钢板粘贴法在某高桩码头加固改造中的应用
高义慧
摘 要：本文以长江下游镇江段某高桩煤码头升级改造过程中遇到的一系列混凝土裂缝、破损问题为例，阐述了老码头修复过程中混凝土常见的裂缝现场及修补措施，着重介绍了钢板粘贴加固下横梁的施工方法。
关键词：钢板粘贴法 混凝土 加固 修补
随着长江南京以下12.5深水航道米的建成，3万吨级以下海船可以满载到达南京以下各港口，3万吨及以上海船需减载后进江直达南京。进一步提高该河段航道维护水深后， 3万吨级可满载，3万吨以上海船则平均可多装载1500—2000吨货物直达南京，可进一步降低单位运输成本，有利于推进船舶大型化发展进程，优化运输船舶结构，进一步释放航道潜能，长江下游一系列老码头需要升级改造。本案例中高桩散货码头由原3.5万吨泊位按满载靠泊5万吨级散货船进行加固改造。
工程概况
该码头总长260m，宽27.6m，码头面标高6.0m（56黄海高程，下同），码头前沿设计泥面标高-11.2m。设有四个分段共40榀排架，排架间距7m（部分排架间距6m、6.5m）。码头为高桩梁板式结构，每榀排架下布置10根600mm×600mm预应力砼方桩，桩长43～45m，其中有2对叉桩，两根轨道梁下各布置3根直桩。上部结构由现浇上、下横梁，预制安装纵梁、边梁、轨道梁、叠合面板组成。
根据码头检测与评估报告检测结果，目前码头结构的主要缺陷是部分桩基、横梁等结构存在裂缝、破损等现象，码头部分附属设施脱落、松动、等缺陷。检测单位对码头结构安全性、使用性的评定结果：码头整体结构安全性评估等级为A级，使用性评估等级为A级。
码头修复改造
本次码头升级改造工程中根据检测的实际情况对不同的破损和需要加固的地方采取了以下5种处理方式：①表层封闭法：工程中对宽度在0.2mm以下并已停止发展的浅层裂缝，特点是修补施工简单易行，修补后构件表面美观；②压力灌浆法：对于大于0.2mm的裂缝，采用高压灌浆法，其其特点是浆液凝结硬化后强度高、粘接力好，对封闭裂缝、恢复结构的整体性和耐久性有显著作用；③局部损伤修补方法：对于码头面层、横梁、靠构砼脱落、露筋的情况，重新浇筑砼至原状；④碳纤维布加固法：加固材料为抗拉强度极高的碳纤维布，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性；⑤粘贴钢板法：法采用环氧树脂系列黏结剂将钢板黏贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位， 使之与结构物形成共同受力的整体，以提高其刚度，改善原结构钢筋混凝土的应力状态，提高结构的承载能力。
由于该码头长期使用，码头下横梁底部出现较多细小裂缝，考虑靠泊能力提高，下横梁采用粘贴钢板法进行加固。用黏贴钢板来加固桥梁， 在国内已得到广泛的应用 ， 由不少应用实例。这是因为这种加固法具有如下优点：① 不需要破坏被加固的原有结构；②加固工程几乎不增大原结构的尺寸；③尽管工程质量要求很高， 但施工时并不要求高级的专门技术人员操作；④能在短期内完成加固工程。
下横梁粘贴钢板前应先将砼结合面凿毛、清除干净后打磨，直至完全露出新面，并用电吹吹除粉粒，要求混凝土表面的正拉粘结强度不应低于2.0MPa。钢板的粘结面应进行除锈和粗糙处理，除锈等级应达到St3.0，粗糙度应达到60～100μm，其后应用脱脂棉粘丙酮擦拭干净。
加固粘贴钢板可分条施工，采用手工涂胶，按施工图的孔眼位置在混凝土黏合面上选用与膨胀锚固螺栓相应直径钻头用电钻（ 冲击钻） 钻孔。由于钢筋混凝土内部有钢筋， 而且钢筋位置误差较大， 容易在钻孔时碰到钢筋阻碍， 故可避开内部钢筋而适当移动孔眼位置。待混凝土黏合面上孔眼全部钻成后， 用电钻钻取相应孔眼， 以使二者孔眼对准无误； 然后把钻有孔眼的钢板覆盖到混凝土黏合面上。
用斩斧在黏合面上依次轻斩混凝土表面，斩斧纹路应与受力方向垂直， 除去表层 0. 2 ～ 0. 3 c m 以露出砂石新面， 并除去粉粒；用无油棉丝蘸丙酮擦拭混凝土黏合面， 除去油污；保持混凝土黏合面干燥清洁状态；用无油棉丝蘸丙酮擦拭钢板黏合面，直到用新棉丝蘸丙酮擦拭后不见污垢为止。然后将新配好拌合均匀的建筑结构胶用刮刀（ 铲刀） 紧密地、均匀地分别涂抹在做过表面清洁处理的混凝土黏合面和钢板黏合面上， 使之充分浸润在黏合面上。手拉葫芦在下横梁上固定，胶水粘贴好后通过手拉葫芦将钢板上拉至横梁底部，立即用U型抱箍固定并植入膨胀螺栓，以增加钢板的受拉强度，并加压至胶液刚从钢板边缘挤出。粘贴钢板的胶粘剂性能指标应满足《港口水工建筑物修补加固技术规范》（JTS311-2011）的规定，并进行抗老化实验，粘贴钢板后应进行正拉粘结强度检验。最后可采用锤击法检查钢板粘贴的空鼓率，要求空鼓率超过5%，其具体施工流程为：
图1 钻孔，安装膨胀螺栓 图2 手拉葫芦提升钢板，黏贴
图3 锤击法检测空鼓率 图4 涂刷防腐涂料
码头横梁底部加固采用粘贴钢板法补强，即对现有下横梁强度不足区段进行加固，共加固40个排架。加固方法为在横梁底部粘贴总厚度8mm的钢板，每层4mm，共2层，胶粘剂指标详见表1。钢板用U型抱箍固定并植螺栓，以增加钢板受拉强度。
表1 胶粘剂性能指标表
拌合的建筑结构胶基本固化时间约 24 h ，此后即可受力。固化后可采用小铁锤轻轻敲击钢板，空鼓率应不超过5%，否则此黏结件不合格，应剥下重新黏贴或采取有效措施补黏或补强。钢板外露面采用环氧沥青涂料的方式进行防腐。而环氧树脂的特性是受紫外线照射时，容易发生分解、产生老化。在粘钢加固的结构中，环氧树脂处于钢板和混凝土之间 ，且在码头下部，不会受到紫外线的辐射影响，故而粘钢结构的耐久性是比较好的。
结语
本工程已正式通过验收，并经过近三年的试运营，多次停靠5万吨级散货码头，码头结构状态良好，未发现明显的裂缝发展，说明本次码头加固过程中采取的混凝土裂缝修补措施合理。
需要在今后施工过程中注意的几点事项：①结构裂缝的修补首先要确定裂缝成因再选择合适的修补材料和方法；②钢板粘土法加固时采取合适的固定措施，适当加压，及时检查空鼓率；③环氧树脂的抗剪强度一般在 7-10 Ma P 之间。环氧树脂的配方有很多，不同的配方性质差异很大，在实际加固中应该仔细选择粘结剂 ，使其满足要求。④由于码头下部横梁属于水位变化区，必须做好钢板防腐工作。
参考文献：
[1] JTS 311—2001 港口水工建筑物修补加固技术规范[S].
[2] 戴海新，上海徐汇滨江老码头结构修复加固设计，水运工程2013.2月第2期（86-90）
[3] 孙士国、赵晓辉，桥梁黏贴钢板加固法原理与施工要点，黑龙江水利科技，2009年第2期（第37卷）
[4] 杨庆国、李祖伟、陈强、易志坚，粘贴钢板加固钢筋混凝土结构的几个问题，中国公路学会桥梁和工程协会2001桥梁学术讨论会论文集
（作者单位：上海三航奔腾建设有限公司）
