法对打磨后的粗糙表面进行清洗，以洗净粗糙表面的粉尘及残存污渍；

(2)设置连接件：根据加固设计要求，在处理后的渡槽槽身原结构层2表面定出J形剪切销钉5的插入位置，在插入位置处钻孔后用无机植筋胶植入J形剪切销钉5，并对无机植筋胶进行养护；J形剪切销钉5沿渡槽槽身的纵向呈均匀布置，沿渡槽槽身的横向呈U形非均匀布置；

(3)绑扎钢筋网：在设置J形剪切销钉5后的渡槽槽身原结构层2表面定位并绑扎钢筋网，使钢筋网层4的网面节点处贴紧并固接J形剪切销钉5；钢筋网层4本身采用点焊连接；

(4)涂刷界面剂：快速、均匀地在渡槽槽身原结构层2表面涂刷界面剂；为保证渡槽表面湿润，使界面粘结良好，在涂刷界面剂前24小时内，多次对渡槽表面洒水；

(5)抹浆：用水泥砂浆材料(本实施例中特别采用聚乙烯醇纤维复合水泥砂浆等优质材料)在涂刷界面剂后的渡槽槽身原结构层2表面进行抹浆，抹浆是分两次进行，第一次抹浆时使水泥砂浆层3(具体为聚乙烯醇纤维复合水泥砂浆层)刚好覆盖钢筋网层4，使钢筋网层4与渡槽槽身原结构层2表面没有间隙；第二次抹浆是在第一次抹浆初凝后进行并抹至设计厚度。抹浆过程中应错开和压平各层砂浆的接茬部位，为保证密实度，第二层砂浆初凝后，压光砂浆层两至三遍。最后经压光、保湿养护，完成对渡槽的加固处理。

如图1、图2所示，对该渡槽采用上述本发明的方法进行加固，不仅施工操作简便，施工工期短；渡槽加固后输水使用情况良好，无任何裂缝、渗水等不良情况发生。加固后形成的加固结构包括渡槽槽身原结构层2和加固结构层6，加固结构层6包覆在渡槽槽身原结构层2的外壁上，加固结构层6主要由水泥砂浆层3和钢筋网层4组合而成，钢筋网层4内置于水泥砂浆层3中，加固结构层6与渡槽槽身原结构层2之间通过水泥砂浆层3(具体为聚乙烯醇纤维复合水泥砂浆层)粘结，且加固结构层6与渡槽槽身原结构层2的结合面处设有穿过该结合面的J形剪切销钉5。通过J形剪切销钉5和结构胶使渡槽槽身原结构层2和加固结构层6共同参与受力工作，从而达到加固薄渡槽的目的。

如图2所示，渡槽的横截面呈U形，加固结构层6及其内置的钢筋网层4均匀包覆在渡槽槽身的外壁上，加固结构层6的横截面也呈现U形。作为连接件的J形剪切销钉5在渡槽的纵向长度方向上沿加固结构层6与渡槽槽身原结构层2的结合面均匀布置，且单个J形剪切销钉5贴紧钢筋网层4的网面节点处布设(参见图1)。如图2所示，J形剪切销钉5的钩端钩住钢筋网层4上的钢筋，J形剪切销钉5的直端穿过结合面并通过无机植筋胶插设在渡槽槽身原结构层2的预制孔中。如图2所示，J形剪切销钉5沿加固结构层6与渡槽槽身原结构层2的结合面在横截面上呈非均匀布置，且分布密度由渡槽U形横截面的两翼向中部槽底逐渐减小，即两翼分布紧密，间隔较小，中部槽底分布相对稀疏，间隔较大。

Claims (5)

1.一种薄壁型水工构筑物的加固方法，所述薄壁型水工构筑物为渡槽，该加固方法包括以下步骤：

(1)渡槽表面处理：先对渡槽表面进行打磨使其露出骨料层，当打磨形成有一粗糙表面后，对打磨后的粗糙表面进行清洗；

(2)设置连接件：根据加固设计要求，在处理后的渡槽表面定出连接件的插入位置，在插入位置处钻孔后用无机植筋胶植入连接件，并对无机植筋胶进行养护；所述连接件沿渡槽槽身的纵向呈均匀布置，沿渡槽槽身的横向呈U形非均匀布置；所述U形非均匀布置是指连接件沿加固结构层与渡槽槽身原结构层的结合面在横截面上呈非均匀布置，且分布密度由渡槽U形横截面的两翼向中部槽底逐渐减小；

(3)绑扎钢筋网：在设置连接件后的渡槽表面定位并绑扎钢筋网，使钢筋网的网面节点处贴紧并固接连接件；所述连接件为J形剪切销钉，J形剪切销钉的钩端钩住所述钢筋网上的钢筋，J形剪切销钉的直端穿过所述结合面并通过无机植筋胶插设在渡槽槽身原结构层的预制孔中；

(4)涂刷界面剂：快速、均匀地在渡槽表面涂刷界面剂；

(5)抹浆：用水泥砂浆材料在涂刷界面剂后的渡槽表面进行抹浆，抹浆是分两次进行，第一次抹浆时使水泥砂浆材料刚好覆盖钢筋网，使钢筋网与水工构筑物原结构层表面没有间隙；第二次抹浆是在第一次抹浆初凝后进行并抹至设计厚度，直至抹浆后形成的水泥砂浆层厚度达到设计要求，最后经压光、保湿养护，完成对薄壁型水工构筑物的加固。

2.根据权利要求1所述的加固方法，其特征在于：所述步骤(1)中，打磨是利用500W～700W的低功率电锤进行；清洗是利用高压水射法进行，以洗净粗糙表面的粉尘及残存污渍。

3.根据权利要求1所述的加固方法，其特征在于：所述步骤(3)中，钢筋网部分采用点焊连接；所述步骤(4)中，在涂刷界面剂前24小时内，多次对渡槽表面洒水。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的加固方法，其特征在于：所述水泥砂浆材料为聚乙烯醇纤维水泥复合砂浆材料。

5.一种由权利要求1～4中任一项所述的加固方法得到的薄壁型水工构筑物的加固结构，所述水工构筑物为渡槽，渡槽的横截面呈U形，其特征在于：所述加固结构包括渡槽槽身原结构层(2)和水泥砂浆材料抹成的加固结构层(6)，所述加固结构层(6)与渡槽槽身原结构层(2)之间相互粘结，所述加固结构层(6)包覆在渡槽槽身原结构层(2)的槽壁上，所述加固结构层(6)内设置有钢筋网层(4)，所述加固结构层(6)及其内置的钢筋网层(4)均匀包覆在渡槽槽身的外壁上，加固结构层(6)的横截面呈现U形，所述加固结构层(6)与渡槽槽身原结构层(2)的结合面处设有穿过该结合面的连接件；

所述连接件沿加固结构层(6)与渡槽槽身原结构层(2)的结合面在纵向上呈均匀布置，且单个连接件贴紧钢筋网层(4)的网面节点处布设：所述连接件沿加固结构层(6)与渡槽槽身原结构层(2)的结合面在横截面上呈非均匀布置，且分布密度由渡槽U形横截面的两翼向中部槽底逐渐减小；

所述连接件为J形剪切销钉(5)，J形剪切销钉(5)的钩端钩住所述钢筋网层(4)上的钢筋，J形剪切销钉(5)的直端穿过所述结合面并通过无机植筋胶插设在渡槽槽身原结构层(2)的预制孔中。