水下钢筋混凝土加固

张 丰

(上海久坚加固工程有限公司，上海 200050)

1 桩基病害概况及维修新方案加固分析

1.1 桩基病害概况

漳州新东江大桥中19号～36号墩的26根桩基中有24根桩基出现病害，主要病害为水中桩出现缩颈、扩颈、桩基表面出现凹槽、混凝土剥落。36根桩中技术状况为三类的10根，技术状况为二类的14根。浮宫大桥中7号～14号墩的20根桩基中有6根桩基出现病害，主要病害为桩基出现缩颈、桩基表面凹槽、蜂窝、混凝土剥落。6根桩基中技术状况为三类的4根，技术状况为二类的2根。

1.2 原设计桩基病害处理方案遇到的难题

原设计方案中对桩基修复的第一步骤就是围水，围水方案采用φ400 cm栓接钢护筒，护筒由两片半圆双接成钢模套在桩基上，然后用混凝土封底，抽出护筒内的水，对桩基进行加固处理。在围水方案中最大的难题就是如何使栓接钢护筒套在桩基上，在两个桩基之间有一个系梁，要使钢护筒套在桩基上，就只有切除系梁，使钢护筒成一整体后下沉至河床，如果系梁不能切除，下沉钢护筒将无法进行，对系梁进行切除，将对桥梁的安全性产生重大影响，所以下沉钢护筒方案不可行。

1.3 桩基病害处理维修新方案加固分析

1.3.1 加固意图

桩基出现的主要病害为桩出现缩颈、扩颈、桩基表面出现冲刷凹槽、混凝土剥落，甚至局部露筋锈蚀等。对这些桩修复加固的意图为:1)对混凝土剥落、缩颈处进行结构尺寸的恢复，恢复原混凝土缺失部分的强度;2)需弥补竖向钢筋及箍筋由于锈蚀引起的局部强度下降;3)加固处理后的桩身具有抗冲刷及抗侵蚀能力，防止该处类似病害的再次发生。

1.3.2 维修加固新方案简述

根据上述桩基病害状况以及加固意图，拟用水下环氧修补砂浆(美国专利水下树脂TYFO®SW-1S与修补料混合)或水下修补砂浆以恢复原问题桩截面尺寸;采用水下芳玻韧布复合纤维加固材料(TYFO®SEH51A复合纤维布与配套水下树脂TYFO®SW-1S配合形成具有足够强度的复合材料)粘贴，以补足竖向钢筋及箍筋因锈蚀可能导致的强度下降;若桩身病害在水面以上，也可用普通的芳玻韧布复合纤维材料(TYFO®SEH51A复合纤维布与配套树脂TYFO®S配合形成高强的复合材料)进行加固修复;这种复合纤维材料在施工时为柔韧的编织布，在水中固化后就成了强硬的板状材料，具有良好的抗冲刷及抗腐蚀的性能。单层芳玻韧布与配套的树脂胶现场复合固化后将形成厚约1.3 mm的板状材料，极限抗拉强度相当于2 mm～3 mm Q235屈服厚钢板，水下的施工可由专业的潜水员完成。

1.3.3 新方案图示

新方案示意图见图1。

图1 新方案示意图

1.3.4 维修加固新方案计算书

芳玻韧布复合后抗拉强度取400 N/mm2。

1)环向一层芳玻韧布复合材料相当于环向粘贴一层A3钢板的厚度为:400 ×1.3/210=2.47 mm。

2)每米范围内围束一层芳玻韧布复核材料(200@250)相当于钢筋(按φ16计算):每米之内的芳玻韧布复合材料的面积为(按中心间距):(1 000/250+1)×200 ×1.3=1 300 mm2，相当于每米之内的钢筋面积:1 300×400/210=2 476.2 mm2［φ16@85(2 365 mm2)］。

由此得出:原结构粘贴复合纤维后不仅对原桩破损处进行了修复，提升了桩的抗冲刷及抗腐蚀能力，同时大大提高了原桩的竖向承载力以及抗震能力。

2 新老方案优缺点比较

原设计方案:施工难度大:若在不破坏原结构的基础上，则无法进行施工;工期长:由于施工繁琐导致整个项目所需工期较长;成本较高。

新方案:大大减小了施工难度，操作方便、简洁;工期大大缩减，且风险性也相对减小;原方案只对原桩损坏处进行了修复，而新的方案不仅修复了原桩损坏处，同时对原桩的抗弯、抗剪能力有了提升，项目成本略有缩减。

3 加固材料

3.1 水下环氧树脂TYFO®SW-1S

3.1.1 材料说明

TYFO®SW-1S环氧树脂是一种特别配制的双组分，100%固体树脂。适用于水下钢筋混凝土结构的加固，也适用于极潮湿的环境中的加固树脂，与石材混合后，能制造出环氧砂浆，且其适用于结构修补，使用在病害部位，能起到防腐蚀与防侵蚀的作用，TYFO®SW-1S环氧树脂是一种低粘度的树脂，能起到更好的饱和纤维布的作用。

3.1.2 材料组分

100%固体组成，环氧树脂、固化剂与惰性填料。

TYFO®SW-1S-A:A组分∶B组分为1∶3混合比例，A，B组分须按精确的重量比进行混合搅拌见图2。

图2 TYFOSW-1S中材料组分配比图

3.1.3 材料特性

材料特性表见表1。

表1 材料特性表

3.2 水下芳玻韧布复合系统

TYFO®高强复合纤维加固系统——Fibrwrap SEH-51A型芳玻韧布与TYFO®专用树脂现场粘合而形成的强韧复合材料，粘贴在混凝土结构的外表面，并形成新的复合结构，以达到提高被加固结构的承载能力及耐久性。芳玻韧布复合纤维布材的单层质量为920 g/m2，单层纤维布与配套胶现场复合粘贴后的工作状态是厚度为1.3 mm的复合纤维板材，复合纤维板材的抗拉强度不小于500 MPa，弹性模量不小于23.5 GPa，延伸率不小于2.0%;水上水下加固系统均至少有以上的基本强度。

3.3 TYFO®S专用树脂粘合剂

TYFO®S是由两种组分混合成的、几乎无味、可溶解的、低粘性的通用环氧树脂，用来和TYFO®S纤维系统复合工作，专用于TYFO®S纤维布复合系统中的基料，由TYFO®S环氧树脂和TYFO®S纤维布组成的复合系统具有很高的延性和良好的力学性能。

详细说明:

组分:A组分:有轻微粘性的液体，B组分:液体。

颜色:A，B组分均为无色透明液体。

混合后的树脂:为水状液体，适合涂浸纤维编织布，可用浸透机、刷子或滚刷均匀涂抹在纤维布上。

保存温度:0℃ ～27℃。

操作温度:不要在5℃以下施工。当施工环境温度高于33℃时要小心谨慎，避免过早发生硬化。在温度较高环境下，注意不要过量配制树脂，以免反应过快。

操作时间:在正常温度下(15℃ ～27℃)，树脂混合后可以使用2 h。材料硬化时不能继续使用。

混合比:体积比:100份的A组分，42份的B组分;重量比:100份的A组分，34.5份的B组分。

固化时间:这种材料施工操作时间为2 h～5 h。当现场环境温度较低的时候其工作时间会相应延长，反之当温度较高时会相应缩短。

4 水下芳玻韧布复合系统施工工艺

4.1 桩基病害调查统计

对桩基缩颈病害的地方检查记录，以确定维修所需施工用料，主要测量缩颈处混凝土剥落的具体高度、缩颈的具体尺寸。

4.2 桩基病害处修复至结构尺寸

1)破损处表面处理。派遣专业潜水员对破损处进行混凝土敲除、水下打磨机打磨。

2)破损处结构尺寸修复。用水下环氧树脂TYFO®SW-1S加石英砂配置成砂浆团状或者水下修补砂浆，潜水员直接将砂浆涂抹在破损处，并用刮刀刮平直至修复到原结构尺寸。

4.3 芳玻韧布粘贴

1)芳玻韧布的裁剪。

根据桩基直径及破损处的高度确定芳玻韧布的粘贴面积，确定相应裁剪芳玻韧布的长度。

2)树脂胶的配制。

根据纤维布粘贴面积确定树脂需求量，配制树脂重量比例为:100份组分A和43.5份组分B混合。将A组分材料倒入B组分材料中，然后进行搅拌直至颜色一致为止。

3)涂刷树脂。

用滚筒将配制好的树脂均匀地涂刷在芳玻韧布表面，双面涂刷。

4)芳玻韧布粘贴。

潜水员将已经涂刷好树脂的芳玻韧布粘贴至桩基上，粘贴芳玻韧布要2人～3人配合，确保芳玻韧布与桩基粘贴密实。

4.4 质量控制措施

因粘贴芳玻韧布在水下进行，要想保证质量，过程控制很重要，对质量的控制从以下几个步骤进行:

材料控制:从源头抓起，保证材料的原装进口且满足要求;

过程控制:水下剥落混凝土剔除干净，表面处理要求平整，配制树脂严格按比例进行;涂刷树脂要求均匀;水下粘贴芳玻韧布要求平整密实。

检测控制:可在正式粘贴芳玻韧布之前把芳玻韧布做成型样品，将样品放置在水中浸泡7 d，然后对样品进行强度性能检测，确定树脂在水下固化的可靠性。

5 材料现场效果试验及施工监测

5.1 材料现场效果试验

水下环境在混凝土表面粘贴TYFO®SEH51A复合纤维布与配套树脂TYFO®S配合形成高强的复合材料，浸泡2 d后取出，对其效果进行评估。

5.2 施工阶段监测

施工中采用水下监控摄像机进行施工录像，了解水下施工动态。

6 结语

水下钢筋混凝土结构，运营一些年限后，容易出现钢筋锈蚀、锈胀、混凝土缺损、冲刷、盐蚀等病害，水下混凝土加固系统在工程加固中的运用将会越来越成熟。

［1］张 捷.混凝土缺陷水下修补技术［J］.大坝与安全，2004(5):20-25.

［2］买淑芳，吴怀国.水下混凝土建筑物的修补材料及应用［J］.施工技术，1994(1):35-37.

［3］单宇翥，胡连军.青铜峡水工泄水建筑物混凝土缺陷水下补强加固［J］.大坝与安全，2002(1):49-51.