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关键词:混凝土工程施工预防裂缝加固
混凝土裂缝的预防及混凝土工程的加固在现代工程建设中占有重要地位。
在今天,混凝土的裂缝较为普遍,桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有出现。究其原因,我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。这主要是由于两方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,影响到结构的整体性和耐久性。其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝,因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。
一、裂缝产生的原因
混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝上的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6~1.0)×104,长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2~2.0)×104.由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。
二、温度应力的分析
(一)、根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
1、早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段的两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化,这一时期在混凝土内形成残余应力。
2、中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加,在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
3、晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相迭加。
(二)根据温度应力引起的原因可分为两类:
1、自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如,桥梁墩身,结构尺寸相对较大,混凝土冷却时表面温度低,内部温度高,在表面出现拉应力,在中间出现压应力。
2、 约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。
这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。
三、防裂缝出现的措施
为了防裂缝出现,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。
(一)、控制温度的措施如下:
1、 采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;
2、 拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;
3 、热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;
4 、在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;
5 、规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;
6 、施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施;
(二)、改善约束条件的措施是:
1、 合理地分缝分块;
2、 避免基础过大起伏;
3、 合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
四、混凝土工程的加固
优秀的加固方案具体体现在其施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面的特点。
一般来说,加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法等,随着科学技术的不断进步,应用新技术、新材料、新工艺进行工程加固的方法,如,化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运而生,并开始广泛应用于各类加固工程中。具体那个方案最能体现加固工程所要求的短、平、快、省的特点,应根据需要加固的构件情况,综合确定加固方案。
几种典型加固方法的工程施工要求
工程加固的目的就是要通过加固施工达到修复、补强、提高承载力、增强使用功能、满足使用要求,因此,选择加固方案要以提高加固工程质量为根本目的。对于不同的加固方案也有不同的施工方法和质量评定标准。根据《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)中几种典型的加固方法,依照施工经验,不同的加固方法在施工时应重点做到:
1、 外包钢加固法
要把表面处理包括加固结合面和钢板贴合面处理作为加固施工过程中的关键,对于干式加固施工,为了使角钢能紧贴构件表面,混凝土表面必须打磨平整,无杂物和尘土;当采用湿式加固施工时,应先在处理好的角钢及混凝土表面抹上乳胶水泥浆或配制环氧树脂化学灌浆料,对钢板进行除锈,混凝土进行除尘并用丙酮或二甲苯清洗钢板及混凝土表面,进行粘、灌。
2、预应力加固法
采用预应力拉杆加固时,在安装前必须对拉杆事先进行调直校整,拉杆尺寸和安装位置必须准确,张拉前应对焊接接头、螺杆、螺帽质量进行检验,保证拉杆传力正确可靠,避免张拉过程中断裂或滑动,造成安全和质量事故;采用预应力撑杆加固时,要注意撑杆末端处角钢(及其垫板)与混凝土构件之间的嵌入深度传力焊缝的质量检验,检验合格后,将撑杆两端用螺栓临时固定,然后用环氧砂浆或高强度水泥砂浆进行填灌,加固的压杆肢、连接板、缀板和拉紧螺栓等均应涂防锈漆进行防腐。
3、 改变结构传力途径加固法
增设支点若采用湿式连接,在接点处梁及支柱与后浇混凝土的接触面,应进行凿毛,清除浮渣,洒水湿润,一般以微膨胀混凝土浇筑为宜。若采用型钢套箍干式连接,型钢套箍与梁接触面间应用水泥砂浆座浆,待型钢套箍与支柱焊牢后,再用较干硬砂浆将全部接触缝隙塞紧填实;对于楔块顶升法,顶升完毕后,应将所有楔块焊连,再用环氧砂浆封闭。
4、 混凝土构件外部粘钢加固法
此法施工较为简单,①需要着重注意混凝土和钢板的表面处理,对于旧、脏严重的混凝土构件的黏合面,应先用硬毛刷沾高效洗涤剂,刷除表面油垢污物后用水冲洗,再对黏合面进行打磨,除去2~3mm厚表层,露出新面和平整,将粉尘清除干净;对于混凝土表面较好的,则可直接对黏合面进行打磨,去掉1~2mm厚表层,使之平整,清去粉尘,再用丙酮擦拭表面即可;钢板表面处理应根据其绣蚀情况,可用喷砂、砂布、砂轮机打磨,使钢板出现金属光泽,打磨纹路尽量与受力方向垂直,然后用丙酮擦拭干净。②注意对胶粘剂的选择,目前国内市场建筑结构胶粘剂鱼龙混杂,对胶粘剂的选择一定要慎重。③注意在配胶、粘贴过程中的细节,胶粘剂要严格按照说明书要求的比例配制,尤其是要掌握好固化剂的用量,搅拌要均匀,同时在粘贴时要保证粘贴面的饱满、密实。最后要注意在固化阶段不能对钢板有任何扰动。
关键词:水利堤防;防渗加固
一、堤防防渗加固的常用方法
1.1 前堵型防渗
所谓前堵型防渗就是把土工膜铺设在临水侧,或设置防渗铺盖、前截及防渗斜墙等设置,不过这些措施会受到实际工程河势水流的影响。如果设置防渗铺盖,可以充分将天然弱透水层的作用发挥出来,不过需要注意,要对天然弱透水层、下卧透水层的各项参数进行全面检验,比如颗粒级配、渗透系数、允许渗透坡降等,以便于在天然铺盖不足的情况下可以通过人工铺盖补强措施满足工程要求。进行堤身临水侧前堵时,在堤身临水侧填筑土平台,注意土料的渗透系数不得超出工程设计要求范围以外,以满足降低背水侧出逸比降的目的。在诸多前堵型防渗措施中,在堤防迎水面铺设土工膜,不仅整体性较好,而且规格化的产品大大提高了铺设的便利性,并且可以在最大程度上适应堤身变形的情况。
1.2 中截型防渗
所谓中截就是在堤身中采取防渗措施,常用的包括黏土灌浆、劈裂灌浆、铺设土工膜以及设置混凝土截渗墙等措施。在采用灌浆加固法时,要注意浆液材料的选择,通常为黏性土或砂壤土,如工程需要可以掺入适量水泥制成泥浆;按照堤身具体的隐患部位布置钻孔,一般布置为梅花形,孔深不得小于隐患者深度,并通过现场试验确定灌浆压力。采用劈裂灌浆法时要注意,钻孔时要沿着堤身轴线最小主应力面布置,并灌注泥浆,其主要作用是形成浆堤互压,泥浆析水后会固结,此时浆脉连通的所有渗漏隐患者均可以被泥浆充分填充,并挤压密实,最终形成泥浆体防渗墙。
1.3 后排型防渗
所谓后排就是在堤防背水一侧采用减压井、减压沟或者压渗导渗沟等措施。在堤身背水侧采用后排措施就是加大堤身背水侧的断面面积,将浸润线始终控制在堤坡以下。采用后排型防渗措施时要注意,填筑土料的透水性要大于原堤身。常用的后排型防渗措施有堤防淤背法或吹填法,即将吸泥船吸取的江河泥沙输送至堤身背水侧进行沉淤处理,可以有效防止基础被渗透、破坏。此外,一些已经出现渗透破坏的堤基可以利用减压井来排除险情,不过该方法存在易淤堵的不足,因此时间越长,减压井排水量就越小,逐渐失去作用。
二、防渗加固方法的应用
2.1 堤身的防渗加固
如果堤身发生渗漏,背水坡会出现脱坡或流土等现象,严重的可能会出现漏洞及坑陷等问题。堤身背水坡出现有害渗水,可以对堤身进行加宽培厚,或采取透水后堵的措施,也可以在临水坡外帮设置防渗斜墙及灌浆措施等。如果渗漏问题可能会冲刷堤坡,或造成流土破坏等,通常选择贴坡反滤或透水后堵的方法。需要重视的是堤身漏洞及跌窝现象,这些问题通常是生物洞穴引起的,通常汛前比较隐蔽,一旦汛期到来,这种生物洞穴产生的漏洞、跌窝则会快速发展,再加之堤身断面受到限制,所以会带来比较严重的后果,所以要在汛前对这类生物洞穴带来的隐患者进行探查,发现后在及时采用灌浆或开控回填的方法来处理,防患于未然。堤身建筑物基础接触面可能存在集中渗流的问题,此时在临水侧采用垂直防渗的策略,如有必要,也可以结合反滤保护措施。此外,在新老堤身接合位置或堤防分段建设接合位置等,可以会存在集中渗流的现象,此时可以采用充填灌浆或挤密灌浆的措施,如有必要可以结合反滤保护措施。
2.2 堤基的防渗加固
经过相关渗流计算可知,如果堤基、背水坡、堤后地面等渗流出逸比降控制不合理,必须采取科学的防渗加固措施,包括汛期发生管涌或流土破坏时,也要结合工程的实际情况选择各种治理措施。具体而言,要注意以下几个方面:
2.2.1 如果堤基存在下列情况下可以采用铺盖防渗措施:相对不透水层埋藏比较深,透水层比较厚,临水侧有稳定滩地。
2.2.2 如果堤基的覆盖层相对较薄,透水层埋藏比较深,并且厚度比较大,可以在背水侧选择压实填筑压渗盖重法,也可以与减压沟或减压井结合使用,可以彻底改善堤基存在的渗透破坏问题。
2.2.3 如果堤基透水层比较浅,可以采用垂直防渗措施进行截渗,比如在迎水侧堤脚设置黏土截水槽,或采用盖重与减压沟井相对合的方案等。
2.2.4 针对覆盖层比较厚的堤基,如果其下卧强透水层比较深,则可以选择盖重措施,注意盖重的渗透系数要大于覆盖层;也可以设置减压井来降低扬压力,减压井的位置要设置在背水堤脚外。
2.2.5 如果是强风化基岩的堤基出现渗透破坏,可以选择地基帷幕灌浆法,也可以利用铺盖防渗法解决临水侧发生外渗的问题,也可以视工程的实际情况选择反滤保护措施等。
2.2.6 如果堤防工程为多层地基,并且有浅层弱透不层,则可以在科学勘察并合理计算论证的基础上采用半封闭式垂直防渗措施,或选择压渗盖重与减压措施相结合的方法。
2.3 软土地基的处理方法
由于堤防工程常遇到淤泥、淤泥质黏土等软土地基,在这类地基上建设堤防工程,要做好地基的加固处理才能保证工程质量。因此,此处单独列出几种软土地基的处理方法进行重点分析。
2.3.1 抛石挤淤法
所谓抛石挤淤法,顾名思义就是把石块抛在需要处理的软土地基中,挤走原基础的淤泥及淤泥质土,提高地基的强度。采用抛石挤淤法需要注意:石料的粒径至少在30cm 以上,且不易风化,根据软土下卧地层的横坡来确定具体的抛填方向。如果横坡比较平坦,可以采用自地基中部向两侧逐次扩展的顺序;如果横坡比较陡,则可以采用由高侧抛填至低侧的顺序,需要在上面铺设反滤层。由于抛石挤淤法成本低、易施工,所以针对流塑态的淤泥或淤泥质土地基可以采用这种方法。
2.3.2 预压砂井法
预压法是指排水系统与加压系统互相配合把孔隙水从地基土中排出。堤防工程中的排水系统包括水平排水垫层、排水砂沟、水平排水体、塑料排水板等;而加压系统则包括堆载预压、真空预压等,如果把堆载预压与真空预压联合应用,可以称其为真空联合堆载预压法。该方法在操作过程中需要注意:加固范围内的植被与表土,要清除干净,铺上砂垫层;将塑料排水板垂直下插下去,为对加固地基的排水条件进行改善,注意砂垫层中的排水管要横向布置;再在砂垫层上设置密封膜。通常针对一些工期要求较低工程,在处理淤泥或淤泥质土地基时会选择该方法,不过由于其加固时间长,并且抽真空的处理范围会受到一定客观条件的限制,所以针对一些软粘土、泥炭土地基,由于其流变特性较强,该方法并不适用。
【关键词】山塘水库;除险加固;施工;管理
【中图分类号】TV62 【文献标识码】B
【Abstract】This paper introduces Taowan reservoir reinforcement project, then introduces the main content, construction organization and the associated items in small-scale reservoir reinforcement project, which can provide a reference for similar projects.
【Key words】Small-scale reservoirs;Reinforcement;Construction;Management
1. 工程概况
(1)桃湾山塘位于绍兴市上虞区陈溪乡石笋山村,坝址以上集雨面积为0.08Km2,正常库容1.2万m3,总容积1.45万m3,是一座以灌溉为主的山(2)型山塘,灌溉农田120亩。
(2)山塘建于上世纪50年代,工程枢纽建筑物由大坝、溢洪道、放水涵洞等组成。大坝为粘土心墙坝,最大坝高11m(坝轴线处),坝顶高程为233.55m~233.87m,坝顶宽1.2~2.8m,坝长53.4m,山塘下游坝坡为1:1.4和1:2.1,上游坝坡为1:2.3、1:1.6和1:2。由于水库大坝巡查和管理得较到位,大坝坝顶和上、下游坝坡以低矮杂草为主,未出现大株灌木丛;大坝防渗体和坝基防渗效果较好,未出现渗漏情况。
(3)溢洪道位于大坝右岸,为明渠式溢洪道,为梯形断面,进口底板高程232.73m,进口宽约1.4m,底板为混凝土结构,两侧为浆砌块石挡墙,溢洪道总长42m。由于管理到位,溢洪道底板和两侧边墙外观较平整,未见裂缝,槽内通畅,有少量植物滋生。
(4)水库的放水涵洞布置在大坝右坝头,涵洞为砌石结构,尺寸为0.2m×0.2m,进口设有插板门。启闭机室布置在右坝头,为条石结构,外观较为简陋。启闭设备基本满足使用要求,但由于年久失修,启闭机螺杆等锈蚀较严重。
2. 山塘存在的主要问题
桃湾山塘始建年代较为久远,由于受当时条件的限制,设计标准低,施工质量差,经多年运行,目前山塘存在许多安全隐患,主要问题是:
(1)大坝上游和下游坝坡不满足《浙江省山塘综合整治技术导则》(下简称《山塘导则》)的要求。
(2)溢洪道宽度较窄,不能满足行洪要求。
(3)下游坝面护坡的块石风化严重,局部出现不均匀沉降,坝顶和下游坝坡不平整。
(4)大坝放水石涵不满足《山塘导则》的要求,须进行封堵。
(5)由于坝面长满杂草,有白蚁危害的隐患。
(6)大坝缺少管理房、上坝道路和观测水位的管理设施。桃湾山塘自建成以来,作为灌溉山塘,发挥了明显的工程效益。但是由于山塘存在安全隐患,严重威胁下游农田和老百姓生命财产安全。因此,为保证桃湾山塘的安全运行,使其充分发挥效益,对桃湾山塘进行综合整治是十分必要的。
3. 除险加固工程主要内容
3.1工程建设标准。桃湾山塘总库容1.45万m3,根据《山塘导则》的规定,工程规模为山(2)型。桃湾山塘大坝为土坝,根据《山塘导则》的规定,大坝、溢洪道和虹吸管等主要建筑物级别为7级,由于山塘所处位置为四明山台风暴雨区,相应的设计洪水标准为10年一遇,校核洪水标准为100年一遇。
3.2工程建设内容。根据山塘目前存在的主要问题,山塘综合整治的主要项目内容是:
(1)对坝顶和上下游坝坡进行修整,坝顶高程统一平整至234.0m,坝顶上游侧增设一道防浪墙,上游坝坡培厚至1:1.2的坡度,下游坝坡修坡至1:1.75的坡度,两岸坝坡和山体交接处修建排水沟。
(2)拓宽溢洪道宽度,将原有宽度1.4m拓宽至3.0m。
(3)对坝顶和上下游坝坡采用框格梁和干砌块石护坡进行保护
(4)在大坝左坝头新增设一套虹吸管,保证下游灌溉用水。
(5)工程实施过程中一旦发现白蚁,随即组织专业技术人员进行白蚁诱杀。
(6)从大坝右岸下游修建1.2Km施工道路到右坝头,工程完工后作为上坝道路;在山塘右岸设置水情自动测报系统一套,在山塘坝顶设置水库标识牌,在上游坝坡和溢洪道设置水位尺,并标明特征水位。新建管理房一套。
4. 除险加固工程的施工组织
4.1施工条件。
(1)桃湾山塘位于绍兴市上虞区陈溪乡石笋山村,距陈溪乡约2.5Km,通讯均较方便,但目前只有人行小道与山塘连接,对外交通不是十分便捷。
(2)工程所用的水泥、砂砾料、钢材等均可由市场供应。施工用水可直接设泵取用溪水。由于工期短,施工用电采用柴油发电机发电。
4.2施工方案。
4.2.1施工导流。施工主要时段选择在枯水期进行,施工时将山塘放空,施工前期的上游来水可利用坝下涵管导流,小范围积水采用自流结合泵排。
4.2.2施工总体布置。拌和系统、料场及仓库布置在大坝右岸山坡,办公及生活用房就近租住房;预制构件可到水泥制品厂定制。
4.2.3施工方法。
关键字:路基 防护 加固
前言
路基由土或岩填挖而成,改变了原地层的天然平衡状态,并处在各种错综复杂的自然因素和行车的长期作用下,故路基可能产生各种变形和破坏。为保证路基的稳定和防治路基病害,除做好路基排水外,还必须根据当地水文、地质及材料等情况,采取有效地措施,对各类土、石边坡及软基予以必要的防护与加固。
防护与加固工程的措施
路基防护与加固的措施,按其作用不同,可分为边坡坡面防护、冲刷防护、支挡建筑物及软土地基加固四大类。
1坡面防护
坡面防护是指为防止边坡受冲刷,在坡面上所做的各种铺砌和栽植。通过将坡面封闭隔绝或隔离,避免或减缓路基边坡表面受降水、日照、风力等自然因素的影响,防止或减缓地面水对边坡的冲刷,从而提高边坡的稳定性。
1.1 植被防护
植被防护主要适用于允许流速小于1.2~1.8m/s的季节性水流冲刷及较缓的土质边坡,依靠植被根系深入土层,固结表土。植物的根、茎、叶可以调节表面土的湿度,阻止地表径流,减缓冲刷。同时还可以美化路容,协调环境。因此,在适合植被生长的土质边坡上,优先采用植被防护。
(1)种草 一般选用根系发达、茎杆短矮、生长力强、多年生长的草种,适用于不陡与1:1的土质边坡。
(2)铺草皮 草皮规格一般为20cm×40cm,厚约6~10cm。铺草皮前应将坡面整平,必要时加铺5~10cm种植土层。每块草皮钉2~4根竹木桩,使草皮与坡面固结。适用于边坡较陡、冲刷严重、径流大于0.6m/s、靠近草皮来源较易的地区。
(3)种树 主要作用是加固边坡、防止和减缓水流冲刷。可以防沙、防雪,调节气候、美化环境。在坡面上植树和铺草皮结合,使坡面形成一个良好的覆盖层。树种以根系发达、生长迅速的低矮灌木为主。
1.2 工程防护
(1)砌石防护
为防止地表径流或河水的冲刷,公路填方边坡、沿河路堤侵水部位边坡及桥涵附近边坡,可采用砌石防护。可分为干砌和浆砌两种。
干砌片石护坡适用于易受水流侵蚀的土质边坡,受水流冲刷较轻、流速小于2~4m/s的河岸的坡面防护。干砌片石护坡一般分为单层铺砌和双层铺砌。为提高强度,防止水分侵入,干砌片石宜用砂浆勾缝。当水流流速较大,有漂流物冲击,宜采用浆砌片石护坡。无论是干砌片石或浆砌片石,均在片石下设置碎石或砂砾混合物垫层,起整平作用。
(2)抹面或勾缝
抹面适用于易风化软质岩石挖方边坡。一般选用炉渣灰浆、石灰炉渣三合土等复合材料。
勾缝适用于质地坚硬,节理裂缝多的岩石边坡。
2 冲刷防护
用于防护水流对路基的冲刷,分为直接防护和间接防护两种。直接防护有植物防护、铺石、抛石、石笼等。间接防护主要指设置导治结构物,如丁坝、防洪堤、拦水坝等,必要时进行疏导河床、改变河道,以改变流水方向,减缓水流对路基的破坏作用。
2.1 直接防护
直接防护是在稳定的边坡上直接加固的一种措施,特点是不干扰原来的水流性质。当水流流速为3.0~5.0m/s时,宜采用抛石防护;流速大于5.0m/s时,则改用石笼防护或侵水挡土墙。
(1)抛石防护为防止河岸或构造物受力流冲刷而抛填较大石块的防护措施称为抛石防护。在流速大、水深波浪大的路段,应采用粒径较大的石块。抛石垛的边坡坡度不应陡于抛石侵水后的天然休止角(1.25~1.3),最小石料粒径应大于0.3m。抛石顶宽,不应小于所用最小石料粒径的两倍。
(2)石笼防护石笼防护是指为防止河岸或构造物受水流冲刷而设置的装填石块的笼子。在一般河段,常用镀锌铁丝、高强度聚合物土工格栅或竹木石笼;在急流滚石河段,可在铁丝笼内灌注小石子水泥砼。用于防止冲刷掏底时,一般在河床上将石笼平铺并与坡脚垂直;若用于防护岸坡或坡脚时,则用垒码形式。但岸坡较缓时,也可平铺与坡面,定于基底。
2.2 间接防护
常用的间接防护类型有导流坝、防护林带及改河道等。导流结构物一般有丁坝、顺坝、格坝及必要的改河道工程。丁坝适用于宽浅变迁性河段,一般采用铁丝笼或相互铰接的预制砼等柔性结构物。丁坝可由乱石堆砌而成,其横断面为梯形,坝身顶宽2~3m,坝头顶宽3~4m,迎面边坡为1:2~1:3,背面边坡为1:1.5~1:2,丁坝要求设置多个形成坝群。
顺坝指坝轴线基本沿导流线边缘布置,使水流较顺缓地改变流向,起疏导水流作用。一般采用石砌或砼结构,横断面为梯形,坝顶宽度应根据稳定性计算确定。
当顺坝较长,且距离河岸间距较大时,为防止流水冲走沉积的泥沙,使坝体与河岸相连,在河岸和顺坝之间设置一道或几道横坝,形成格坝。改移河道可以将直接冲刷到路基上的水引离路基。
3 地基加固
在土木工程中,地基加固极为重要。软土地基主要指天然含水量过大,涨缩性高,具有湿陷性,承载力低,在荷载作用下容易产生滑动或固结沉降的土质地基。路基直接填筑在这种地基上,往往会因地基承载力不足,或在自然因素作用下产生过大的变形,导致路基产生各种破坏。因此有必要采取措施对湿软地基加以加固。加固的关键是治水和固结。
3.1换填土层法
换填土层法是采用人工、机械或爆破等方法,将基底一定深度及范围的软土层挖除,换填强度较大、稳定性好的碎石、素土、灰土、粉煤灰等材料回填,并分层压实至要求的密实度。如当地石料丰富,亦直接在路基基底投放片石,挤出基底范围内的软土层,以提高路基强度,这种方法称为抛石挤淤法。换填砂垫层,可起到加速软弱土层排水固结,提高承载力,减少沉降量。换填土法的优点是:无需特殊的机械设备、施工工艺简单,容易控制,其质量检验可随施工分层进行,既能缩短工期,又能降低造价,对局部地基处理效果尤为明显。它还是一种能适应地基土性质的地基处理方法。该方法主要适用于淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土地基以及暗沟、暗塘等的浅层处理。
3.2 强夯法
强夯法一般是通过 8~30t 的重锤采用 8~20m 的落距,对地基施加强大的冲击能,在地基中形成冲击波和动应力,通过压密和振密来加固地基土,达到提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性的目的。从其效果来看,主要有以下几个方面,一是可提高地基承载力,经过强夯加固处理后,地基承载力通常可提高力学特性产生明显有规律的影响。实测资料表明,夯实土层的物性指标都有明显的改善。强夯的直观效果是使一定深度内的土层夯实。
3.3 排水固结法
排水固结法是在湿软地基中设置垂直排水井,缩短排水距离,运用堆载预压,挤出土中过多含水量,加速土体固结,达到挤紧土粒,提高土体的抗剪强度。因此,该法适用于含水量过大,土层较厚的软弱地基。按垂直排水井材料的不同,可分为砂井法和排水板法。
(1)砂井法用锤击、振动、螺钻等方法成孔,在孔内灌入中、粗砂而成的排水柱体。砂井表面铺设砂垫层或砂沟。就路基而言,加载工作由直接填土取代。填土速度根据施工工期、地基强度增加情况分级填筑,以每昼夜地面沉降量不超过1.5cm坡脚侧向位移不超过0.5cm来控制。砂井直径多为30~40cm,间距2~4cm,平面上呈三角形布置;其深度要穿越地基可能的滑动面。
(2)排水板法用纸板、纤维、塑料或绳子代替砂井的砂做成排水井。其原理和方法完全与砂井排水法一致。目前基本上以带沟槽的塑料芯板作为排水板,因此,又称塑料板法。
关键词:加固 施工组织
1、加固方法:
1)、将该层剔除至结构层,而后对所有结构裂缝进行修补(灌缝胶补强),对于通缝,可以采用封底胶封底后进行灌缝胶补强;
2)、对结构承载负弯矩集中区域按通长方向进行粘碳纤维加固(一层),具体范围见后附平面图;将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强片材(单向连续纤维片);用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上,形成一个新的复合体,使增强贴片与原有钢筋混凝同受力,增大结构的抗拉或抗剪能力,提高强度、刚度、抗裂性和结构的延性。
2、施工准备:
2.1、材料准备:砂子(中砂)、石子(5~32)、碳纤维采用日本东丽UT70-30,粘碳配套胶(底胶、浸渍胶、找平胶分别采用中国建科院MSP、MSE、MSR系列),裂缝灌缝胶、封底胶采用中国建科院CABR建筑灌缝胶
2.2、机具准备:角磨机、钢刷、电铲、起泡器、日本小西KONYBOND裂缝注射修补工法配套器具(如后附彩页),铁抹子、手推车、铁锹
2.3 、技术准备:根据平面图,提前在现场放线,接通水、电。
3、主要施工方法及步骤
3.1、原梁面剔凿:用角磨机按放线范围,切至楼板结构面,然后用电铲将此范围内的楼板面层用电铲铲除,砼碎块垃圾用垃圾袋装袋后,用手推车清运出现场。
3.2、裂缝补强:
1)裂缝内部结构的调查:查明裂缝的宽度、深度、长度,根据裂缝宽度确定适当粘度的环氧树脂规格,估算出环氧树脂、密封膏和注射器的用量。
2) 基面处理:用金属刷子或砂轮整平裂缝表面,清除灰尘和油污等脏物。
3) 安装固定BC基座:每米裂缝安装5个注射器,即每米5个注射器,在裂缝上标出注射点位置。在做好标记的注射点安装BC基座,安装基座使用H-S密封膏,涂布注意的是BC 基座的这些要对准裂缝的这些位置,以便环氧树脂容易进入裂缝内部。
4) 密封膏封好裂缝:用密封膏将裂缝表面密封好,防止环氧树脂外流。在注射工作开始前要再次核查裂缝基基座的周围都已经密封好。
5)混合环氧树脂 : 将环氧树脂主剂和固化剂按特定的比例混合均匀,一次混合的树脂数量相当于1小时的用量为宜。用注射器抽取混合均匀的环氧树脂,抽取完毕后,将注射器的自动条卡住活塞的卡口,防止活塞活动,以免将环氧树脂挤出。
6)注射环氧树脂 :将装在环氧树脂的注射器安装BC基座上,然后根据不同的压力
要求装上所需数量的橡皮筋。所有注射器和橡皮筋安装完毕后,将注射器的活塞按顺时针方向旋转,直到制动条卡口中脱开,注射器在橡皮筋的压力下开始自动条匀速地注射工作。当注射器中环氧树脂已经注射完毕,请立即取下空注射器,重新换上另一个装有环氧树脂地注射器,继续注射工作。为了确保所有裂缝完毕灌满,所有空注射器都要新抽取环氧树脂,继续注射。
7) 固化养护 :在注射器静止24小时后,拆下注射器和BC基座。将H-S密封膏整条撕下并将对其用砂轮磨平。
4、碳纤维加固:对所有负弯矩承载集中区进行碳纤维加固,按所附平面图范围进行粘贴。具体方法如下:
4.1.1、胶粘剂的配置 :
1)、将原材料按不同配合比称量准确,分别配置底涂胶料、整平胶料及粘结胶料。先将稀释剂加入聚合物主料内搅拌均匀,再将填料加入继续搅拌至均匀,最后加入固化剂,充分搅拌后即可使用。
2)、 配置胶料时应注意以下事项:底涂胶料每次配置量以1-2公斤为宜;整平胶料每次配置量以0.5-1公斤为宜;粘结胶料每次配置量以1-2公斤为宜。
3)、所有胶料要求于1小时内施工完毕。
4.1.2、基底处理
1)、混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除,对于较大面积的劣质层,在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
2)、裂缝部位,如有必要应先进行封闭处理。
3)、用混凝土角磨机、砂轮(砂纸)等工具,去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质,构件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸出部位要磨平,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R³ 10mm)。
4)、用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。使用中国建科院研制生产EC高强度聚合物砂浆修补表面凹陷底部分。
4.1.3、涂底胶
1)、按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中,用搅拌器搅拌均匀,根据现场实际气温决定用量,并严格控制使用时间。
2)、用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面,厚度不超过0.4mm,并不得漏刷或有流淌、气泡,等胶固化后(固化时间视现场气温而定,以手指触感干燥为宜,一般不小于2小时),再进行下一道工序。
4.1.4、用整平胶料找平
1)、混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮整平胶料修补填平,模板接头等出现高度差的部位应用整平胶料填补,尽量减少高差。
2)、转角的处理,应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧,半径不小于10mm。
3)、整平胶料须固化后(固化时间视现场气温而定,以手指触感干燥为宜,一般不小于2小时),方可再进行下一道工序。
4.1.5、粘贴碳纤维布
1)、按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布,除非特殊要求,碳纤维布长度应在3m以内。
2)、配置、搅拌粘贴胶料,然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位,在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。
3)、用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面,以去除气泡,使碳纤维布充分浸润胶料。
多层粘贴应重复以上步骤,待纤维表面指触感干燥为宜,方可进行下一层碳纤维布的粘贴。
4)、在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。
4.4、地面恢复:因原地面未配筋,所以用人工搅拌1:2水泥砂浆(掺5%107胶,为保持新旧砼接缝处结合好,掺用UEA膨胀剂)即可,地面面层用铁抹压光恢复。
5、质量保证措施:
1)、对于砼工程,应振捣密实,面层平整,砂浆拌制严格按照设计配比,杜绝偷工减料现象发生。
2)、碳纤维粘贴工程:碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm。粘贴碳纤维布应尽量避开障碍物,如遇无法清除的障碍物而需截断时,在截断部位要予以适当处理,具体措施应视不同情况而定。
3)、碳纤维材料方面的可靠保证
碳纤维片具有极佳的力学性能,是与它自身的材质属性、成片加工工艺密不可分的。目前,国产碳纤维片与进口碳纤维片之间从质量、性能及生产工艺上,都存在着较大的差异,具体表现为:
(1)材料的匀质性:碳纤维束只有分布排列均匀,加工成片后才能起到整体均匀受力的作用;若才只得匀质性不好,则构件受力后导致纤维片局部受力不均,使碳纤维补强的效果不能充分发挥出来。因此,材料的匀质性问题,是目前国产碳纤维片提高质量所待解决的关键性问题。
(2)碳纤维片中预浸树脂的含量:我们用于结构补强的碳纤维片是含有预浸树脂的。其作用是使纤维之间相互约束、相互粘结成为共同受力的整体,但其含量过多、浸渍过厚,却无益于修复、补强。因为碳纤维补强混凝土结构是靠上涂及下涂环氧树脂对碳纤维片的反复渗透来完成的。如果纤维片中预浸树脂的含量过多,则粘贴碳纤维片时树脂的渗透效果就比较差,直接影响施工质量。目前国产材料在控制低预浸树脂含量方面与国外产品相比仍有较大差距。
(3)碳纤维的段丝率:由于纤维丝很细,只有7μm,极易出现段丝。因此,尽可能地减少纤维丝的断裂,确保纤维片的连续性与整体性,是确保最终补强效果的一个重要参数。这也是国产材料需要解决的一个大问题。国产原丝的杂质多,是导致碳纤维强度不高的主要原因之一(间下表)。
国内外碳纤维中金属杂质含量比较
(引自[高科技纤维与应用]杂志2001年第2期)(单位:10-6)
生产厂
Na
K
Ca
Mg
Fe
小 计
日本T300 10-15
1-15
10
2
1-5
24-27
日本T700
7.4
1.0
24.6
3.8
23.5 60.3
日本T800
10.1
3.5
18.5
3.4
35.5
国内甲厂
14
26
24
11
53
128
国内乙厂
95
22
105
17
101
340
(注:T300为文献值,其它为实测值)
为确保碳纤维片修复补强混凝土结构的质量,本公司使用的碳纤维片是性能质量优异的日本东丽公司的产品。
6、安全施工及场容:
1)、裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源,尤其是高压电线及输电线路。
2)、碳纤维布的配套用胶要远离火源,避免阳光直接照射。
3)、现场施工人员应穿工作服,同时还须佩戴口罩和手套,施工人员严禁在现场吸烟。
4)、配置及使用胶的场所必须保持良好的通风。
5)、施工所用砂、石子、水泥等材料堆码整齐,施工完毕后,将施工所产生的垃圾及时清运出现场,作到工完场清。
7、工程验收:
7.1、工程验收时必须有碳纤维及其配套胶料厂家所提供的材料检验证明。
7.2、 每一道工序结束后均应按工艺要求进行检验,作好相关的验收记录,如出现质量问题,应立即返工。
关键词:混凝土结构工程加固施工方案
中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:
混凝土构筑物因出现功能性改变,如接建、增加荷载等,或出现质量问题,如配筋不足、灾后修补、混凝土强度不够等,都需要进行加固。其加固施工及加固方案的制定尤为重要,对于需要加固的构筑物,应根据构筑物的不同情况制订不同的加固方案。方案的确定要遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则,只有这样,加固工程才能收到良好的社会效益和经济效益。优秀的加固方案具体体现在其施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等4方面的特点。
一、良好的施工性是加固工程方案必须考虑的条件之一
加固工程方案的优劣,首先要把是否具有施工作业方便作为必要条件,没有良好的施工性是阻碍加固工程施工的一个拦路虎。有的加固方案虽然具有解决问题的可行性,但是,由于其方案在施工过程中增加了一定的施工难度,而造成施工工期长、劳动用工大、安全系数低的弊端,结果是将影响到加固质量。
二、不同类型加固工程与加固方案分析
一般来说,加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法等,随着科学技术的不断进步,应用新技术、新材料、新工艺进行工程加固的方法,如,化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运而生,并开始广泛应用于各类加固工程中。具体那个方案最能体现加固工程所要求的短、平、快、省的特点,应根据需要加固的构件情况,综合确定加固方案。
1.以框架梁的加固为例,笔者认为,较为合理、经济、技术先进的加固方案当属粘钢锚固法和碳纤维加固法,前者以造价低,施工简单,占用空间小,加固效果好,明显优于加大截面法和预应力加固法,后者除材料费用高外,则各种优势尽显其中,重要表现在自重轻,材料自身几乎不增加重量;强度高,固化后的碳纤维强度比钢材高达十几倍;劳动强度小,一个作业面只需一至两人操作即可;施工工期短,熟练工人每人每天可完成近200mz左右。但是,应用其在负弯矩部位进行加固效果不如钢板I生能好。
2.以框架柱的加固为例,较为常见的加固方法有外包钢加固法,即,在混凝土柱四周包以型钢进行加固,这样既不增大混凝土截面尺寸,又可大幅度地提高混凝土柱的承载力,具体方法又
分干法作业与湿作业法两种形式:干式加固法是将型钢(一般是角钢)直接外包于需要加固的混凝土柱四周,型钢与混凝土之间无连接,由于与混凝土没有形成一个整体,所以不能确保结合面传递剪力。湿式加固法一是用乳胶水泥浆或环氧树脂化学灌浆等材料,将角钢粘贴在混凝土柱上,二是角钢与混凝土之间留一定间距,中间浇筑混凝土,达到外包钢材与混凝土相结合。两种作业方法相比较,干式作业法施工更为简单、价格低、施工时间短,但其承载力提高不如湿式作业法好。在方案选择时,应根据加固要求和原构件情况,合理挑选适当的方案进行加固。另外,对于加固工程,还有焊接补筋加固法、套箍加固法、喷射混凝土补强法、化学灌浆修补法、粘钢加固法、碳纤维加固法等,每种加固方法各有其特点及适应范围,只要行之有效,技术成熟,既满足加固要求,又经济实用,均可采用。
三、加固工程方案要在新技术、新材料、新工艺上做文章
优秀的加固工程方案要在工法上体现出其可行性、科学性、先进性。笔者认为,化学补强法不失为当前加固工程中首选的一种最为先进的工法。众所周知,一些加固工程采用过时的加固方法需要大量的人力、物力和时问,已不能满足当前加固工程质量、工期、安全、经济的要求,而化学补强加固方法越来越以其明显的优势成为加固工程中的优选方案,充分显示出新技术、新材料、新工艺在加固工程中的应用成果。在化学补强方法中,除粘钢加固外,碳纤维加固工艺也不失为一种先进的加固工法。例如,某开发公司地下室梁柱加固、某水厂水泵房大梁加固工程,由于环境湿度较大,最适于采用碳纤维加固,与其他加固工艺相比,更具有耐湿耐潮、抗腐蚀强、自重轻、强度高、施工便捷、质量好的特点,加固性能均优于目前其他加固方法。可见,选择加固工程方案要有针对性,不同的加固工程应采取相应的加固措施,其方案需要在进行价格比、性能比、质量比的同时,还要体现出其工艺技术的科学性和先进性,这样的加固方案才是优秀的加固方案。
四、几种典型加固方法的工程施工要求
工程加固的目的就是要通过加固施工达到修复、补强、提高承载力、增强使用功能、满足使用要求,因此,选择加固方案要以提高加固工程质量为根本目的。对于不同的加固方案也有不同的施工方法和质量评定标准。根据《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)中几种典型的加固方法,依照施工经验,不同的加固方法在施工时应重点做到:
1.外包钢加固法。要把表面处理包括加固结合面和钢板贴合面处理作为加固施工过程中的关键,对于干式加固施工,为了使角钢能紧贴构件表面,混凝土表面必须打磨平整,无杂物和尘土;当采用湿式加固施工时,应先在处理好的角钢及混凝土表面抹上乳胶水泥浆或配制环氧树脂化学灌浆料,对钢板进行除锈,混凝土进行除尘并用丙酮或二甲苯清洗钢板及混凝土表面,进行粘、灌。
2.预应力加固法。采用预应力拉杆加固时,在安装前必须对拉杆事先进行调直校整,拉杆尺寸和安装位置必须准确,张拉前应对焊接接头、螺杆、螺帽质量进行检验,保证拉杆传力正确可
靠,避免张拉过程中断裂或滑动,造成安全和质量事故;采用预应力撑杆加固时,要注意撑杆末端处角钢(及其垫板)与混凝土构件之间的嵌入深度传力焊缝的质量检验,检验合格后,将撑杆两端用螺栓临时固定,然后用环氧砂浆或高强度水泥砂浆进行填灌,加固的压杆肢、连接板、缀板和拉紧螺栓等均应涂防锈漆进行防腐。
3.改变结构传力途径加固法。增设支点若采用湿式连接,在接点处梁及支柱与后浇混凝土的接触面,应进行凿毛,清除浮渣,洒水湿润,一般以微膨胀混凝土浇筑为宜。若采用型钢套箍
干式连接,型钢套箍与梁接触面间应用水泥砂浆坐浆,待型钢套箍与支柱焊牢后,再用较干硬砂浆将全部接触缝隙塞紧填实;对于楔块顶升法,顶升完毕后,应将所有楔块焊连,再用环氧砂浆封闭。
4.混凝土构件外部粘钢加固法。此法施工较为简单,但首先需要着重注意混凝土和钢板的表面处理,对于旧、脏严重的混凝土构件的黏合面,应先用硬毛刷沾高效洗涤剂,刷除表面油垢污
物后用水冲洗,再对黏合面进行打磨,除去2ram~3ram厚表层,露出新面和平整,将粉尘清除干净;对于混凝土表面较好的,则可直接对黏合面进行打磨,去掉lmm一2rnm厚表层,使之平整,
清去粉尘,再用丙酮擦拭表面即可;钢板表面处理应根据其绣蚀情况,可用喷砂、砂布、砂轮机打磨,使钢板出现金属光泽,打磨纹路尽量与受力方向垂直,然后用丙酮擦拭干净。其次要注意对胶粘剂的选择,目前国内市场建筑结构胶粘剂鱼龙混杂,对胶粘剂的选择一定要慎重。第三要注意在配胶、粘贴过程中的细节,胶粘剂要严格按照说明书要求的比例配制,尤其是要掌握好固化剂的用量,搅拌要均匀,同时在粘贴时要保证粘贴面的饱满、密实。最后,要注意在固化阶段不能对钢板有任何扰动。
关键词:堤坝防渗加固技术;含义和要点;设计方法与内容
1堤坝防渗加固技术含义和要点
防渗加固工程的主要工作是渗流控制,渗流控制是指控制堤身和堤基内的渗流状况都在允许的范围内,不会发生渗流破坏的情况从而保证大堤的安全。一般情况下渗流控制的原则都依照“前堵后排和保护渗流出口”。堤坝渗流险情形式不仅包含堤身的散浸、渗水、脱坡、漏洞和跌窝,而且包括堤基的管涌、泡泉、泉眼、隆起和沙沸等。渗流控制措施的形式不仅包含铺盖、防渗斜墙、垂直防渗墙和锥探灌浆而且包括盖重、淤背、填塘、减压井、减压沟和滤层等。一般情况下堤坝防渗工程应当遵循以下4个要求:第一,应当保证防渗工程施工安全,避免出现施工危险事故。第二,堤坝防渗工程,应当根据实际施工现场的不同而采用不同的防渗技术。第三,堤坝防汛工程要尽量降低对水环境的影响作用。第四,建议使用技术更先进,工艺更精湛和材料更多元的设备,保证施工质量。总结来说堤坝防渗加固工程应当根据不同的地质状况采用不同的防渗技术争取做到因地制宜。并且堤坝防渗加固工程应当充分考量各种因素,制作出最恰当的施工方案。比如施工人员要考虑当地区域的地质条件,根据地质条件来确定堤坝防渗等级和防洪标准。再比如施工人员还要考虑当地区域的农作物耕种情况,坚持在保护耕地的前提下有效开展堤坝防渗加固工程。
2堤防概况、特点及险情
我们以长江为例介绍堤防概况及具体渗流险情情况,长江中下游的防洪体系是以堤防为基础,把三峡工程作为防洪骨干,以干流支流的水库、蓄滞洪区和河道整治相配套,同时防洪体系也结合封山植树和退耕还林等非工程措施来与防洪工程相结合形成完整防洪体系。我国长江中下游堤防总长超3万千米,长江干流堤防约4000公里。其中以武汉和荆江大堤为代表的一级堤防约600公里,以同马、黄广和荆南长江干堤为代表的二级堤防长度约2500公里,三四级堤防长度约500公里。长江中下游堤防保护了我国长江两岸13万平方公里的土地、9000多万亩的耕地、将近1亿的人口以及重要的工业和交通运输。以2019年7月江西大范围降雨为例,此次降雨造成了江西省总共70多处提防险情,其中有两处较大的地方,险情分别是乐丰联玗珠湖段发生管涌、魁杨联玗乐港镇段发生渗漏即内坡堤脚渗水。长江堤防险情主要包括渗透、崩岸和漫顶,我们统计了2018年长江中下游堤防工程险情,详细如表1所示。从表1可以得知2018年长江中下游的堤防工程险情大多数集中在渗流险情,因此堤坝防渗工作需要不断开展,堤坝防渗加固技术需要不断更新且提高其应用效果。
3防渗加固技术设计方法
全世界水利工程建设中防渗墙通常情况下是被用到水库大坝修建中,因为该工程耗时长花费金额较高,所以该工程也仅应用在水库工程。但是随着近些年施工技术和施工效率的提高,防渗墙的造价也逐步降低,防渗墙也被引入到河道堤坝防渗工程中,这让堤防工程的质量提升了好几个档次。其次便是吹填、减压井和锥探灌浆等,接下来重点介绍垂直薄防渗墙和吹填设计。
3.1垂直薄防渗墙
垂直薄防渗墙是当今防渗处理中,使用次数最多的措施。但在应用该技术之前,首先要明确墙体的厚度、深度和材料。垂直薄防晒墙的墙体厚度要根据实际工程不同而计算出相对应的墙体厚度,并且也要充分考虑施工设备以及工艺水平。垂直薄防晒墙的深度根据地层结构而异,隐蔽工程中半封闭防晒墙应用最多且效果好,并且对地下水环境影响一般不会产生太大的影响,因为它在多层地基中截断了上部透水层并达到了中部相对弱透水层,所以对地下水环境一般不会有太大的影响。垂直薄防渗墙的墙体材料主要包含两类,第一类是传统材料比如水泥土、水泥砂浆和塑性混凝土。第二类是新型材料比如一些特殊性质的柔性材料,这类新型材料采用更加先进的纳米技术,其渗透能力和抗压抗挤能力比传统材料更要好,但因为其造价较高所以仍然处于少量使用的阶段。无论是使用传统材料还是属于使用新型材料,或者是两者相结合,都必须保证防渗墙的墙体材料质量合格符合施工要求。
3.2吹填盖重
吹填盖重的设计方法包括计算吹填的宽度与厚度和复耕两个方面。由于吹填盖重设计方法的工程量巨大且耕地的占压太多,所以该设计方法相较于垂直薄防渗墙应用次数较少。吹填的宽度和厚度是根据勘探得到的剖面图进行计算,以及规范推荐的透水盖重计算式,从而算出宽度和厚度值。针对复耕设计方法,为了解决吹填占地占压耕地和影响环境的问题,建议在吹填前将一定深度原耕土剥离并推铲至指定区域,待吹填至完成后,再将该土平铺其上以利于复耕。这里关键的问题是复耕土的厚度如何确定,通常以农作物的根系深度以及当地的工作条件来考虑,但水稻田不太一样,一般情况来说最有效的复耕土厚为四十厘米到五十厘米。
4堤坝防渗加固技术设计内容
4.1传统施工技术
4.1.1开槽转化法开槽转化法是修建堤坝防渗加固工程里面的堤防渗墙中主要应用的方法,开槽转化法中的开槽设备,不仅包含常用的锯槽法,而且还包含抓斗法、涉水法以及气举反循环法。一般情况下施工人员会根据施工区域特点采用合适的堤坝防渗加固施工技术。第一,抓斗法。抓斗的斗体分两种,第一种是液压式抓斗第二种是机械式抓斗。两种抓斗斗体适合两类不同的施工区域地质条件,比如施工现场有较多的卵石和软岩底层,那么就需要借助机械式抓斗设备来开展现场的施工工作。如果说施工区域现场包含较多的土层和沙地层,那么施工人员就应该利用液压式的抓斗斗体,它相较于机械式抓斗效率会更高。但无论采用哪种设备,都需要保证施工质量。第二,涉水法。涉水法是另一种主要的堤坝防渗加固施工技术,该方法的原理是借助成型器的自身重力以及泥浆的冲击力来将地下土层结构破坏,经过反复的上下循环并借助成型器不断修整槽型最终完成整体的施工作业过程。该方法同抓斗法都是比较常用的堤坝防渗加固施工技术,但是这两种方法也有一定的缺陷,所以应该根据实际现场的施工需要采用不同的方法。第三,锯槽法。锯槽法与涉水法的工作方法和原理基本一致,但是该方法工作效率较低,施工效果和施工质量相较于以前两种方式处于劣势。因此在正常的施工过程中,除了为连续开槽加快施工进度以外该方法一般很少应用在堤坝防渗加固工程。如果施工人员在利用锯槽法开展防渗墙建设时,一旦遇到沙卵石层那么锯槽法将很难正常应用。第四,气举反循环法。气举反循环相较于以上三种方法来说,既具备以上三种方法的优势又能够成功规避以上三种方法的缺点,所以气举反循环是目前我国乃至全世界大部分水利工程施工中堤坝防渗加固的主要技术选择方式,它不但工作效率快而且工作质量高成本也不很高,所以该方法成为近年来国内和国际工程中的潮流。
4.1.2深层搅拌法目前在世界上的大部分水利工程堤坝防渗加固技术中,深层搅拌法应用次数并不多,因为其本身有一些固有的障碍和缺点影响了该方法的广泛推广。比如深层搅拌法不适合深度过高的防渗墙工程中,另外由于该方法下只有一套设计体系,所以就容易给后期的质量验收和质量评价带来麻烦,施工过程中现场施工人员无法通过深层搅拌法来进行更灵活的技术运用,所以该方法在实际施工过程中采用的次数并不多。
4.1.3震动挤压法振动挤压法是传统的堤坝防渗加固技术,但该方法随着设备技术以及施工效率的提高而逐渐被施工团队所抛弃,该方法的工作原理就是将板桩或木板挤压到土体中然后再用力拔起中间形成的空间后把浆体注入到里面,从而形成防渗墙,但是该种方法工作效率比较低,并且对现场土质的要求比较高,所以这种方法的应用范围比较窄,除极特殊情况下该方法才会被施工人员进行采用。
4.2新型施工方法
4.2.1铰链砼沉排脚链砼沉排在所有的新型堤坝防渗加固技术中属于应用次数最多,施工团队最愿意使用的施工技术方法,因为该方法将柔韧性和整体性有效地结合起来,能够适合任意形状的河床,不会因为河床过度不规则而无法开展施工,所以该方法基本上是大部分防渗加固工程技术的首选。该方法解放了大量的劳动力提高了施工效率,为世界各地的堤坝防渗加固工程做出了突出的贡献。
关键词:桥梁加固;放线;钻孔;浇注;安全;质量
一、前言
目前,社会主义建设如火如荼,桥梁建设更是以一个前所未有的速度在飞速发展,伴随着桥梁数量的增多,我国危桥、险桥的数量也在急剧的增多,有相当多的桥梁已经到了非加固不可的地步了,研究总结桥梁工程的加固技术,确保加固质量与施工过程的安全,对于桥梁加固工程施工具有普遍的指导意义。
二、现状分析
(一)加固桥梁工程由于受原有结构的影响,施工设施、作业环境、作业空间均受到限制,如梁体内所有的施工物资设备均需人工搬进搬出,机械设备基本无法使用,安全状态更加不宜控制。
(二)加固部分与原有结构共同作用,因此不仅要保证加固部分的施工质量,还要同时保证原有结构不被破坏。
(三)腹板加固为加固工程的关键施工工序,腹板加固采用在原来箱梁内侧加浇20cm厚的混凝土,并在加固腹板内施加竖向预应力。竖向预应力采用直径为25mm的冷拉级Ⅳ钢筋,标准强度Rby=750Mpa,张拉控制力331KN,采用无粘结方式、轧丝锚体系。
三、施工前的准备
(一)电力线路。在箱内铺设380V动力线路一条,220V照明线路一条,且每4m设照明灯一盏,每16m设简易活动配电盘一个(插座若干)。照明及动力线路均采用膨胀螺栓固定在梁体顶板下缘(桥中心处),防止地面潮湿漏电。
(二)疏通,清理:疏通原箱内通风孔及泄水孔,不通处采用钻机成孔或人工凿通保持箱内与箱外正常通风,箱内不产生积水。清除箱内混凝土残渣及其它杂物。
(三)通风,在箱内安装4台排风设施,保持箱内空气流通,正常换气,使箱内作业人员有一个良好的工作环境。
(四)通道,在0号、5号墩T梁侧拼装3m×21m×15m进人进料支架。
(五)设施:梁体外侧需安装施工吊兰五只。
四、施工方案
(一)裂纹修补
首先对大于0.02mm的裂纹进行标识,沿裂纹方向切“V”型槽,宽2cm,深1cm.埋设压浆咀,强度达到要求后,压注环氧树脂。待环氧树脂凝固后,去除环氧胶泥,抽检压浆饱满情况。
(二)施工放样
1.因本加固工程为在既有结构物上进行加固,考虑施工中的误差,为保证不损伤原主梁预应力筋,且达到加固效果,施工放样宜采取相对平面控制为主。
2.根据原主梁悬浇施工的特点:梁体的外轮廓尺寸、预应力束定位、钢筋及预埋件位置均以与底板底面相对位置控制,故本加固工程以原各施节段前端底板底面分中点连线为桥中心控制线。
3.本桥里程控制点以5号墩中心为基准点,传至0号墩中心闭合平差后作为全桥相对里程控制点(在允许闭合差内方可作为放样依据)。
4.腹板扦钉孔高程控制按设计图要求控制与主梁顶板底面倒角处相对尺寸。
5.横隔梁水平孔放样时横桥向尺寸以实测桥中线尺寸为基准放样,高程以梁体顶桥底面为基准面控制相对位置,辅以至梁底板底面距离校核(确认避开横梁内预应力束)。
(三)钻孔
1.腹板加固φ27mm扦钉孔采用冲击钻电锤成孔,钻头直径为φ27mm。全桥共计钻φ27孔43262个。设计钻孔深度15cm,考虑到钻头锥度,成孔时钻尖深度应不小于15.5cm。钻孔时采取措施控制深度,不得损伤预应力筋。待孔内干燥后,植入φ16mm“L”型扦钉,用环氧胶泥填充密实。
2.竖向预应力孔施钻避碰原有预应力措施:竖向预应力筋孔(φ40mm)、混凝土灌注孔(φ82mm)、振捣孔(φ56mm)均采用130型金刚取芯机成孔,钻头直径分别为φ40mm、φ82mm、φ56mm。全桥腹板加固共需钻φ40m孔1840个,φ56mm孔432个,φ82mm孔392个,原结构主梁为三向预应力体系,预应力束(筋)布置较密,钻孔均在预应力束间隙内进行,即使放样施工位置准确,原桥本身预应力安装也存在偏差。特别是在墩中心0号块内纵向预应力束中心距为200mm,原预应力束采用φ外85mm波纹管,φ82mm混凝土灌注孔与原预应力束理论间隙仅16mm,对放样及施工要求尤为严格。因此在钻孔过程中根据实际情况进行调整显得极为重要。
因主梁原预应力束过于密集,要求钻孔精度很高,为保证钻孔时不钻断预应力束,钻孔均采用熟练工人操作,正式开钻前先组织工人试钻,并给工人讲解原预应力束的位置,做到心中有数。同时加强工人对钻机性能知识的培训,加强工人对钻机定位方法的培训,加强工人对钻机给尺进尺的培训。
钻孔时当钻机钻深在9-23cm时应注意力集中,注意手感和听觉,发现卡钻或钻机晃动时,及时停机察明原因;应及时取芯观测钻孔的实际情况。
孔位调整:根据已钻孔位的具体情况,及时调整相邻钻孔孔位的位置,从而准确判断梁体内预应力的实际位置,在现场施工中应用效果较好。
钻孔顺序:为上下游交错进行。
(四)新老混凝土结合措施
1.在原有结构上加浇新混凝土,如何保证结合面的传力是关键,为此采用新老混凝土结合面凿毛,且每隔一定距离植扦钉的方法。
2.为保证后浇混与原腹板很好地结合,以达到共同受力,原腹板内侧及加厚腹板范围内的上下倒角混面要凿毛,凿毛时须首先去除有碍新老混凝土结合的杂物,凿除裂缝压浆时封闭的表面环氧胶泥,拆除压浆咀,剥除封闭胶带,最后对原混凝土面进行凿毛,凿毛率要求达到95%。灌注前应将结合面上灰尘及杂质清理干净,并用水冲洗风干。
3.加强新老混凝土结合的另一措施是植扦钉
腹板上布置有梅花型扦钉,间距约为30cm,扦钉为L型;与外侧箍筋焊连,上下倒角布置扦钉,间距约为20cm,扦钉为直筋,要求与外侧箍筋焊连;加固腹板端部布置扦钉间距为20cm,扦钉为L型,要求与加固腹板外侧水平筋焊连。扦钉采用φ16mm钢筋弯制,植入所钻φ27mm的扦钉中,植入深度为15cm,用环氧胶泥锚固。
(五)混凝土的浇注及养生
模板采用新制钢模板,宽60cm,最大高度不超过200cm,以便于人工搬动,安装检查合格后方可进行混凝土的浇注。腹板加固采用50#微膨胀混凝土,混凝土配合比由试验室根据设计要求和施工需要进行配制,混凝土入模陷度控制在12cm~14cm,初凝时间为10h,掺微膨胀水泥以补偿混凝土的收缩,防止产生收缩裂纹。
由于腹板加厚部分除顶板下灰孔及振捣孔外全封闭,混凝土入模全部靠人工从56mm下灰孔中捣入。混凝土连续养护14天,混凝土开始灌注时应采取封桥措施禁止一切车辆通行
(六)张拉
梁体内外侧的裂纹全部修补压浆完毕后,方可进行张拉作业,腹板加固竖向预应力为φ25mm冷拉IV级无粘结钢筋,端锚固在梁底板底面,上端锚固在梁顶板顶面。