盐河老闸混凝土加固修复监测数据分析与评估

谢正浩 梅明荣 盛维高 王山山 任青文

（1.河海大学 力学与材料学院，南京 210098；2.江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮安 223001）

混凝土结构在使用30～40年以后，混凝土性能不断地劣化，产生了不同程度的老化与损伤.我国在20世纪五六十年代兴建的大批混凝土建筑，尤其是水利工程，目前都面临着老化及耐久性问题，急需加固改造［1］.

混凝土的加固与补强措施是提高结构安全度、减少事故隐患的有效手段.国家对于混凝土老化、损伤病害的研究及其防治措施的高度重视，极大地推动了我国混凝土结构加固技术的应用与发展.混凝土加固方法也因此形成了比较配套的、系统的技术与工艺［2］.

1 盐河闸加固修复的施工

1.1 工程概况

盐河闸位于淮安市杨庄乡境内，是分淮入沂综合利用工程之一，为盐河灌区引水渠首，具有供水、分洪、防洪等功能.1959年4月建成运行，至今已50多年.该工程投入使用后陆续出现一些问题，从1963年以来管理单位已多次对该工程进行了维修加固，但仍存在不少问题，目前主要问题是：闸身挡洪高度不足；在校核洪水位工况下闸身抗滑安全系数不满足规范要求；混凝土结构碳化严重，涵洞顶板强度不足；钢筋砼闸门框架及面板裂缝、主滚轮锈死、止水失效、漏水严重.为消除盐河闸工程安全隐患，需尽快对该工程进行加固.

1.2 施工方案比较与选择

混凝土结构加固方法很多，常用的加固方法有：加大截面法、外粘聚合物FRP法、钢丝网复合砂浆加固法、裂缝修补、植筋加固法、预应力加固法、喷射混凝土补强法等等［3］.这些加固方法施工简便，但是不同的加固方法有不同的优缺点，比如加大截面法存在施工湿作业时间长的缺点，而FRP法存在着需要专门的防火处理的缺点等.植筋加固技术具有施工快速简便、固化时间短、承载快、可减短工期等优点，且植筋加固所用的粘结材料耐腐蚀、不易老化，施工后产生高负荷承载力，钢筋不易移位或被拔出，有良好的密着性能，不需作其他任何防水处理，可在湿润的情况下长时间负荷不变，抗拉力大等，这对水工结构的加固有着很大的适用性［4-5］.本工程就采用了植筋加固修复技术.

植筋固化后要开始支模和浇筑混凝土，但由于盐河闸闸身加固空间狭小、钢筋密集，新浇混凝土为“∏”形薄壁结构，闸墩临水侧加厚15cm、顶板底面加厚40cm.混凝土浇筑时需从原洞顶4.0m厚的填土上开孔灌入闸墩和顶板，钢筋、模板安装后整个浇注区是封闭的，其结构特点决定了施工人员无法进入仓面浇筑振实混凝土，因此传统施工方法与普通混凝土不能满足质量要求，在此另提供两种混凝土施工方案比较.

方案1为自流平混凝土：自流平混凝土是一种流动性大且黏聚性强的高性能混凝土，仅靠自身重力且无需振捣也可以达到自动流平、密实成型，充分填充钢筋与模版间的空隙完成浇注.它不仅具有良好的力学性能和耐久性能，还具有高填充性、高抗离析性和良好的钢筋间隙通过性能，并能减少施工所产生的噪音，防止振捣不善形成的结构离析等质量事故［6］.尤其在一些形状较复杂，高密度配筋以及断面狭下或者封闭的特殊结构部位上，无法通过振捣完成的混凝土的浇筑施工，自流平混凝土可以很好地解决这些问题［7］.

方案2为喷射混凝土：喷射混凝土是利用压缩空气或其他动力，将按一定配比的混凝土拌料和外加剂等通过管道输送并高速喷射到受喷面上，从而在很短的时间内凝结硬化形成的混凝土［8］.通过喷射来冲击挤压以达到混凝土的密实，具有自捣、早强、密贴、柔性、成本低以及适用范围广的特点，是建筑物补强最有效的手段之一［9］.

通过对常规浇筑混凝土、自流平微膨胀混凝土、喷射混凝土等3种施工方案技术比较，根据施工现场实际情况，采用自流平微膨胀混凝土方案能够满足混凝土密实性和表面平整度的要求.

2 盐河闸加固工程实测数据分析

2.1 传感器安装说明与布置图

为了较全面了解盐河闸修复加固的实际效果，我们在施工现场安装相关的监测仪器来量测结构关键部位的应力、应变等参数.在顶板布置三个断面，每个断面在中部和边部各布置一个应变计，并在中部布置一个钢筋计.○代表应变计，□代表钢筋计（图1、图2）.应变计安装时，需先在老混凝土上打孔，将应变计一半放入，并用膨胀水泥砂浆封填，另一半应变计在新混凝土浇筑后自动在新混凝土中，用来测试不同荷载情况下顶板新、老混凝土结合面的变化情况.中部钢筋计用来测试不同荷载情况下顶板新老混凝土结合面上植筋内力的变化情况.

图1 传感器布置平面图

图2 传感器布置截面图

2.2 应变计实测数据

根据测量计算得到如表1所示数据.对中部及边部位置数据进行对比分析，如图3所示.从图3～4可知：①上游部位的应变变化比较剧烈，中下游部位的应变变化比较小；②总体来说，对比上游或中下游，中部的应变比边部的应变要大；③下游的应变总是比中部的应变要大.

表1 应变表 （单位：με）

图3 中部应变计随时间变化折线图

图4 边部应变计随时间变化折线图

查混凝土结构设计规范可知所能承受的极限压应变为330με，极限拉应变为100με.对照加固后的应变数据，混凝土形变在容许范围之内.

2.3 钢筋计实测数据

根据测量计算得到如表2所示数据.

表2 植筋荷载表 （单位：N）

对中部及边部位置数据进行对比分析，如图5所示.从图5可知：①在结构中部，施工初期植筋受拉力且拉力较大，之后逐渐变为压力，说明中部加固较好；②上下游位置的植筋一直受拉力且变化不大；③植筋的荷载随着天数的增加逐渐稳定，说明新旧混凝土逐渐形成一个整体结构开始工作.

图5 植筋荷载折线图

本工程加固所采用植筋为Φ18，根据规范可知单根植筋锚固的承载力设计值为305208N［11］.对照植筋加固后的荷载，满足承载力要求.

3 结 论

通过对盐河老闸施工现场安装相关监测仪器来量测加固后的结构关键部位的应力、应变等参数的分析，发现结构上游部分的混凝土应变变化剧烈，中下游变化较平稳，这是由于上游位于闸口，水流等因素对这个部位的影响比较大.结构有些部位新旧混凝土之间存在拉开的趋势，但是趋势并不大，这是由于混凝土本身有自重存在，加固后的数值完全满足规范要求，而且植筋的荷载随着天数的增加逐渐稳定，说明新旧混凝土逐渐成为一个整体结构开始工作.

混凝土的结构加固方法很多，各有利弊，加固方法的选择要综合考虑结构特点、施工场地的限制及经济性等因素.对于老闸加固，采用植筋加固的方式配合自流平混凝土的浇筑，并在后期采用监测体系来监测新老混凝土的整体性是一种安全简便的加固形式.

［1］刘万新，刘俊义，丁洪亮.关于水闸除险加固工程设计的几个问题［J］.水利水电快报，2004，25（20）：17.

［2］宋中南.我国混凝土结构加固修复技术与发展对策［J］.混凝土，2002（10）：10－11.

［3］王宏琳.加固方法之我见［J］.科技创新导报，2010（14）：47.

［4］刘 辉.植筋技术应用研究浅议［J］.建筑技术开发，2003（12）：56－58.

［5］王祖珍.植筋加固技术的设计及施工应用［J］.公路工程与运输，2009（208）：232.

［6］张建华.自流平混凝土的配置和应用［J］.科技创新导报，2012（33）：59－60.

［7］张国强，马先伟.自流平混凝土原理探讨及性能评价［J］.平顶山工学院学报，2006（15）：64.

［8］谢兴保.现代喷射混凝土技术原理及特性分析［J］.武汉水利电力大学学报，1994，27（6）：654.

［9］王红喜，陈友治，丁庆军.喷射混凝土的现状与发展［J］.岩土工程技术，2004（18）：51－52.

［10］GB50367-2006.混凝土结构加固设计规范［S］.