修复加固技术（精选九篇）
修复加固技术 篇1
1 钢结构连接和节点加固技术
构件截面的补增或局部构件的替换,都需要适当的连接,补强的杆件必须通过节点加固才能参与原结构工作,破坏了的节点需要加固。因此钢结构加固工作中连接和节点加固占有重要位置。
1.1 钢结构加固的连接方式
与钢结构建造一样,加固连接有铆接、螺栓连接和焊接方式,加固连接方式选用必须满足既不破坏原结构功能,又能参与工作的要求。铆接连接的刚度最小(普通螺栓连接除外),焊接连接刚度最大,整体性好,高强螺栓连接介于两者之间。由于加固结构的各种制约因素,采用何种连接方式存在可能性问题。由于施工繁杂,目前铆接已渐淘汰,加固现场施工焊接最方便,但焊接对钢材材性要求最高,在原结构资料不全、材性不明的情况下,用焊接加固必须取材样复验,以保证可焊性。
1)原铆接连接的加固
铆接连接节点不宜采用焊接加固,因焊接的热过程,将使附近铆钉松动,工作性能恶化,又由于焊接连接比铆接刚度大,二者受力不协调,而且往往被铆接钢材可焊性较差,易产生微裂缝。
铆接连接仍可用铆钉连接加固或更换铆钉,但铆接施工繁杂,且会导致相邻完好铆钉受力性能变弱(因新加铆钉紧压程度太强,影响到邻近完好铆钉),削弱的结果有可能导致将原有铆钉全部换掉。
铆接连接加固的最好方式是采用高强螺栓,它不仅简化施工,且高强螺栓工作性能比铆钉可靠得多,还能提高连接刚度和疲劳强度。
2)原高强螺栓连接的加固
原高强螺栓连接节点,仍用高强螺栓加固;个别情况可同时使用高强螺栓和焊缝来加固,但要注意螺栓的布置位置,使二者变形协同。
3)原焊接连接的加固
焊接连接的加固,仍可用焊接。焊接加固方式有2种:一是加大焊缝高度(堆焊),为了确保安全,焊条直径不宜大于4 mm,电流不宜大于220 A,每道焊缝的堆高不宜超过2 mm,如需加高量大,每次以2 mm为限,后一道堆焊应待前一道堆焊冷却到100 ℃以下才能施焊,这是为了使施焊过程尽量不影响原有焊缝强度;二是加长焊缝长度,在原有节点能允许增加焊缝长度时,应首先采用加长焊缝的加固连接方式,尤其在负荷条件下加固时。负荷状态下施焊加固时,焊条直径宜在4 mm以下,电流220 A以下,每一道焊缝高度不超过8 mm,宜逐次分层施焊,后道施焊应在前道焊缝冷却到100 ℃以下后再进行。
4)钢结构节点连接损伤的加固
焊接加固法是节点加固的主要方法,具体可分为下列几种:
(1)补焊短斜板法
当原腹杆的连接强度不足时,可用补焊短斜板进行加固(如图1(a))。一般要求短斜板与节点板间的焊缝强度是该短斜板与腹杆连接焊缝强度的1.5倍。
(2)加长焊缝法
当原节点没有满焊时,可以直接对原焊缝进行加长(如图1(b)所示)。
(3)增大节点板法
图1(c)所示为增大节点板加固的两种情况。新增的节点板应牢靠地焊接在原节点板上。这种方法不仅可用于原杆件节点焊缝的补强,而且还可用于新补加杆件的锚固,便于新补加的杆件与节点板的焊接。
(4)加厚原有焊缝法
当原焊缝较薄且质量较好,焊缝长度大于或等于100 mm(焊缝总长度在400 mm以上)时,可采用对原焊缝加厚的办法加固。但施焊次序必须从原焊缝受力较低的部位开始(如图1(d)所示)。
1.2 连接加固计算
1)采用铆钉加固验算
undefined
式中,undefined为铆钉连接总承载能力;undefined为连接中原有铆钉的承载能力,按规范抗剪、抗拉、抗承压计算;undefined为新增铆钉的承载能力,按规范计算;0.9为工地施工条件的折减系数;α为考虑新旧铆钉变形不协调的加固有效系数,在0.6～0.9范围内变化,一般取平均值0.75。
若式(1)求得的undefined小于undefined。则取undefined。
2)采用高强螺栓加固验算
undefined
式中,undefined为高强螺栓连接的总承载能力;undefined为连接原有高强螺栓的承载能力,按规范抗剪、抗拉、抗承压计算;undefined为新增高强螺栓的承载能力,按规范计算。
经过补强的高强螺栓连接的承载能力计算,与未经补强的连接计算完全一致。
3)采用焊缝加固验算
undefined
式中,undefined为焊缝连接的总承载能力;undefined为连接中原有焊缝的承载能力,按规范计算;undefined为补增焊缝的承载能力,按规范计算;0.9为折减系数;τ为原有焊缝加固前计算剪应力;ftw为角焊缝设计强度;β为应力分布系数,当原焊缝为侧焊缝时,β=1;当原焊缝既有侧焊缝又有端焊缝时,β=0.7。
式(3)是在试验基础上提出的经验公式,试验表明在负荷状态下,加固前原有焊缝所受实际内力几乎不重分配给新增加的焊缝,只有加固后新增加的荷载才能分配到新焊缝上。为了使新焊缝往后能多担一些荷载,采取加大焊缝长度(即刚度)处理,式(3)形式上是降低新焊缝设计强度,实际是增加焊缝长度。
2 钢结构加固项目施工部署
通过对钢梁挠度和钢柱地基基础沉降的监测,并采取必要的加固和安全措施,保证拔柱过程中的安全,确保本改建加固拆除工程施工质量达到“合格”标准,按时交付甲方使用。
改建加固拆除工程重难点分析、对策与落实。自切底螺栓成孔作业时可能会遇到原结构钢筋阻碍,影响新结构成型。控制自切底螺栓定位准确是本改建加固自切底螺栓工程质量控制重点内容之一。自切底螺栓作业之前,采用剔凿原结构混凝土保护层检测的方法,探明原结构钢筋的位置,然后再钻孔作业,以保证新结构成型质量。
原有钢梁上螺栓成孔作业比较困难,因螺栓孔需要磁力钻钻孔,要求精确较高,部分孔需要磁力钻倒置作业,且属于高空作业,定位和操作比较困难,拟采用搭设操作平台和用磁铁吸附在原钢梁下翼缘来固定磁力钻,保证成孔位置准确,大小适合,螺栓能自由穿入。
拔柱前,对原钢结构焊缝全面检测,焊缝达不到要求的,都要进行补焊,补焊对焊工水平要求很高,且补完焊缝后,经检测要达到二级标准,原有钢梁与柱节点焊接钢板加固,焊缝质量要求高,加固钢板大于8 mm的焊缝,都要求做成坡口全溶透焊缝,达到二级标准,且部分焊缝为仰焊,施工操作困难且对焊接工艺要求很高,必须选择合理的焊接顺序和焊接工艺。
施工前,应对原钢结构焊接部位焊缝质量进行超声波无损探伤检测,并对不合格的焊缝进行切割补焊,对原钢结构螺栓连接部位进行全面检查,对不合格的连接部位螺栓要予以更换,使原来钢结构的施工质量有保证。根据图纸尺寸,结合现场放样,预先制作箱型钢牛腿、自切底螺栓锚固、锚板制作安装、滑动支座的制作等。
在原钢梁与拟移除柱节点处钢梁上翼缘焊接20厚钢板腋,使与钢柱四周连接的梁都焊接成一个整体。对靠近22轴M、L轴上的KL1,在钢柱的另一侧延长KL1至混凝土柱边,翼缘与柱至少留70 mm防震缝,并把钢梁腹板与连接板做成滑动连接,避免对原有混凝土柱产生附加弯矩。箱型钢牛腿紧贴原钢梁下翼缘,与锚板焊接,并在箱型钢牛腿小口端部与原有钢梁下翼缘做成滑动连接,目的是考虑现有钢结构与原有混凝土结构连接后的抗震协调变形,避免地震发生变形破坏,滑动支座螺栓的螺帽不能拧得太紧,发生地震时能够自由滑动。在22轴与23轴之间的梁柱节点3、4加固采用钢材等强代换,对被GZ2隔开的KL1,底部翼缘在钢柱内用等厚钢板补强补齐,在底部翼缘的下部,增加3条竖向钢板肋,使GZ2两侧的两段梁焊接连成一根连续的梁,使板上的荷载通过梁传递到柱基础上。因二楼顶板的活荷载达到4 kN/m2,比下层和屋面的活荷载增加了1.5 kN/m2。为了增加安全储备系数,降低拔柱的结构安全风险,在二层顶板梁M、L轴KL1下翼缘增加2根10#槽钢,沿梁底通长布置,一端与23轴GZ1焊接,另一端距箱型钢牛腿50 mm,目的是保证钢梁与牛腿之间自由滑动不受阻碍。
施焊部位的表面应打磨,露出基层,保证焊缝质量。钢梁加固为在负荷下的焊接加固,焊接工艺很重要,既要保证加固钢板和型钢与原钢钢梁协同工作,又要防止结构变形。加固钢板的焊接一般采取“对称同时施焊和分段退焊”的措施,即先将加固钢板和型钢点焊固定于原钢梁上,分段施焊,主焊接方向由梁柱节点向外施焊。施焊时应避免焊缝与原焊缝交叉重叠,施焊部位、焊脚尺寸和焊缝长度严格按设计要求施工,不得随意增减,保证设计意图。在施工过程中,由于对原钢梁加固时,避免不了要对原有钢柱、钢梁局部切除,应按图纸位置准确定位切除的部位和切除的尺寸。切除时,氧气乙炔的火焰对保留部分钢材材质影响降低到最小。对新加固钢板厚度大于8 mm的,都采用人工坡口全溶透焊缝,焊缝质量要达到二级标准,并在加固焊接完成后,对所有新增焊缝全部做超声波无损探伤检测。
3 修复加固中需要注意的问题
进行钢结构的修复和加工比较复杂,需要精心分析,认真准备,充分考虑各种情况。在实施修复加固工程中需要注意:在进行修复加工钢结构工作时,要特别注意在临时加固或支撑时,构件上出现裂缝。如一旦发现梁柱腹板出现问题,需要马上进行止裂处理,防止裂缝的扩展和变大。由于部分构件的失效,在对相关破坏严重的钢结构修复加固前需要临时支撑防止结构的倒塌,在修复和加固过程中要有可靠的支撑。
当进行粱柱截面大范围的更换时,由于大部分的主体结构完全退出了工作,其全部的荷载都是由支撑来承担。在修复和加固的过程中对支撑的设计需要特别的注意,确保施工过程的安全以及施工质量。
4 结 论
对结构的修复和加固研究还有待进一步的研究和完善,在操作中需要我们制订周密的加固设计方案、施工细则。做到精心施工,运用专业的施工队伍、专用的施工工具进行施工,充分保障修复加固工程的质量圆满。
摘要：结构工程加固是土木工程中一个重要的研究领域,确定一种可行的、高效率的结构修复加固技术方法是实践所必需的。通过分析增加截面的加固方法、加固时原有构件中应力的限值、修复加固中需要注意的问题等方面来探讨钢结构的修复加固方法。
关键词：钢结构,修复加固,技术方法
参考文献
[1]曾志斌,史志强,史永吉.大型钢结构厚板对接焊接变形试验研究[J].中国铁道科学,2009(3).
[2]曾志长,李耀庄,唐毓.FRP复合材料及其在工程结构加固修复中的应用[J].四川建筑,2008(1).
码头修复加固施工 篇2
码头经过多年使用,由于构件处于恶劣的`氯离子侵蚀环境中,所以容易发生一些构件破损现象.本文针对福建一港区码头加固施工工程实例进行分析.对于因为腐蚀环境对构件的破坏,还有长期疲劳使用使得结构超负荷运用,而导致构件出现破损问题,提出了相适应的加固修复方法.并对其施工方法及工艺流程做了介绍.
作 者：滕忠来 韩书芝 吕修 作者单位：滕忠来(浙江省永嘉县交通工程公司,永嘉,325102)
韩书芝(北京兴达兴工程造价咨询有限公司,北京,102600)
吕修(中铁建工集团北京路桥工程公司,北京,100070)
浅谈巷道修复超前加固措施 篇3
【关键词】巷到修复；加固措施；安全
我矿巷道支护主要采取锚网支护或架棚支护，在巷道断面小于4平方米时，基本上满足不了生产的需要，就得及时进行巷道修复。在巷道修复前，应先对失修巷道进行简单的维护工作，如进行拉底、连网、帮顶刹背、紧固螺丝等工作，确保安全环境良好（有足够的操作空间，通风、运输断面，行人空间等）。各作业地点的条件不一样，采取的加固措施也不一样，所以，要根据现场的条件确定采取不同的加固措施，现就运输方式、支护的方式、巷道状况的不同分别进行论述：
一、轨道运输：首先必须考虑加固措施不能影响矿车的运输。
（一）巷道支护良好，压力小，采取在轨道边往外0.5米处打设两排木点柱进行加固，点柱间距为两架棚子或两块锚梁的距离；若修复前方无轨道时，则打设单排中心点柱加固。
（二）巷道支护良好，但压力大，采取在轨道边往外0.5米处打设两排木点柱进行加固，点柱间距为0.5米；若修复前方无轨道时，则打设单排中心点柱。
（三）巷道支护不好（锚杆存在失效、有网兜、棚梁变形量大或有折断现象），但压力小，采取在轨道边往外0.5米处打设两排木托棚进行加固，点柱间距为1米；若修复前方无轨道时，则打设单排中心木托棚加固，托棚上方使用好道木维护顶板。
（四）巷道支护不好（锚杆存在失效、有网兜、棚梁变形量大或有折断现象），且压力大，采取在轨道边往外0.5米处打设两排托棚进行加固，托棚采用1.2米铰接梁或工字钢梁和液压单体柱打设，铰接梁或工字钢梁上方使用好圆木维护好顶板，单体柱穿好柱鞋，单体柱间距为0.6或1米；若修复前方无轨道时，则打设双排托棚加固（托棚间距为1-1.5米）或单排中心托棚加固，托棚上方使用好道木维护顶板。
（五）若达不到轨道运输的要求，就得改变运输方式。
二、溜子运输：溜子铺设时，尽量靠边。
（一）巷道支护良好，压力小，采取在距溜子边不小于0.2米处，打设单排中心点柱进行加固，点柱间距为两架棚子或两块锚梁的距离。
（二）巷道支护良好，但压力大，采取在距溜子边不小于0.2米处，打设单排中心点柱进行加固，支柱间距为一架棚子或一块锚梁的距离。
（三）巷道支护不好（锚杆存在失效、有网兜、棚梁变形量大或有折断现象），但压力小，采取距溜子边不小于0.2米处，打设单排中心托棚进行加固，支柱间距为1米，托棚上方使用好道木维护顶板。
（四）巷道支护不好（锚杆存在失效、有网兜、棚梁变形量大或有折断现象），且压力大，采取距溜子边不小于0.2米处打设中心托棚进行加固，托棚采用1.2米铰接梁或工字钢梁和液压单体柱打设，铰接梁或工字钢梁上方使用好道木维护好顶板，单体柱穿好柱鞋，单体柱间距为0.6或1米；若单托棚不能有效加固时，则打设双排托棚加固（托棚间距为1-1.5米），铰接梁或工字钢梁上方使用好圆木维护好顶板，单体柱穿好柱鞋，单体柱间距为0.6或1米。
三、皮带运输：皮带铺设时，尽量靠边。
（一）巷道支护良好，压力小，采取距皮带边不小于0.2米处，打设单排中心点柱进行加固，点柱间距为两架棚子或两块锚梁的距离。
（二）巷道支护良好，但压力大，采取距皮带边不小于0.2米处，打设单排中心点柱进行加固，点柱间距为一架棚子或一块锚梁的距离。
（三）巷道支护不好（锚杆存在失效、有网兜、棚梁变形量大或有折断现象），但压力小，采取距皮带边不小于0.2米处，打设单排中心托棚进行加固，支柱间距为1米，托棚上方使用好道木维护顶板。
（四）巷道支护不好（锚杆存在失效、有网兜、棚梁变形量大或有折断现象），且压力大，采取距皮带边不小于0.2米处打设中心托棚进行加固，托棚采用1.2米铰接梁或工字钢梁和液压单体柱打设，铰接梁或工字钢梁上方使用好道木维护好顶板，单体柱穿好柱鞋，单体柱间距为0.6或1米；若单托棚不能有效加固时，则打设双排托棚加固（托棚间距为1-1.5米），铰接梁或工字钢梁上方使用好圆木维护好顶板，单体柱穿好柱鞋，点柱间距为0.6或1米。
（五）若巷道断面影响，皮带只能铺设在巷道中间时，则打设双排托棚加固（托棚间距为1.5米），若巷道支护相对较好时，则采用木托棚加固；若巷道支护较差时，则采用1.2米铰接梁或工字钢梁和液压单体柱进行加固，铰接梁或工字钢梁上方使用好圆木维护好顶板，单体柱穿好柱鞋，单体柱间距为0.6或1米。
（六）若巷道前方采取措施加固后，因皮带、溜子等设备影响行人安全时，必须设置警戒牌，禁止通过，确需通过时，必须停止皮带、溜子的运行，并将开关闭锁，确认后方可通过。
（七）若巷道断面小，通过拉底后，还是打设不上点柱进行加固的话，是棚子支护时，必须使用2寸铁管（轨道）配合大链（8#铁丝）进行三道连锁；是锚网支护时，必须先打设点锚进行加固，快速修复结束。
公路桥梁缺陷成因及加固修复技术 篇4
1 混凝土桥梁结构表层缺陷及产生原因
混凝土桥梁结构表层缺陷主要可分由施工不当等人为因素引起和自然因素引起为两种, 其中, 施工不当等人为因素引起的缺陷主要有蜂窝、露筋、麻面、空洞等;自然因素引起的有磨损、锈蚀、老化、剥落等。
由人为因素引起桥梁缺陷的影响因素繁多且十分复杂, 如水泥、骨料、脱模剂、模板等材料的质量、品种、配比;施工中的各项措施和工艺如混凝士拌制、运输及入模方式、浇筑方式、拆模时间长短和施工缝处理工艺与方法等均有可能出现失误而导致缺陷的产生。
在施工中, 混凝土灌注过程中振捣不到位, 分层灌注时违规操作, 或在混凝土运输时, 由于没有进行相应的保护措施渗入泥块和杂物;以及混凝土离析, 模板缝隙不严, 水泥砂浆流失等因素均可使混凝土桥梁结构表层出现麻面。在进行混凝土桥梁结构施工时, 模板缝隙未堵严、支设不牢固或振捣棒碰及模板而使模板移位;钢筋过密、石子扣在钢筋下, 使水泥浆不能充满钢筋周围, 或钢筋垫块漏放、垫块少而使钢筋紧贴模板, 以及保护层处混凝土振捣未能达标都可能产生露筋现象。模板表面粗糙不干净, 粘有干硬水泥浆等杂物;脱模剂涂刷不匀或选用脱模剂不当;模板拼缝不严局部漏浆;混凝土振捣不密实或分层厚度控制不好, 出现漏振而使气泡未能排出等都会导致空洞。此外, 混凝土配合比不当、下料不准确, 造成砂浆少石子多或混凝土搅拌时间短拌和不均匀;石子成堆混凝土一次下料过多, 未分层振捣等都是导致缺陷产生的因素。
自然因素引起的缺陷主要是由于公路桥梁在使用过程中受到自然因素的影响, 如雨水浸入导致钢筋锈蚀膨胀引起剥落, 在严寒地区冰冻及干湿交替循环作用, 或者受到具有侵蚀性水溶剂的化学侵蚀等。
2 混凝土构件裂缝缺陷及产生原因
桥梁混凝土裂缝及其危害是一个世界性的问题。桥梁工程中易出现的混凝土构件裂缝有以下几种:温度变化产生的裂缝;混凝士收缩引起的网状裂缝;下缘受拉区的裂缝、施加预应力引起的裂缝有先张法梁梁端锚固处的裂缝、后张法梁梁端锚固处的裂缝;使用荷载、运梁不当引起的裂缝;台座施工时或基础使用时变形引起的裂缝。混凝土构件的裂缝将产生非常严重的后果, 如不及时处理将对桥梁的使用寿命产生影响, 严重者将造成桥塌、车毁、人亡事故。
混凝土结构产生裂缝的原因较多, 无论是前期的勘察、设计、施工的具体环节, 还是在建造完成后存在不当的使用如超荷载等, 均有可能导致产生混凝土构件裂缝。裂缝的产生原因从技术层面来看大致可分为两类, 一是由外荷载引起的裂缝, 称为结构性裂缝。二是混凝土自身应力形成的裂缝, 即非结构性裂缝。裂缝产生的主要还与以下四个因素有关:材料性质有关的因素, 如水泥的反常凝固和反常膨胀;施工有关的因素, 如混合料搅拌不均匀, 振捣不充分、施工缝处理不当等;环境条件有关的因素, 如湿度的变化, 构件内外温度的差异、高温熏烤、化学腐蚀等;构造、超过设计荷载以外的荷载, 截面尺寸及钢筋用量不足等。
3 桥梁墩台常见缺陷
桥梁墩台基础在常年使用过程中, 除了承受上部构造荷载外, 还将承受土压力, 风力, 冰压力和浮力等等各种力的作用, 混凝土收缩干燥、内外部温差、气温剧烈变化、日照影响而产生的温度拉应力或是由于冻胀、下沉或外倾而产生开裂等均有可能致使桥梁墩台基础出现问题;另外, 由于过桥车辆的日益重型化, 密集化, 使墩台基出现了不同程度的损坏, 产生各种裂缝, 如墩台网状裂缝、从基础向上发展至墩台上部的裂缝、翼墙和前墙断裂的裂缝、由支承垫石从下向上发展的裂缝、桥墩墩帽顺桥轴线横贯墩帽的水平裂缝等等。
4 加固修复技术
公路桥梁产生的大部分缺陷主要是由施工不当导致的, 比如蜂窝和空洞的形成就是因为违规操作, 未经过充分振捣就继续灌注所导致, 一般情况下只要在施工过程中严格要求, 注重材质, 是完全可以避免这些缺陷的。当这些缺陷出现的时候, 常见的补救方法根据具体情况的不同, 采用科学合理的方法进行修补。比如可采用橡胶管注入器将采用新型的材料树脂注入到缝中, 使其恢复结构强度;对坑洼、麻面等缺陷, 可采用树脂砂浆镘抹;对于载荷过高等问题, 可采用钢板贴合、增设桁梁等方法恢复或提高构件强度, 增加承载力。对砼构件的缺损应用聚合物改性材料修补, 以防钢筋锈蚀或进一步损坏。
公路桥梁桥面板损坏的维修方法有修补施工法、加盖板施工法, 支架施工法等。喷射钢纤维砂浆, 焊接钢筋网并喷射钢纤维混凝土或钢纤维砂浆进行底面加固;采用钢筋混凝土加厚或钢纤维混凝土加厚、聚合物混凝土加厚、膨胀混凝土加厚等并在接合处凿毛处理加锚固钢筋进行顶面加固。还可采用刻槽封闭或凿槽嵌补方法, 加配钢筋修补法, 用柔性表面封闭法修补裂缝, 灌浆封闭裂缝修补法等处理桥梁墩台常见缺陷。
5 结论
任何一座公路桥梁的使用过程中, 或多或少都带有一定程度的缺陷, 而造成桥梁缺陷的成因有很多种。如不加以处理, 缺陷将越来越严重, 最终危及到桥梁的安全。在对公路桥梁缺陷进行处理时, 首先必须深入分析造成公路桥梁缺陷的具体原因, 采取科学合理的技术手段对公路桥梁缺陷进行修复加固;更重要的是从设计、施工中去预防缺陷的发生, 认真做好建设阶段各个过程的质量控制, 彻底地改观这些常见缺陷的出现频率以及影响程度。
参考文献
[1]徐晓光, 李晓东.公路桥梁混凝土构件常见外观缺陷及防治措施[J].中国高新技术企业, 2011 (36) .
[2]李福强.公路桥梁工程混凝土外观缺陷的成因和防治措施[J].河南建材, 2012 (1) .
[3]郭喜付, 崔风华.浅谈公路桥梁缺陷成因及修复加固技术[J].黑龙江科技信息, 2007 (5) .
修复加固技术 篇5
1 混凝土桥梁结构表层缺陷及产生原因
1.1 蜂窝:
施工不当所致, 混凝土灌注中缺乏应有的振捣, 分层灌注时违反操作规程, 运输时混凝土产生离析, 模板缝隙不严, 水泥砂浆流失等。
1.2 露筋:
施工质量不好, 如灌注时钢筋保护层垫块位移, 钢筋紧贴模板, 保护层处混凝土漏振或振捣不实。
1.3 麻面:施工时采用模板表面不光滑, 模板湿润又不够, 致使构件表面混凝土内的水份被吸去。
1.4 空洞:
结构上钢筋布置过密, 施工时混凝土被卡住, 又未充分振捣就继续灌注上层混凝土, 此外, 严重漏浆亦能产生空洞。
1.5 磨损:
混凝土强度不足, 表层细骨料太多, 车轮磨损, 高速水流冲刷, 水流中又夹杂大量砂石等推移质或冰凌等漂浮物。
1.6 锈蚀、老化、剥落:
保护层太薄, 结构出现裂缝, 雨水浸入, 钢筋锈蚀膨胀引起剥落, 严寒地区冰冻及干湿交替循环作用, 有侵蚀性水的化学侵蚀作用。
1.7 表层成块脱落:外界作用。
1.8 构件变形、接缝不平:施工不善或荷载作用下形成的变形等。
以上可采用混凝土修补或水泥砂浆修补法, 常用修补材料为环氧材料。
2 混凝土构件裂缝缺陷及产生原因
钢筋混凝土简支梁桥常见裂缝有网状裂缝、下缘受拉区的裂缝、腹板上的竖向裂缝、腹板上的斜向裂缝、运梁不当引起的上部裂缝、梁端上部裂缝、梁侧水平裂缝、梁底纵向裂缝。
预应力混凝土梁、悬臂梁和连接梁桥的常见裂缝有先张法梁梁端锚固处的裂缝、后张法梁梁端锚固处的裂缝、腹板收缩裂缝、悬臂梁剪切裂缝、悬臂箱梁锚固后接缝中的裂缝、底板裂缝、箱梁弯曲裂缝、连接梁弯曲裂缝、合拢浇筑段的裂缝、预应力梁下翼缘的纵向裂缝。
构件裂缝产生的主要原因有四方面:一是与材料性质有关的因素, 如水泥的反常凝固, 混凝土的离析与泛浆, 水泥的反常膨胀, 骨料中含有泥土, 使用了反应性骨料或风化岩、混凝土干燥收缩。二是与施工有关的因素, 如混合料搅拌不均匀, 搅拌时间过长, 用泵压送时水泥量及用水量的增加, 灌注顺序的差错, 灌注速度太快, 振捣不充分, 配筋混乱, 保护层厚度不够, 施工缝处理不当, 模板变形, 漏浆, 支架下沉, 脱模过早, 硬化前受振动和荷载作用, 初期养生中急剧干燥, 养生初期冻害。三是与环境条件有关的因素, 如周围环境与湿度的变化, 构件内外温度的差异, 反复冻融, 内部钢筋锈蚀, 因火灾而使混凝土表面受高温熏烤, 受盐类的化学腐蚀。四是与构造、外力有关的因素, 如设计荷载以内的荷载, 设计荷载以外的荷载, 以地震力为主的荷载, 截面尺寸及钢筋用量不足, 结构物不均匀下沉。
3 桥梁墩台常见裂缝
3.1 墩台网状裂缝 (由于混凝土收缩干燥
引起或混凝土内部水化热和外部气温的温差及日气温变化影响和日照影响而产生的温度拉应力) 。
3.2 从基础向上发展至墩台上部的裂缝 (基础松软产生不均匀沉降造成) 。
3.3 墩台身的水平裂缝 (多为混凝土贯注不良所引起) 。
3.4 翼墙和前墙断裂的裂缝 (往往由于墙间的填土不良。
冻胀或基层承载力不足, 引起下沉或外倾而产生开裂) 。
3.5 由支承垫石从下向上发展的裂缝 (主
要是由于墩台帽在支承垫石下未布置钢筋所致或可能受到较大的冲击力) 。
3.6 桥墩墩帽顺桥轴线横贯墩帽的水平裂
缝 (主要是局部应力所致, 因梁和活载的作用力集中地通过支座传至桥墩, 使其周围墩顶其他部位产生拉应力) 。
3.7 双柱式桥墩下承台的竖向裂缝 (由于桩基下沉不均匀或局部应力所致) 。
3.8 支承相邻不等高的墩盖梁、雉墙上的竖向裂缝 (由于局部应力所致) 。
3.9 墩台盖梁自上而下的垂直裂缝 (桩基下沉不均匀而引起盖梁上的不均匀受力) 。
3.1 0 镶面石突出的裂缝 (由于镶面石与墩台连接不良所引起) 。
3.1 1 悬臂桥墩角隅处的裂缝 (由于局部应力引起) 。
以上可采用刻槽封闭或凿槽嵌补方法, 加配钢筋修补法, 钢板粘贴修补裂缝, 表面喷浆修补裂缝, 用柔性表面封闭法修补裂缝, 灌浆封闭裂缝修补法等。
4 钢筋混凝土桥面板缺陷及产生原因
混凝土开裂、混凝土剥离, 断面破损、钢筋外露、锈蚀, 混凝土质量下降, 异常变形等。这些是由于荷载增大 (构件承载力不足) , 构造上的缺陷 (桥面板端部等) , 支撑结构不完整 (主梁等构件刚度不足等) , 施工上缺陷 (保护层不够、蜂窝麻面等) , 气象作用 (冻融作用、化学作用、盐腐蚀等) , 灾害 (地震、火灾、受落下物撞击等) , 徐变及收缩过大等。
桥面板损坏的维修方法有修补施工法、加盖板施工法, 支架施工法等。
一般桥面补强层加固方法有底面加固和顶面加固。
底面加固主要是喷射钢纤维砂浆, 焊接钢筋网并喷射钢纤维混凝土或钢纤维砂浆。顶面加固主要是采用钢筋混凝土加厚或钢纤维混凝土加厚、聚合物混凝土加厚、膨胀混凝土加厚等并在接合处凿毛处理加锚固钢筋。
目前国内外许多大公司和科研结构都投入很大力量对这一难题进行研究, 开发桥梁的养护、维修、加固及更换的系列技术, 并相应开发出一批新型修复材料, 能够有效的解决了上述“瓶颈”的难题。
5 介绍几种新型的桥梁修复、加固技术和新材料
5.1“壁可”法
采用橡胶管注入器, 利用其持续的恒定压力将树脂材料自动注入到缝中, 注入材料粘度极低, 可深入到宽仅0.02mm的细缝末端, 恢复结构强度。
5.2 修补路面裂缝、坑洼、麻面
采用不同粘度的树脂材料对各种宽度的裂缝进行灌注, 可立即开放交通。对坑洼、麻面采用树脂砂浆镘抹, 材料柔韧、耐磨、抗滑, 与铺层结合牢固。
5.3 路面防滑铺装方法
在弯道、交叉路口等重要路段铺设树脂砂浆, 可取得优异的防滑效果, 保证行车安全。
5.4 隧道、涵尚不渗漏水的治理方法:
摒弃传统的堵水思想, 采取引导的方法, 对接缝、裂缝、衬砌面渗水均有对策。
5.5 桥梁结构的维修、加固方法
采用钢板贴合、增设桁梁等方法恢复或提高构件强度, 增加承载力。对砼构件的肃落、缺损, 用聚合物改性材料修补, 以防钢筋锈蚀或进一步损坏, 美化外观。
5.6 桥梁伸缩缝
有九大类、数十个规格型号可供选择, 用柔性树脂砂浆作为回填材料更能发挥其优良性能。
5.7 砼及钢构件的涂装防护方法
用于防止构件的破坏, 对盐害、碱骨料反应、中性化、化学腐蚀、冻融破坏等均有相应的对策, 涂层美观持久。
参考文献
[1]罗福午.建筑结构缺陷事故的分析及防治[M].北京:清华大学出版社, 1996.
[2]袁勇.混凝土结构早期裂缝控制[M].北京:科学出版社, 2004.
修复加固技术 篇6
关键词：桥梁结构,病害,防护,加固,修复
1 引言
桥梁结构, 因交通量增加, 或荷载标准提高, 或设计施工缺陷, 或地震、战争等天灾人祸损坏而产生各种病害, 要求当代桥梁工程师既能对桥梁结构病害进行有效诊断, 判定其可否继续、安全使用或通过处治继续、安全使用, 还能了解和掌握桥梁病害防护、加固、修复新技术, 使桥梁结构病害处治最快、最好、最省、最安全。
常见桥梁结构病害, 主要表现为结构强度、刚度不足, 变形、裂缝超标, 结构延性、耐久性差等, 相应的防护、加固、修复措施为补强、补刚、裂缝修复、封闭和改善结构延性, 提高其耐久性。
桥梁结构防护, 钢结构通常采用表面涂漆和热喷涂技术防锈以提高其耐久性, 混凝土结构一般未作表面防护。桥梁结构的加固和修复, 过去常用体外预应力法、黏结钢板和锚喷混凝土等方法。因这些方法使加固和修复后的结构自重增加较多, 有效承载能力贡献不大、施工费时费钱、桥构外观效果受到影响, 从而促使桥梁工程师开始选用轻质高强、抗振耐劳、自防腐、不养护、易施工的新型复合材料进行桥梁结构防护、加固和修复, 以期获得常规材料防护、加固、修复方法难以达到的技术经济效果。20世纪80年代, 美国用碳纤维复合材料 (CFRP) 包覆因地震破坏的5号、80号州际公路上的两座桥梁的墩柱进行加固、修复[1], 使桥梁的使用功能恢复和抗振标准提高, 但墩柱截面尺寸增加甚微 (例如5号州际公路桥墩包覆的CFRP壳厚度仅2mm～4mm) 。在欧洲, 应用玻璃纤维复合材料 (GFRP, 或GRP) 包覆钢桥进行加固、修复的项目已获奖并大量推广应用。在日本, CFPP板壳和GRP板壳加固、修复混凝土桥梁的技术已被建设省和其他机构采纳, 进入实用阶段[2]。中国于20世纪80年代末90年代初开始这方面的研究实践。
2 桥道梁常见病害及其防护、加固、修复新技术
2.1 混凝土梁式、板式桥
混凝土梁式、板式桥的常见结构病害, 主要为强度、刚度不足、裂缝超限、混凝土表面碳化、破碎、结构延性、耐久性差。经理论、试验研究和工程实践证明的有效防护、加固、修复新技术在桥道梁、板受拉区外缘粘贴复合材料层合板或沿梁、板截面周边包覆复合材料层合壳, 将其改造成混凝土—复合材料复合梁、复合板承载[3]。以GRP加固钢筋混凝土梁 (RC) 梁为例, 其复合构造方式如图1所示。与普通RC梁相比, 加固后的复合梁具有如下结构行为优势:
⑴以梁中钢筋 (适筋梁) 达到屈服极限为比较标准, I型复合梁比普通RC梁极限承载能力可提高20%左右, Ⅱ型复合梁的极限承载能力可提高50%以上。
⑵以梁的最大裂缝宽度作为比较标准, I型梁荷载达到普通RC梁《桥规》规定的a锸ax时, 裂缝宽度减小30%～40%;以《桥规》规定的裂缝开展宽度来确定梁的承载能力, I型梁比普通RC梁的承载能力可提高15%～30%。
⑶以梁的正常工作极限状态的挠度控制作为比较标准, 在普通RC梁破坏前, I型梁的挠度比普通RC梁挠度减小不多, 但Ⅱ型梁的挠度比普通RC梁小25%～30%, 并且破坏前具有比普通RC梁更大的挠度, 为工程在破坏前提供了较明显的先兆, 有利于及早发现及早采取处理措施。
⑷以梁的动态疲劳性能作为比较标准, I型梁随着疲劳次数的增加, 加固增强的效果愈明显。疲劳循环50万次后, 钢筋约为85%, 跨中挠度约为60%, 开裂高度减小15%, 裂缝宽度减小约70%, 疲劳循环200万次的疲劳寿命是普通RC梁的3倍。
采用CFRP层合板加固RC梁受拉区改造形成的复合梁, 比I型GRP RC复合梁结构性能更优。例如一根长2m的试验简支梁, 受拉区黏结0.3mm厚的CFRP层合板后, 极限承载能力提高100%左右, 最大挠度减小60%左右。
2.2 钢箱梁桥
采用CFRP层合板加固RC梁受拉区改造形成的复合梁, 比I型GRP RC复合梁结构性能更优。例如一根长2m的试验简支梁, 受拉区黏结0.3mm厚的CFRP层合板后, 极限承载能力提高100%左右, 最大挠度减小60%左右。
钢箱梁桥的常见结构病害, 主要为钢箱锈蚀造成的壁厚减薄、强度、刚度及耐久性下降。集钢箱梁桥防护、加固、修复为一体的有效方法, 是沿钢箱梁的截面周边包覆纤维复合材料 (FRP) 层合板壳构成钢—复合材料复合箱梁 (S-F复合箱梁) 。S-F复合箱梁的截面构造如图2所示, 其主要结构行为特征如下:
⑴SF复合箱梁的强度、刚度由S箱梁的剩余强度、刚度及新增F箱梁的补充强度、刚度合成, 决定复合箱梁的承载、跨越能力。
⑵F箱壳既是复合箱梁的承力结构之一, 又是复合箱梁的围护结构, 二者既能连接牢固、变形协调、共同工作并提高箱梁的抗振、抗疲劳性能, 还能一劳永逸地解决钢箱梁的防锈问题并提高结构的耐久性。
⑶F箱壳壁厚较薄、自重较轻, 对原钢箱梁的结构自重及截面尺寸增加可忽略不计, 但其阻止了钢箱梁因锈蚀导致的壁厚继续减薄、强度、刚度下降的结构病害产生, 实际提高了钢箱梁的结构安全性。
⑷CFRP的强度是结构钢材的10倍, 弹性模量与其相当或略高, GFRP的强度是结构钢材的8倍, 弹性模量为其1/10, 二者的耐疲劳性能均优于钢材, 故F箱壳对S箱梁既不会构成附加约束而增加约束内力, 也不会先于S箱梁破坏而使结构加固、修复失效。
3 桥梁墩柱常见结构病害及其防护、加固、修复新技术
桥梁墩柱多以受压为主, 因其自重较木, 当产生振动时, 振动效应也较明显和剧烈, 极易发生剪切脆性破坏, 其常见结构病害主要为混凝土易压碎、劈开和剪切裂缝较多。桥梁墩柱的防护、加固和修复, 一般采用压注EP修复裂缝后再用CFRP张紧缠绕包覆墩柱, 外包的CFRP层合壳与墩柱紧密连接构成新的复合墩柱。尽管复合墩柱的外包CFRP壳很薄 (一般几毫米甚至更少) , 但结构行为优势明显:
⑴墩柱受压时, 高强、高模的CFRP外壳 (极限强度比钢材高一个数量级, 弹性模量与钢材相当或更高) 约束阻止RC墩柱横向膨胀, 形成三向受压应力状态, 使墩柱不再容易压坏。例如, 直径76mm的混凝土圆柱, 受压开裂后外包1mm厚的CF宋P壳加固, 极限承载能力提高250%左右。
⑵墩柱受剪时, CFRP外壳可防止RC柱中纵向钢筋切断截面周围的剪切破坏, 同时可使墩拄的延性提高150%左右, 从而对减轻地震引发的墩柱剪切脆性破坏具有明显的改善作用。
4 桥梁拉 (吊) 索 (杆) 常见结构病害及其防护、加固、修复新技术
斜拉桥的拉索、吊桥的吊索、中承式拱桥的吊杆, 为这类桥梁体系的主承力构件, 一般采用高强粗钢筋或高强钢丝制作。因其长期处于高应力状态下, 截面尺寸又较小, 故对腐蚀作用非常敏感, 即使发生轻微的腐蚀, 其截面尺寸削弱的比例也比较高, 强度、刚度损失都较大, 故斜拉桥、吊桥、系杆拱桥的耐久性, 在很大程度上取决于拉 (吊) 索 (杆) 的抗腐蚀能力。其常见的结构病害, 就是结构受力和环境腐蚀造成的索杆表面防护失效、危及结构安全使用。
拉索、吊索 (杆) 防护的原则, 是将其内钢筋、钢丝与水、气隔离, 避免钢筋、钢丝与周围介质发生锈蚀氧化反应的电化学作用发生。最简单有效的防护措施, 是对钢筋、钢丝的外表轮廓全封闭防护。目前, 工程应用最普遍、防护效果也最好的热挤聚乙烯 (PE) 防护套管, 也因其力学性能与高强钢筋、钢丝差别较大, 加之日晒雨淋侵蚀、人为敲打划割而出现破断、龟裂导致结构安全隐患, 至于早年建造的桥梁, 拉索、吊索 (杆) 防护效果更差, 锈蚀、破坏更严重, 都需要对其进行加固和修复。另外, 桥梁拉索、吊索 (杆) 的更换也费事费钱, 还将中断或影响交通。因此, 能在不中断交通的桥梁营运状态下, 应用新型复合材料对其拉索、吊索 (杆) 进行防护、加固和修复, 是拉索、吊索 (杆) 防护的发展方向。结合重庆长江某斜拉桥拉索、吊桥吊索PE管开裂后用玻璃钢套管进行加固、修复及重庆某中承式拱桥钢吊杆应用玻璃钢构造吊杆防腐外壳并构成复合受力吊杆的研究实践, 对新型复合材料桥梁拉索、吊索 (杆) 的结构行为粗浅认识如下:
⑴玻璃钢吸震、消能、抗断裂、耐疲劳的结构性能优于高强钢筋、钢丝, 更优于聚乙烯 (PE) 塑料, 故用于拉索、吊索、吊杆的防护套管, 比PE更能与高强钢筋、钢丝共同工作, 协调变形。即使在长期疲劳震动状态下, 也不易开裂和疲劳失效, 而且与钢筋、钢丝的连接效果也优于PE, 不会发生PE那种在高应力状态和动态疲劳下的界面剥离和表面龟裂现象, 从而杜绝了水、气渗入钢筋、钢丝的通道, 故能一劳永逸地解决拉索、吊索、吊杆的防锈问题。若采用强度比玻璃钢更高、韧性比玻璃钢更好的芳纶纤维复合材料制作桥梁拉索、吊索、吊杆的防护套管, 其结构、防护效果更加优异。
⑵玻璃钢与高强粗钢筋复合而成的复合吊杆, 因粗钢筋与玻璃钢外壳之间加有单向拉伸强度高于粗钢筋的纠向增强玻璃纤维束.一方面增大了吊杆的纠、向强度和刚度, 另一方面还增大了粗钢筋与外围GRP圆柱壳的连接效果, 故玻璃钢在复合吊杆中起着承力和防护的双重作用。此举使桥梁跨径不大, 承载力要求不高的拉索、吊索 (杆) 构造变得简单, 设计、施工和日常养护容易, 工程造价也大大降低。
⑶对于结构承载力不足和受损的桥梁拉索、吊索和吊杆, 可在其受力状态下外包纵横向CFRP壳对其进行补强加固和修复, 使斜拉桥、吊桥、中承式拱桥实现使用状态下的不换索 (杆) 加固和修复。
5 结束语
新型复合材料, 以其轻质高强、防撞抗振、耐疲劳、耐腐蚀、易施工、易和钢、混凝土材料牢固连接等独特优势, 在桥梁结构中大显身手:用于新桥建设、可使桥梁的极限承载能力增大50%左右, 极限跨径增大1.3～2.3倍以上;用于旧桥防护、加固和修复, 可在截面尺寸、结构自重、桥下净空几乎不改变的前提下, 使其使用功能恢复和荷载标准提高。新型复合材料用于混凝土桥的防护、加固和修复, 不仅可使其裂缝修复, 极限承载能力提高, 更重要的是可使原桥的延性增大, 开裂减弱, 下挠征兆明显, 动态疲劳性能提高, 避免混凝土桥因超载、地震等因素造成的突发脆性破坏灾难事故。新型复合材料用于钢桥的防护、加固和修复, 不仅可获得阻止结构尺寸因锈蚀减薄、强度、刚度下降的加构加固效果, 提高钢桥的使用寿命;还可一劳永逸地解决钢结构的防锈问题, 节约日常维修养护费用。
新型复合材料用于桥梁防护、加固和修复, 不仅有着常规材料防护、加固、修复难以达到的技术经济优势, 而且还使以前很多难以解决的桥梁防护、加固、修复难题 (如结构尺寸、桥下净空不允许较大改变、施工场所受到限制、恶劣腐蚀介质环境的桥梁防护、加固和修复等) 迎刃而解, 因此可以预言, 新型复合材料将是未来的桥梁防护、加固和修复的发展方向。
参考文献
[1]迟岩冰等.碳纤维护套加固—一种经济而新颖的桥梁防震加固技术.河南交通科技, 1999 (4) :10-11
[2]杨允表, 石洞.复合材料在桥梁工程中的应用.桥梁建设, 1997 (4) :1～4
鹤煤中泰公司赵荒风井修复加固技术 篇7
中泰公司赵荒风井建于1985年, 井口标高+241.1m, 井底标高-80.06m, 井筒净直径5m, 井深321.16m。井筒支护形式:锁口和井颈段加厚部分高度2.5m, 采用钢筋砼支护, 钢筋保护层厚度1m;表土段99m, 素混凝土支护, 壁厚0.5~0.7m;基岩段222.16m, 素混凝土支护, 壁厚0.3m, 砼标号200#。井筒装备有梯子间。井口设置有风硐、安全出口, 井底设计有马头门。
2 井筒破坏情况及原因分析
2.1 井筒破坏情况概述
2013年11月26日, 该公司对矿井测风期间发现南翼地区风量下降明显, 立即对赵荒风井通风系统进行了排查。发现赵荒风井井底出现流黄泥水, 掉渣、残缺梯子等现象, 检查时井底断面约3m2 (原通风断面约10m2) 、负压2 450Pa (原负压2 390Pa) 、风量3700m3/min (原风量4 915m3/min) 。随后组织相关人员立即对此风井进行现场勘验, 井筒及井筒装备破坏情况描述如下:
(1) 井筒破坏段Ⅰ:1) 井壁破坏情况:井壁破坏段位于井深约58m处, 井壁周围一圈出现不同程度的井壁冒落, 破坏高度约500mm, 垮落深度约200mm。局部可以看到井壁冒落后裸露的岩石, 属以往井壁冒落痕迹, 观察没有出现新的破坏。2) 井筒装备破坏情况:此处梯子间完好, 未受到影响。
(2) 井筒破坏段Ⅱ:1) 井壁破坏情况:井壁破坏段位于井深约101m~106m之间, 井筒东南侧井壁冒落面积较大, 约占井筒周长的三分之一。破坏高度约5m, 冒落处深度不同, 上部较深, 下部较浅, 呈自然坡度状态, 最大深度为3.5m左右, 能看到井壁背后的黄土层。井筒在井深约106m处三分之二的井壁出现不同程度的裂隙, 局部井壁有脱落情况。2) 井筒装备破坏情况:在井深约101m以下可观察范围内梯子间、梯子大、小梁全部脱落。
2.2 井筒破坏原因分析
根据井筒的破坏情况来看, 井筒破坏主要位于井深约58m和约101m~106m之间两处。分析判断井筒的破坏情况, 大致有以下原因[1]: (1) 该井筒建井时间较早, 当时所采用的施工工艺和质量达不到标准; (2) 井壁附加力的增加; (3) 地压和构造应力的作用造成井壁开裂, 由于井筒涌水冲刷井壁开裂处, 造成井壁掉块, 随后壁后的松散卵石和粘土在重力和涌水的冲刷下大量坠入井筒, 造成井壁悬空, 失去摩擦力, 致使几十米井筒分批脱落。
3 井筒加固方案
在符合相关规定, 确保安全使用的前提下, 根据井筒勘验破坏情况, 查阅相关文献和相近矿的风井治理方案提出赵荒风井井筒加固方案意见[2,3,4,5]。加固具体工作内容为:⑴对井筒破坏段挂井圈加固;⑵处理已破坏井壁;⑶对整个井筒进行壁后注浆。
3.1 井筒破坏段挂井圈加固
根据现场勘验井筒井壁破坏情况对井筒两处破坏段井壁进行加固。对破坏段Ⅰ、破坏段Ⅱ均采用挂井圈加立柱加固井壁。共计加固井壁高度30.86m, 挂井圈63架。主要措施为:
(1) 喷浆临时支护井筒井壁垮落区。
(2) 破坏段Ⅰ加固方案:对破坏段Ⅰ上、下各5m进行挂井圈加固。井圈采用18号槽钢制作, 每圈3节, 井圈层间距320mm。井圈之间连接立柱, 立柱采用18号槽钢制作, 高度320mm, 每层8根。长、短锚杆固定井圈, 每层长、短锚杆各6根, 层与层间均匀错茬布置。
(3) 破坏段Ⅱ加固方案:根据现场勘验情况, 破坏段Ⅱ处井壁破坏严重, 对破坏段Ⅱ上部10m, 下部5m进行加固。采用挂井圈加固井壁, 井圈采用18号槽钢制作, 每圈3节, 井圈层间距320mm。井圈之间连接立柱, 立柱采用18号槽钢制作, 高度320mm, 每层8根。第1、2架井圈采用锚杆+锚索支护, 每层4根锚索, 层与层间均匀错茬布置。第3架井圈起采用长、短锚杆固定井圈, 每层长、短锚杆各6根。
(4) 井筒破坏段Ⅱ破坏程度比较严重, 进一步恶化趋势较为明显, 施工单位应根据施工期间井筒实际破坏情况对加固方案进行相应调整。在确保安全情况下, 建议重点对井筒破坏段Ⅱ进行加固, 防止井筒破坏段Ⅱ的井壁全部冒落。具体施工顺序由施工单位确定。
3.2 处理已破坏井壁
(1) 在井壁破坏段Ⅱ槽钢井圈内衬3mm厚钢板, 做为壁后浇注混凝土模板, 并作为永久支护的一部分不再拆除。井壁垮落区充填混凝土、旧型钢或旧道轨, 加强支护强度, 并预埋注浆管, 混凝土标号C30。
(2) 对加固段进行壁后注浆充填密实。注浆浆液以单液为主, 与双液浆配合使用。单液浆水灰比为1∶1, 双液浆水泥∶玻璃水为1∶0.4。
3.3 井筒壁后注浆
井筒加固完成后, 由相关人员对整个井筒从上到下进行检查。如发现井壁还有损坏, 则根据实际损坏情况进行加固, 并在加固完成后对整个井筒进行壁后注浆加固。注浆施工采取自下而上方式逐排注浆, 采用YT-28型风钻打孔和VDH-30/60风动注浆泵注浆, 根据现场实际情况, 注浆压力控制在1~2MPa。
4 支护效果
采用此加固技术之后, 在井底井壁破裂加固实施1年后, 再次对井壁围岩稳定性进行监测, 与90d的监测变形数据接近, 即垂直变形量和水平变形量均接近为0, 达到设计要求和预期目标, 实现了井筒的支护稳定。
参考文献
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修复加固技术 篇8
1 工程地质概况
顺和煤矿井底车场1-3段穿过的岩层主要为细粒砂岩、泥岩、砂质泥岩、含铝泥岩, 以细粒砂岩、泥岩为主。巷道顶底板主要为泥岩、砂质泥岩、含铝泥岩、细粒砂岩, 围岩岩石力学强度低, 完整性较差。井底车场1-3段埋深在740m左右, 上覆岩层压力大, 处于深层高应力区的破碎围岩条件下。井底车场1-3段断面为直墙半圆拱形, 净宽4600mm, 净高3900mm, 净断面积14.72。原支护形式为“锚网喷”支护, 锚杆为Φ20mm×2000mm高强树脂锚杆, 锚杆间排距800×800mm, 喷射混凝土厚度120mm, 混凝土等级C20。
由于地压大, 围岩破碎, 该段巷道出现顶板开裂、底鼓、两帮移近等现象。破坏最严重段底鼓量最大为650mm, 两帮移近量最大为450mm~650 mm, 如图2所示, 影响到巷道的正常安全使用, 必须对其返修加固。
2 修复加固方案及参数选择
2.1 修复加固方案
顺和煤矿埋藏深, 地压大, 根据软岩巷道破坏段的变形监测数据, 结合巷道返修加固经验, 提出了锚网索喷+注浆的联合支护方案。
修复加固分两阶段进行, 第一阶段采用锚杆、锚索和锚索梁对两帮及顶底板进行二次锚网加固, 达到维护巷道围岩、控制巷道变形的目的;第二阶段对围岩进行长、短孔注浆加固, 改善围岩性质, 形成浆液扩散加固拱, 使围岩与锚杆锚索形成有机的整体, 达到巷道支护与围岩应力协同自控的目的。
2.2 支护参数
2.2.1 锚网索喷二次支护
井底车场1-3段巷道破坏严重。该段巷道混凝土浆皮大面积开裂, 顶板岩层出现离层, 巷道原支护的锚杆锚索出现断裂、压脱等失效现象, 巷道底鼓量较大, 两帮受压收敛, 巷道实际尺寸小于设计尺寸, 已不能满足巷道的安全正常使用。该段巷道采用先扩帮挑顶后锚网索支护的方式进行返修加固。锚杆采用Φ20mm×2500mm高强树脂锚杆, 间排距800mm×800mm;巷道正顶和两帮打注锚索加固支护, 锚索间排距1.6m×2.0m, 每排5根, 分别布置在正顶、两肩窝、两帮拱基线上300mm位置, 采用规格Φ18.9 mm×7500mm的钢绞线, 配合250mm×250mm×20mm的锚索托盘;巷道两底角布置底角锚索, 底角锚索布置在巷道底板以上0.5m位置, 下扎30°-45°, 锚索间距2.0m, 采用规格Φ18.9 mm×7500mm的钢绞线, 配合250mm×250mm×20mm的锚索托盘;底板采用3根规格Φ18.9mm×7500mm锚索配合4000mm长11#工字钢梁加固, 控制底鼓, 底板锚索间距1.5m, 排距2.0m, 垂直底板打注, 与帮锚索间隔等距离布置。
2.2.2 长短孔注浆加固
待锚杆、锚索和锚索梁对两帮及顶底板修复加固且喷浆封闭后, 便可对整个返修巷道进行注浆加固。
采用长 (3000mm) 短 (1500mm) 孔注浆管注浆, 注浆管规格为φ40mm×3000mm、φ40mm×1500mm, 无缝钢管制成。注浆浆液采用水泥浆液, 使用徐州中联P.O42.5R水泥, 水灰重量比1.5∶1~1∶1, 注浆压力1MPa-2MPa。
注浆孔的布置应能够达到相邻注浆孔的浆液互相渗透, 使得浆液胶结成一个整体, 且浆液能充填固结体之间的空隙, 根据以上原则布置注浆孔, 如图3巷道支护、注浆断面图。
为减少串孔跑浆和注浆对喷浆层压力, 在施工中采取隔排埋管注浆, 即先按照4000mm排距施工1500mm深注浆孔, 埋管注浆;待施工20m后, 再在每两排中间加打一排深孔 (孔深3000mm) , 从而实现注浆管按2000 mm排距布置, 如此循环向前施工。
3 施工工艺
先扩帮挑顶至设计断面, 采用“锚、网、索”支护形式二次支护, 再初喷浆。底鼓严重段需拉底后打注底板锚索配合工字钢加固, 注浆加固, 最后复喷成巷。
(1) 扩帮挑顶-挑顶扩帮处锚网支护 (距迎头6m-8m平行施工锚索) -初喷50mm。
(2) 拉底-打注地锚-底板长短孔注浆加固-施工底板锚索梁沟槽-安装锚索梁和索具-张拉锚索-底板回填垫平。
(3) 帮顶壁后长短孔注浆-帮顶复喷至120mm-清理成巷。
4 应用效果及结论
4.1 应用效果
锚网索喷+注浆的联合加固技术改变了岩体的力学性能, 提高了整个支护体系的支护效果。巷道支护效果明显提高, 具有极高的推广应用价值。
4.2 结论
(1) 注浆后浆液将松软破碎的围岩胶结成整体, 提高了围岩稳定性, 实现了利用围岩原岩应力作为巷道支护部分的目的, 确保了巷道支护的完整性和稳定性。
(2) 采用“锚网索喷”联合支护, 加强了巷道的支护强度, 杜绝了巷道支护的薄弱点, 配合长短孔间隔注浆充填围岩裂隙, 形成了一个多层有效的联合支护组合拱, 从而扩大了支护体系的有效承载范围, 提高了支护体系的整体性和承载能力。
(3) “锚网索喷注”联合支护加固后, 使得作用在巷道拱部的压力有效传递至巷道两帮及底板, 而我们通过底板锚索配合锚索梁 (即11工字钢梁) 及底板注浆对底板的加固, 大大减小了底板上的荷载集中程度, 从而减少了巷道底板的应力集中现象, 很好地控制了巷道两底角收敛和底鼓现象, 底板及巷道底角的稳定又促进了巷道两帮的稳定, 从而保证了巷道顶板的稳定。
参考文献
[1]李树荣, 等.新三矿过复杂地质构造岩巷锚注加固技术[J].岩土力学, 2009, 30 (6) .
修复加固技术 篇9
裴沟矿深部立井马头门位于-300 m水平, 为新开发的杨河井田的新副立井。西为-300 m水平泵房、变电所及内、外环水仓, 东为副井的候罐室及-300 m水平井底车场。地面标高+228 m, 立井井底马头门标高-300 m, 埋深528 m。深部立井马头门现为管缝式锚网加混凝土支护, 最大下净宽6 m, 最大净高7 m。深部立井南北马头门围岩主要为砂质泥岩, 遇水易碎胀, 造成顶板、两帮出现裂隙及底鼓现象, 为了确保深部副立井的安全运行, 对南北马头门的修复加固工作刻不容缓。
1马头门原支护分析
(1) 支护形式。
裴沟矿深部立井南北马头门, 施工时采用管缝式锚网支护作为临时支护, 再用400 mm厚钢筋网混凝土碹作为永久支护。从马头门处的变形破坏特征看, 两帮的侧压较大, 而局部顶板存在一定量的间隙, 造成拱顶出现尖顶形破坏, 钢筋压弯并内凸, 这也说明马头门的侧压较大。其巷道位于煤层顶板中, 马头门处围岩性质多为砂质泥岩及泥岩, 围岩岩性较差, 遇水极易碎胀。从深部立井马头门的埋深来看, 马头门处围岩压力较显现。深部立井马头门的支护问题应属于大断面高应力软岩巷道支护问题, 这应该作为马头门加固的出发点及重点。
(2) 原支护承载特性分析。
马头门支护为管缝式锚网加混凝土支护。管缝式锚网支护的锚固性能相对较差, 特别是在围岩变形损伤过程中, 锚固力容易丧失, 难以控制围岩的大变形。马头门永久支护采用400 mm厚钢筋网混凝土支护, 这种支护属被动刚性支护。理论上这种支护的承载能力在360～560 kN, 但由于支护初期围岩与支护间局部存在有不均匀间隙, 造成支护初期局部不承载, 局部不承载造成承载不均衡, 实际承载能力大大降低, 仅为理论承载能力的1/3～1/5。从支护的受力状况、支架承载特性和巷道破坏特征看, 拱部的承载能力较高, 而两帮的承载能力相对较低, 若巷道两帮变形将大大降低支护整体的承载能力, 因此应采取有效措施控制两帮的变形, 提高现有支护结构的整体稳定性, 以发挥支护的整体承载能力。保证支护体拱部与围岩的均匀接触, 使支护体均匀承载, 对发挥支护体本身的承载能力十分重要。由此说明, 支护时, 拱部的密实充填至关重要, 而且两帮载荷无论是对称还是偏载, 随着载荷的增大, 其承载能力都会急剧下降。因此在马头门加固时, 应充分发挥高强锚索支护的主动支护作用。在混凝土体后注浆充填间隙以改善支护与围岩的相互作用关系。在发挥支护本身承载能力的同时, 利用高强度锚索对混凝土体进行结构性补偿支护, 控制马头门处两帮的变形, 提高支护结构的承载能力, 以便有效控制围岩的过度变形, 确保马头门的长期安全稳定。壁后注浆是采用锚索支护进行加固的基础, 如不提前进行注浆, 当混凝土与围岩间隙较大时, 锚索支护可能对碹体支护产生不利影响, 甚至导致混凝土体支护破坏。
2马头门加固技术方案
根据对马头门原有支护形式和承载特性进行分析, 决定采用锚注和带梁锚索加固技术措施。
(1) 先处理掉离层部分, 再打树脂锚杆加钢筋网, 然后喷浆对马头门进行初步临时加固。采用长2 200 mm、Ø22 mm的左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆, 间排距均为800 mm, 端头锚固, 1支K2850树脂药卷。金属网为Ø6 mm钢筋网, 网孔规格为50 mm×50 mm。混凝土喷射厚度100 mm, 配合比为砂子∶石子∶水泥=2∶1.4∶1, 水灰比为0.4～0.5, 速凝剂掺量为水泥用量的3%～4%。安装树脂锚杆时, 应实现预应力锚固, 锚杆的预紧力矩在110 Nm以上。
(2) 采用锚注加固技术充填碹体与围岩间的不均匀间隙, 改善支护与围岩的相互作用关系, 形成支护与围岩共同承载体系, 发挥支护的整体承载能力。
(3) 采用锚索支护对混凝土体支护进行结构补偿, 有效控制顶部及两帮的变形量, 以便提高混凝土体支护整体的承载能力, 可大大提高混凝土体结构自身的稳定性及抵抗变形的能力, 实现马头门的长久安全使用。
3马头门锚注加固施工
3.1注浆参数
先按设计要求打注浆锚杆孔, 然后采用水泥药卷安装注浆锚杆, 待药卷完全凝固后再进行注浆。
(1) 注浆量。
由于围岩岩性的差异和围岩松动范围、围岩裂隙发育的不均匀性, 不同地点的围岩吃浆量差别较大, 浆液的水灰比不能一成不变 (应根据围岩裂隙发育情况适当进行增减) , 所以, 注浆期间要观察好注浆压力表、注意倾听注浆泵电机声音的变化, 同时要注意查看注浆段附近的巷道是否有漏浆现象。若出现跑、浆漏浆现象要及时停止注浆, 并用快凝水泥对漏浆处进行封堵, 封堵后方可继续注浆。
(2) 注浆压力。
注浆压力是浆液在围岩裂隙中扩散的动力, 它直接影响注浆加固质量及效果。注浆压力受注浆材料、注浆方式和地层条件等因素的影响和制约。根据现有注浆经验, 在注浆孔深1.5～2.5 m时, 终压控制在2.8～3.0 MPa。但在注浆过程中应注意观察注浆段巷道, 严防注浆时压力过高将巷道破坏。
(3) 注浆时间。
在注浆期间, 为了防止浆液沿弱面扩散而造成注浆段巷道内漏浆, 在控制注浆压力的同时, 必须控制注浆时间。相反, 在围岩裂隙不太发育的巷道段, 吸浆速度相对较慢, 扩散半径较小, 为了提高注浆效果, 必须在提高注浆压力同时适当延长注浆时间。
注浆时间、注浆压力和注浆量要根据注浆段巷道围岩松动及裂隙发育的情况灵活掌握, 达到可控注浆。
3.2注浆施工
(1) 采用锚索钻机施工注浆孔, 孔深2 m, 注浆孔间排距均为1.5 m。
(2) 浆液水灰比为0.7～0.8, 经搅拌均匀后制成注浆用的单液水泥浆。
(3) 注浆过程中要随时观察各注浆参数的变化和注浆段附近巷道变形情况, 若发现围岩表面跑漏浆应及时用快凝水泥封堵。
(4) 注浆顺序:同排孔注浆顺序应由下向上, 先注两帮孔后注顶板孔。上山或下山巷道注浆时, 应由标高较低处向上逐排进行注浆。
(5) 注浆过程中, 距注浆孔处5 m范围内严禁有人, 注浆泵距注浆孔至少5 m以上。
(6) 注浆结束后, 为安全起见, 先拧开注浆泵卸压阀进行卸压, 卸压后再进行下一个孔注浆。每班注浆后, 用水冲洗管路, 以防管路堵塞。
3.3锚索施工
壁后注浆后采用锚索支护进行结构补偿, 以限制位移量, 提高混凝土体支护结构的整体承载能力, 可大大提高结构自身的稳定性和抵抗变形能力。按设计方案布设锚索, 锚索预张力在70～100 kN。
锚索施工注意事项:①锚索的间排距及角度必须按设计要求打设。②严格按设计要求放置树脂药卷数及顺序, 当不同型号的树脂药卷混合使用时, 应按树脂药卷凝固速度先快后慢的顺序放置到钻孔中, 严禁使用变质发硬的树脂药卷。③在安装锚索时, 必须擦拭干净锚固端上的水及污泥, 要用钢刷刷净铁锈。④安装时, 要先将树脂药卷推入孔内, 推入药卷时, 钻机不准旋转, 当药卷推入孔底后, 再启动钻机搅拌。搅拌时, 钻机要匀速上升, 搅拌时间为35 s左右。⑤用张拉设备做锚索锚固力检测, 锚索的预拉力在70～100 kN。测试锚索锚固力时, 快速药卷在锚固15 min后方可测试, 中速药卷在锚固30 min后方可测试。⑥锚索外露长度为300～350 mm, 不得小于300 mm, 以便张拉。若锚索张拉后外露过长需切割锚索头时, 索具外应留有200 mm的长度, 并把索具以外的锚索头人为分开, 以防锚索承载后索具脱落。
3.4锚索施工操作安全注意事项
(1) 检查钻机管路是否完好、畅通, 接头是否牢固。
(2) 钻孔时, 要先开启马达, 使钻机旋转, 再慢慢开启支腿, 当钻进约0.2 m时, 方可开启水阀。要合理控制支腿推进速度, 以免造成卡钎、断钎。
(3) 锚索钻机加载或卸载时, 会出现反扭矩, 现场操作人员要紧握操纵臂保持平稳, 同时操纵臂两侧不得有人。
(4) 当眼位过高时, 必须搭设牢固的操作台, 打钻人员必须站在操作台上作业。
(5) 不准无水开钻钻孔;不准使用弯钎或不通水的钻杆;在切割锚索时, 切割器具前方严禁有人。
(6) 锚索张拉承载后, 严禁对索具进行敲打或在上面吊挂物件及管路, 以防索具脱落。
4应用效果
2009年11月对深部立井马头门处采用壁后注浆及锚索加固结束后, 通过认真布点长期观察, 马头门段巷道基本稳定, 加固后位移变化量很小 (图1) , 达到了设计支护效果, 取得了良好的经济效益。
5结语