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关键词:混凝土结构的加固砌体结构的加固钢结构加固
混凝土结构加固篇
混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。
一、直接加固的一般方法有:
1、加大截面加固法
在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。
在适筋范围内,混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下,增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面,通过新加部分和原构件共同工作,可有效地提高构件承载力,改善正常使用性能。
加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。
2、置换混凝土加固法
该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
3、有粘结外包型钢加固法
外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。
该法也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
4、粘钢加固法
钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。
该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
5、粘贴纤维增强塑料加固法
外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
6、绕丝法
该法的优缺点与加大截面法相近;适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。
7、锚栓锚固法
该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
二、间接加固的一般方法有:
1、预应力加固法
(一)预应力水平拉杆固法
预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上(当拉杆与梁板底面紧密贴合时,拉杆会与构件共同找曲,此时尚有一部分压力直接传递给构件底面),在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。
由于水平提杆的作用,原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压,因此,加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。
(二)预应力下撑拉杆加固法
钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点(下撑点和杆端锚固点)传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,改变了原构件截面内力特征,从而提高了构件的承载能力
该法能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响;适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固,但在无防护的情况下,不能用于温度在600C以上环境中,也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
2、增加支承加固法
增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的载载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
3、其它加固法
辅助结构加固法是采用另制的辅助构件,如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁,部分或全部分担被加固梁的荷载。
在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗弯和抗剪能力都得到提高。
三、与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有:
1、托换技术
系托梁(或桁架)拆柱(或墙)、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称;属于一种综合性技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成;适用于已有建筑物的加固改造;与传统做法相比,具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点,但对技术要求较高,需由熟练工人来完成,才能确保安全。
2、植筋技术
系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术;可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋;已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救,构件加大截面加固的补筋,上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长,房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。
3、裂缝修补技术
根据混凝土裂缝的起因、性状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术;适用于已有建筑物中各类裂缝的处理,但对受力性裂缝,除修补外,尚应采用相应的加固措施。内部修补法。
内部修补法是用压力泵把胶结材料压力混凝土裂缝中,结硬后起到补缝作用,并通过其胶结性使原结构恢复整体性,该方法适用于裂缝宽度较大,对结构的整体性和安全性及耐久性等有影响,或有防水防渗等要求的裂缝的修补。
4、碳化混凝土修复技术
系指通过恢复混凝土的碱性(钝化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术。
5、混凝土表面处理技术
系指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。
6、混凝土表层密封技术
系指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术。
7、其它技术
如结构、构件移位技术、调整结构自振频率技术等。
砌体结构篇
四、砌体结构加固方法:
砌体结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时,可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法。
(一)适用于砌体结构的直接加固方法一般为:
1、钢筋混凝土外加层加固法
该法属于复合截面加固法的一种。其优点是施工工艺简单、适应性强,砌体加固后承载力有较大提高,并具有成熟的设计和施工经验;适用于柱、带壁墙的加固;其缺点是现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。
2、钢筋水泥砂浆外加层加固法
该法属于复合截面加固法的一种。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近,但提高承载力不如前者;适用于砌体墙的加固,有时也用于钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。
3、增设扶壁柱加固法
该法属于加大截面加固法的一种。其优点亦与钢筋混凝土外加层加固法相近,但承载力提高有限,且较难满足抗震要求,一般仅在非地震区应用。
(二)适用于砌体结构的间接加固方法一般为:
1、无粘结外包型钢加固法
该法属于传统加固方法,其优点是施工简便、现场工作量和湿作业少,受力较为可靠;适用于不允许增大原构件截面尺寸,却又要求大幅度提高截面承载力的砌体柱的加固;其缺点为加固费用较高,并需采用类似钢结构的防护措施。
2、预应力撑杆加固法
该法能较大幅度地提高砌体柱的承载能力,且加固效果可靠;适用于加固处理高应力、高应变状态的砌体结构的加固;其缺点是不能用于温度在600C以上的环境中。
(三)砌体结构构造性加固与修补
1、增设圈梁加固
当圈梁设置不符合现行设计规范要求,或纵横墙交接处咬搓有明显缺陷,或房屋的整体性较差时,应增设圈梁进行加固
2、增设梁垫加固
当大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体出现局部竖直裂缝时,应增设梁垫进行加固。
3、砌体局部拆砌
当房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影响承重及安全时,可将破裂墙体局部拆除,并按提高砂浆强度一级用整砖填砌。
4、砌体裂缝修补
在进行裂缝修补前,应根据砌体构件的受力状态和裂缝的特征等因素,确定造成砌体裂缝的原因,以便有针对性地进行裂缝修补或采用相应的加固措施。
钢结构篇
五、钢结构加固方法:
钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,亦可采用其它加固方法。
1、改变结构计算图形
改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法;
改变结构计算图形的一般加固方法:
(1)对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固:
A、增加支撑形成空间结构并按空间结构验算;
B、加设支撑增加结构刚度,或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性;
C、增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性;
D、在排架结构中重点加强某一列柱的刚度,使之承受大部分水平力,以减轻其它柱列负荷;
E、在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。
(2)对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固:
A、改变荷载的分布,例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载;
B、改变端部支承情况,例如变铰接为刚结;
C、增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构;
D、调整连续结构的支座位置;
E、将结构变为撑杆式结构;
F、施加预应力。
(3)对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固:
A、增设撑杆变桁架为撑杆式结构;
B、加设预应力拉杆。
2、加大构件截面的加固
采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。
3、连接的加固与加固件的连接
钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。
钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时,应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。
4、裂纹的修复与加固
结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时,应设法修复。在修复前,必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性,有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施,对不宜采用修复加固的构件,应予拆除更换。
参考书籍:
《结构可靠性鉴定与加固技术》曹双寅邱洪兴王恒华编
《混凝土结构耐久性》金伟良编
汉川水闸位于汉江干堤左岸桩号65+050处。该水闸为排涝防洪节制水闸,于1951年开工,1953年竣工。该水闸为钢筋混凝土开敞空箱式结构,底板高程18.30m,水闸顶部高程31.30m,三孔,每孔净宽4.0m,净高6.0m,水闸室宽16.50m长33.8m,设计流量474m3/s。原规划设计的水位组合:防洪工况:内湖水位23.00m,外江水位30.50m;排涝工况:内湖水位23.00m~27.00m,外江水位18.68m~30.24m。该水闸建成后,为刁汊湖区的农业生产发挥了重要作用。为了更进一步了解裂缝的成因,业主委托长江科学院材料结构所对水闸水闸墩、底板的混凝土及钢筋情况进行取样试验,检测报告结论为:
(1)水闸墩裂缝表面宽,向水闸墩内逐渐变小。
(2)混凝土碳化深度最大为6.0mm。
(3)未碳化的混凝土抗压强度为37.6MPa~53.7MPa。
(4)混凝土碱骨料反应特征不明显。
(5)混凝土裂缝以外的钢筋无锈蚀现象。
2工程加固设计方案
通过技术经济比选,采用水闸后建水闸的方案。经论证分析,新建水闸的规模可将原老水闸两边孔封闭,只保留中间一孔。
3工程地质
新建涵水闸地质勘探揭示,工程区为汉江一级阶地。从上往下依次为:18.2m~17.40m,为淤泥质粉质粘土,灰黑色,呈软塑状。该层在新水闸洞身以下,建老水闸时进口铺盖时已完全挖除。17.40m~16.20m,为黄褐色粘土,含锰铁斑点,呈可塑状态,标准承载力fk=150kPa,压缩模量Es=5.63MPa,钻孔桩桩周摩阻力标准值qs=25kPa。16.20m~14.60m,为含淤泥质粘土,灰黑色,云母片比较多,呈塑状,标准贯数5击,标准承载力fk=110kPa,压缩模量Es=1.8MPa,钻孔桩桩周摩阻力标准值qs=20kPa。14.60m~5.40m,为粉砂层,灰黑色,饱和,稍~中密实,质地均一,上部夹薄层粉质粘土,下部时见细砾石,标贯数8~25击,标准承载力0.00m高程以上fk=180kPa,0.00m高程以下fk=200kPa,钻孔桩桩周摩阻力标准值qs=30kPa。钻孔桩桩端承载力标准值qp=750MPa。
4水闸工程加固设计
4.1设计标准
设计水位组合情况:设计防洪工况:内湖水位23.50m,外江水位31.69m;校核防洪工况:内湖水位23.50m,外江水位32.19m;排涝工况:内湖水位25.14m,外江水位18.97m。
4.2设计指导思想
(1)新建涵水闸所有部分独立受力挡水,紧挨老水闸但与老水闸断开。
(2)工程布置充分考虑水闸区环境建设。
(3)充分利用现有消力池及海漫的消能防冲功能。
(4)充分利用原有建筑物的防渗功能。
4.3工程布置及设计
(1)洞身布置。新建涵水闸为涵洞型式,洞身中心轴线与老水闸中心线一致,孔口尺寸为5.5m×4.8m,底板高程由于受到现有内湖侧铺盖的限制,最低只能定为19.50m。与老水闸底板18.30m的联接采用1:3.5的坡度衔接。洞顶高程25.00m,顶板上部高程26.00m。洞身长度根据城区建设及防渗要求,为36.00m,防洪工作门设在靠外江侧。洞上部填土至31.30m与老水闸水闸顶高程一致,以便于配合城市建设。31.30m以上采用钢筋混凝土防水墙,防水墙顶部高程为33.00m,高于校核洪水位0.81m。新水闸启闭室与老水闸启闭室一起组成新水闸生活管理设施。堤顶由公路面14.00m宽及两边1.50m人行道组成,公路面暂采用沥青路面,人行道采用混凝土预制块铺设,堤坡与环境绿化建设一致。
(2)老水闸两边孔的封堵工程布置。由于对于老水闸桩基础的实际承载力不尽详细,故对于两边孔的封堵建筑物的布置基本原则仍然同洞身布置一样,在老水闸内湖侧采用扶壁式挡土墙型式。
(3)内湖侧联接建筑物。内湖侧进口联接建筑物采用R=10.00m的圆弧型扶壁式挡土墙型式。挡土墙顶高程与涵顶板上部高程一致,为26.00m。
(4)基础处理。在进行桩基础设计时,天然地基承载力较低,只有110kPa,根据其他同类工程设计经验,及相关设计规范要求,为了节约工程量,应合理利用天然地基承载能力。所以在设计中我们采用了桩同受力的设计方法。即天然地基在不超过允许承载力的前提下,让天然地基承受40%的上部荷载,60%由桩基承担。桩基布置型式为:①洞身部分:在顺水流方向,沿洞身两边墙各布置一排桩,桩距在顺水流方向由2.50m逐渐变为3.00m,垂直水流方向间距6.00m。桩直径800mm,桩长随受力大小,由24.00m逐渐变为20.00m。②挡土墙部分:桩基布置主要解决天然地基承载力不够,及控制不均匀沉降问题。桩基直径仍采用800mm,由于封堵老水闸口处的两个挡土墙,前齿处地基应力比较大,且又受到地质层的限制,桩基长度不能超过24.00m,(超过24.00m则进入砂卵石层,施工非常困难。)故桩距离比较近,最小2.00m(相当于2.5倍桩径,达到规范允许最小值)。
1.1水库土坝结构
水库土坝结构的修筑质量差是当前水库施工工程中常见的问题之一,这主要是因为施工人员在对水库土坝结构进行施工的过程中,没有对周围的地质情况进行全面的了解,而且所采用的施工技术和施工材料也存在着一定的质量缺陷,这就导致水库的土坝结构在使用过程中出现严重的质量问题,使大坝出现渗流的现象。
1.2水库的使用过程
水库在使用过程中,大坝坝体出现局部坍塌的情况,这就对土坝结构的稳定性,带来了严重的影响,使其水库大坝的抗滑功能和稳定性能无法满足水库工程设计的要求,从而出现了许多安全隐患,对水库的正常运行和人们的日常生活造成了严重的影响。
2土坝加固设计方案
从我国当前水库工程发展情况来看,水库土坝结构的除险加固问题,不仅对水库的正常使用造成了严重的影响,还存在着一定安全隐患,时刻威胁着人们的生命财产安全。为此,对水库土坝加固方案进行设计。目前,人们在水库土坝加固设计中所包含的内容主要有:土坝坝体加厚、坝体防渗和坝体的截渗设计等。
2.1大坝坝体培厚、坝坡放缓设计
在对大坝坝体结构进行抗滑稳定加固施工工程中,坝体边坡的抗滑稳定性不足的问题直接影响了水库的使用功能,因此,为了保障水库的正常使用,技术人员就要采用大坝坝体培厚以及边坡放缓设计,来提高大坝坝体的稳定性。不过由于在不同的水库工程施工中,其大坝结构也存在着一定的差异,而且在对其进行施工的过程中还要考虑到水库周围的地质环境等综合因素,因此采用经济、安全的设计方案对其进行施工处理是十分必要的。
2.1.1上游培厚、坝坡放缓,下游坝坡不变将原上游坝坡1:2.5、1:2.75、1:3.3三级变坡通过坝体底部培厚为1:2.75、1:3.0、1:3.50,变坡处高程分别为89.00m和77.00m,坝顶宽度保持6.0m。大坝下游坝坡原设计为1:2.5、1:2.8、1:3.2、1:1.50,保持不变。
2.1.2上游坝坡削坡放缓,下游坝坡相应培厚将原上游坝坡从高程89.00m起向上通过削坡改成1:2.75,变坡处高程为77.00m,上游坝坡为1:2.75、1:3.3二级变坡。坝顶总宽不变,大坝轴线向下游平移2.75m。下游坝坡在原坝坡基础上相应培厚,保持原坡比不变。变坡处高程分别为92.00m、83.00m、74.50m,变坡处设宽2.0m马道,马道内侧设排水沟。
2.1.3上游坝坡底部培厚、上部消坡放缓,下游坝坡相应培厚将原上游坝坡三级变坡通过底部培厚、上部消坡放缓改成1:2.75、1:3.0、1:3.5,变坡处高程分别为89.00m和77.00m,坝顶总宽保持6.0m不变,大坝轴线向下游移2.00m。下游坝坡在原坝坡基础上相应培厚,保持原坡比不变。变坡处高程分别为92.00m、83.00m、74.50m,变坡处设宽2.0m马道,马道内侧设排水沟。
2.2大坝坝体防渗设计
2.2.1冲抓套井回填粘土防渗墙作为水库大坝加固设计中最常见的一种加固方式,防渗墙的使用范围较广,施工设计方法也有很多,其中回填粘土防渗墙和沥青混凝土防渗墙是较为常见的两种施工设计方案。利用冲抓式打井机具,在土坝渗漏范围造井,用粘性土料分层回填夯实,形成一连续的套接粘土防渗墙,截断渗流通道,以起到防渗目的。此外,在回填粘土夯击时,夯锤对井壁的土层挤压,使其周围土体密实,提高堤坝质量,从而达到坝体防渗、加固的目的。采用排套井平行坝轴线布置,套井直径为1.1m,排距为0.8m,套井深入坝基强风化层内1m。
2.2.2机械造槽法修建沥青混凝土防渗墙与粘土相比,沥青混凝土的塑性更佳,防渗能力和变形能力也更强,当防渗墙出现裂缝时,沥青混凝土还可以通过自行愈合的能力来治理裂缝,因而防渗效果更佳。一般坝体在采取沥青混凝土防渗墙时,多采用机械造槽法进行施工,必要时还会与帷幕灌浆技术相结合,以确保坝体防渗体系的可靠性,提高土坝加固设计效果。
2.3劈裂灌浆
劈裂灌浆防渗机理,是沿土坝轴线的小主应力面,用一定的泥浆压力人为地劈开坝体,灌注泥浆,利用浆坝互压、泥浆析水固结和坝体湿陷密实等作用,使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴等隐患得到充填、挤压密实,形成竖直边浆体防渗墙。同时,由于灌浆压力在坝体内部所产生的应力再分配,也能改善坝体的应力状态,促进变形稳定。劈裂灌浆按双排孔布置,孔距为4.0m,孔径为1.0mm,排距为0.5m,孔深入基岩强风化层1.0m。钻孔灌浆采用分序钻灌,这样可以使灌入的浆液平衡均匀分布于坝体,有利于泥浆排水固结,避免坝体产生不均匀沉陷和位移。施工时,先钻灌一序孔,后在序孔中间等分插灌二序孔。
2.4大坝坝基和坝肩防渗加固设计
对于水库大坝来讲,坝基的加固和坝肩的加固也十分重要。如果坝基所处位置的地质层为强风化砂岩,并且还附有一定透水能力强的残积土层,那么该大坝的坝基就非常容易出现渗漏现象,必须要对其采取有效的加固防渗措施。一般在实际的工程实践中,对于这种坝基和坝肩的防渗加固设计多采用帷幕灌浆的方法或者高压喷射灌浆的方法。灌浆的质量和相关技术参数需要结合工程的实际情况,通过一定的灌浆试验来最终确定,以保证加固设计方案的可行性与可靠性。
3结束语
(1)积雪引起的压强取0.50kN/m2,由于大风造成的压强取0.50kN/m2;(2)恒荷载数值应以厂房实际工作情况确定;(3)屋顶积雪分布系数按照设计规范中给出的系数适当提高,以项目所在地的积雪分布荷载为基础,该项目取2~4,承重钢件的重要性系数取1.1;(4)计算檩条过程中,积雪荷载取值可参照本次雪灾的积雪分布规律进行计算;(5)未受损的部件和各部件连接处也可能受损,加固设计中也应考虑这部分因素;(6)加固方案应保证实际工作方便,可操作,减少加固工程对正常生产运行的影响;(7)加固过程中应保证生产安全、方案合理可行;(8)根据实际情况,可将修复、加固工作分阶段实施操作。
2钢架加固
2.1加固设计方案
按照上述工程实例情况,基于目前加固设计标准和操作规范,结合事故检测报告中提及的问题进行分析,本文设计了2种钢架加固方案,进行筛选。方案一:通常厂房荷载计算只选取恒荷载,一般为50年最大风雪荷载量进行计算。这种方案计算所得的轻钢厂房强度并不能满足实际工作需求,也不能达到设计标准。为解决上述问题,本方案对承重梁进行加腋处理,以缓解焊接重量,柱翼缘选择对称焊接,以提高承载能力。该方案所需焊接工作量大,对生产过程的影响也大。方案二:对上述工程实测数据分析可知,厂房悬挂荷载较低,钢架所承受恒荷载为0.3kpa。按照上述数据可知,轻钢厂房外部构件稳定性不达标,在柱翼缘处加入刚性系杆,以缓解这一问题。该加固方案工作量较少,对厂房内部设备生产运行影响也小。对厂房实际工作情况进行分析,在厂房运行过程中不能有灰尘产生,两种方案进行对比分析,选取方案二进行加固处理。
2.2荷载取值范围
在计算过程中确定荷载取值范围,选择轻钢结构设计可以按照相关设计规范选取合理数值。通常情况,雪压、风压选取50年内最大值,本工程分别选取0.5kpa和0.55kpa;恒荷载量取0.3kpa,悬挂荷载量取0.1kpa;房屋自重计算得0.2kpa。按照上述荷载取值范围进行核算,该数值是按照单向刚接计算所得,而实际工作中是双向刚接,应对上述数据进行处理。根据上述数据可见,轻钢结构中主要存在超负荷工作现象,大部分钢架外部稳定应力超过承受限值。经分析可知,保证钢架柱稳定应力不超过1,面部长度应取5.5米进行计算。此外,钢架梁所承受的应力也超极限运行,要保证稳定性达标,面外长度应取3米进行计算。
2.3刚架结构的加固
如图2所示,刚架结果加固处理即在柱间设置刚性系杆,以降低轴面外部的长度,设计规范中规定,面积应小于5.5m2,该工程计算0.9m×5.85m=5.25m2,符合规范条件。
3维护结构的加固设计
3.1檩条的加固设计
在对檩条进行加固设计中,应首先确定檀条部分的荷载数值。参考本次雪灾积雪分布规律进行计算。在进行加固处理时,应轻轻揭开厂房外顶板,为确保厂房能够正常运行,厂房内部环境不受影响,应将厂房内顶板留于厂房顶部,为缓解承载应力作用,应增加檩条数量。檩条加固设计时应结合实际积雪荷载量和分布范围,选择最为经济合理的檩条位置和数量进行加固设计。积雪较少的位置处檩条可以不改变布设位置,在原檩条位置加设2.5毫米厚的C状檀条;在积雪符合较大的区域,在原檩条处加设3毫米厚的C状檀条,加设的C状檀条高度应与原檀条保持一致;在积雪最严重的区域,可利用25a热轧槽或者H型钢檩条焊接到原檀条位置,对受损部位进行焊接修复处理,以加强原檩条的承载能力。
3.2其他结构的加固设计
屋面支撑材料的加固应遵循设计规范中规定的设计方法进行设计,加设刚性系杆以提高屋面整体的承载能力,同时,设计者还应考虑实际加固施工的可操作性,选取最方便可行的设计方案。墙梁加固设计中,可在需要加固的墙梁部位增设一道墙。悬挂梁加固时应在连接处加设刚性系杆,以增强梁的承载力。雨篷加固,可将槽钢焊接在横梁上,增大衡量的抗扭强度。
4结束语
梁桥加宽方式有多种,主要根据不同的桥梁结构形式来决定其连接方式。总体上看,城市桥梁中,上部结构基本为空心板、T梁、箱梁的桥梁等连接方式。而从结构特性上,一半又分为铰接和刚接两种方式。
1.1城市旧桥加宽需要解决的问题
以下问题必须考虑:(一)混凝土的收缩和徐变。在应力不变的情况下,混凝土应变随时间增加而增长的现象,为混凝土徐变。混凝土在空气中结硬时,体积会减少,这种现象称为混凝土收缩。显然新旧桥接在一起时,由于两者的收缩和徐变不一致,新桥的混凝土发生收缩、徐变,会对旧桥产生较大的附加应力。[1]因此,在纵缝连接时,合适的连接时间非常重要。而且,对于不同类型的桥梁上部结构,还需要通过实际试验和计算分析,保证预制板存放的最佳时机。一般而言,新桥空心板、T梁、连续箱梁等常规结构均采用结构整体连接方式,可以适当延长预应力张拉前的混凝土养护龄期和存梁时间,成桥后一般需要经过合理的时间后,再进行结构连接。(二)基础的不均匀沉降。和混凝土的收缩类似,旧桥的基础沉降基本定性,如何考虑和计算新桥的沉降量,保证其定型之后两者再同一高度,是很重要的问题。施工时,既要考虑到桩底沉渣,还要考虑到天然基础等,并进行计算分析,确定基础最终沉降量的大小,采取相应的技术措施。
1.2旧桥加宽后承载力和车速等问题的设计
城区旧桥加宽的很多原因在于其流量太小,形成交通瓶颈。一旦加宽,往往意味着流量增大,车速增快。这就必须考虑提升旧桥的承载能力,使得新旧桥能够保持一致。旧桥在整体加宽改造时,其承载能力是反映桥梁使用现状的一个重要技术指标。对承载能力的提高,可以从增强结构整体性入手,并遵从以下设计方法:采用合理的旧桥加固方式,对旧桥进行加固时为了保证新旧桥的承载能力基本一致,否则新旧桥加宽后,其双车道或多车道的功能,会因为旧桥的承载能力而打折扣;桥梁的横向刚度对改善结构受力影响显著,即横向刚度越大,原结构承载能力提高也越大,因此在新桥施工过程中,应注意增大横梁刚度,以期最大程度地提高旧桥承载能力;一般而言,新桥会因为边梁、次边梁及中梁等因素,分担一部分旧桥的承载力,但是必须对旧桥实施横向整体加宽改造,使得两者更协调。
对于车速,新桥可以按要求进行设计,而旧桥会受到汽车荷载等级、汽车荷载冲击力、离心力、汽车荷载引起的土侧压力、制动力等的影响。对于城市中的桥梁,其汽车载荷应充分考虑到经济实用性,不同年代,不同等级的公路,以及可能过往的车辆都是车载符合参考的依据;汽车荷载冲击力,其标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数群。一般而言,提高汽车速度,提高旧桥承载力必然引起汽车荷载冲击力、离心力、汽车荷载引起的土侧压力、制动力的增加。[2]因此,旧桥整体加宽时,必须考虑提高车速的影响,如果经过检测和理论计算分析,旧桥不能满足汽车荷载冲击力、离心力等增加的要求,则必须采取相应的加固措施。
2旧桥加固技术方法
2.1旧桥加固方法的选取原则
桥梁加固的方法有多种。对于具体的、不同的工程如何选用,应依照以下的原则:(一)经济适用性原则,采用加固方案应考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。(二)安全美观性原则,补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。
2.2旧桥加固过程
旧桥的加固必须遵循科学的设计方法和步骤:(一)旧桥的评价鉴定。要保证新旧梁桥最大程度的温和,需细致做以下工作:了解桥梁结构的尺寸、截面、钢筋的直径及布置;了解构件的材料性能,混凝土的强度;了解该桥过往车辆类型、吨位、实载率以及交通量,并考虑城市改造后,其交通量的变化。(二)确定加固方法。基础工作是对经济效益和地下结构做出判断。其次的工作室确定加固的方法,不同的桥梁,有不同的加固方法,以等截面悬链线钢筋混凝土双曲拱桥为例,其加固过程就可以分为[3]:①拱上建筑和桥面加,如可以拆除有腹拱圈、侧墙并挖除所有拱腔填料,以减少拱上恒载的作用,提高桥的承载力;②桥台加固,可以在两岸桥台上分别拆除部分侧墙,并现浇横挑梁与整体式钢筋混凝土桥面;③主拱圈加固维修,如在跨拱肋下缘粘贴碳纤维布,以增强拱肋的抗弯能力等;④桥墩、桥台加固,如对对桥墩墩身外侧设置一层钢筋网,并浇筑一定厚度的厚混凝土,以提高桥墩的强度和抗风化能力,或在桥台两侧侧墙设置一层钢筋网,并浇筑厚混凝土,以改善侧墙的受力性能等。
3结束语
旧桥加固和拓宽,根本上是为了适应经济的发展。但是在加固和拓宽之前,必须有充分的调研,在进行经济优化分析之后,进行详细的分析设计,如地理条件,旧桥的相关因素,并根据这些而设计不同的拓宽和加固方法,保证新旧桥的安全稳定使用。
参考文献:
[1]孟广文.关于公路旧桥拓宽设计问题的思考[J].公路交通技术.2004(6):72~75.
[2]关土华.市政桥梁整体加宽中的新旧桥协调问题浅析[J].科技资讯.2008(16):86.
[3]张哲.城市道路上旧桥拓宽加固设计方法[J].吉林交通科技.2006(4):41~43.
我国有很多的小型水库,这些水库的存在对我国的发展有着积极的作用,但是,随着时间的推移,很多小型水库由于使用的时间长,且修建水库的材料质量不好,已经出现了很多的问题,例如:小型水库的主坝坝肩或者是主坝的后坡由于密封性不好,已经出现了坝体渗漏的现象;小型水库是在上世纪六十年代建设的,受那时的经济条件影响,水库的安装设施质量不高,并且设施不齐全;小型水库的结构不合理,土质溢洪道的断面小,在水库水量大的时候不能满足水库的泄流,从而导致溢洪道因为水量压力过大,而发生塌方事故。这些问题的存在,已经严重影响了小型水库的正常运行,甚至会造成安全事故,面对这样严峻的情况,加强小型水库的除险加固,是迫在眉睫的。
2小型水库进行除险加固设计前的测量工作
小型水库进行除险加固设计,要在设计工作进行之前先开展测量工作。我国的小型水库由于修建的时间长,关于水库的设计方案和设计图纸等相关资料已经不齐全,在这样的情况下进行水库的除险加固设计,就必须对水库的整体进行测量,从而了解水库的结构以及一些相关的设计施工参数。对小型水库进行测量工作,主要的工作内容有对水库以及水库附近的地质条件、水库的泄洪截面参数、水库大坝的横断面、纵断面的面积以及截面、水库灌溉渠道截面参数等进行深入的测量,通过对这些方面的测量,了解小型水库的构造等相关的内容,在此基础上进行除险加固设计工作。对小型水库的数据进行测量,需要由专业的测量人员进行测量,并且要多次进行测量,在多次测量之后将所有的测量数值结合,取平均值,这样才能确保测量工作的准确性,从而为小型水库的除险加固设计工作提供准确的数据。
3小型水库除险加固的设计要点
开展小型水库除险加固设计工作的前提是进行水库测量工作,获取准确的水库相关信息,在满足这样的前提条件之下,对水库的相关参数进行准确的分析,根据分析的结果选择合适的除险加固方式,是小型水库除险加固工作能否顺利开展的重要影响因素。小型水库在进行除险加固设计的过程中,要结合水库的实际情况进行方案的设计,设计方案和实际情况保持一致,才能够促进除险加固工作的快速发展,并且提高除险加固工作的质量。反之,若是设计的方案不符合实际情况,那么,在进行施工的过程中,就会出现严重的施工质量问题,或者是导致施工不能继续进行。小型水库中出现的问题主要是大坝或者是坝基出现渗漏现象,水库的材料质量不高也是影响水库质量的一个因素,因此,在进行水库除险加固的方案设计中,要从全方面去考虑,对水库使用的材料、结构、出现的问题以及水库所处的地形都考虑清楚,在进行方案的设计。
4加强小型水库除险加固设计的措施
4.1提高计算泄洪道的泄洪能力水平
小型水库的除险加固施工具有非常重要的意义,并且这是一个很严谨的施工,因此,在进行施工之前,必须对施工的具体方案以及施工中可能会出现的问题做好全面的预测。在除险加固工程中,对小型水库的泄洪道进行施工是不可避免的。水库中的泄洪道截面面积不大,在遇到水流充沛的时候,由于泄洪道截面的面积小,而且经过多年的使用之后,泄洪道已经不是标准的圆滑几何形状,这样更是加剧了水库的泄洪道坍塌速度。面对这样严峻的情况,设计人员必须提高计算泄洪道的泄洪能力水平。在进行泄洪道泄洪能力计算的过程中,必须反复的进行计算,并将有可能影响计算结果的因素进行排除,必须使计算的结果没有任何的误差,这样才能保证水库除险加固设计方案的准确性。
4.2对除险加固设计方案进行合理的复查
很多地方在进行小型水库除险加固设计的时候,根据自己以往的经验进行设计,没有结合水库的实际情况,这样设计出的方案和水库的实际情况存在误差,在进行施工的时候,就会出现严重的问题,面对这样的情况,在按照设计方案进行施工之前,水库除险加固的主要管理人员必须加强对除险加固设计方案的合理复查,对方案中的相关参数进行二次审核,确认设计方案符合实际情况之后,才能进行施工。对除险加固设计方案进行合理的复查,可以保证施工的质量,节约施工的成本。
4.3提高方案设计中的防渗漏设计准确度
很多水库出现的问题都是坝体出现渗漏,由此可见,对坝体进行防渗漏设施的建设是非常重要的。方案设计人员在进行设计的时候,重视了坝体的防渗漏设施设计,但是忽视了坝体和两端山体之间的防渗漏措施,这样就导致很多水库的坝体没有渗漏的现象发生,但是大坝和两山之间的部位会出现渗漏现象,面对这种情况,在进行防渗漏方案设计的时候,要注重水库整体的防渗漏设计,不能忽视任何一个地方。这样才能实现小型水库除险加固的施工目的。
5结束语
1.1水文气象
江门市合山水电站位于广东省开平市蚬岗镇潭江干流上游合山河段,距开平市区25km,距恩平市恩城镇41km,水电站总集雨面积1383.8km2,干流河长77.33km。潭江是珠三角水系的一级支流,位于东经111°56′21′′~113°03′14′′,北纬22°0′0′′~22°45′56′′,流域面积6026km2,主河道长248km,上游多高山峻岭,植被良好,雨量充沛,水资源丰富。本流域地处北回归线以南,属亚热带季风性气候,夏季以东南季候风为主,冬季以东北季候风为主;气候温和,日照时间长,终年无雪,无霜期长。据统计,多年平均气温22℃,极端最高气温39.2℃,极端最低气温-0.7℃,多年平均相对湿度80%左右。
1.2工程地质
本区大地构造属华南褶皱系(Ⅰ级),粤北、粤东北~粤中拗陷带(Ⅱ级),粤中拗陷(Ⅲ级)的增城~台山隆断束(Ⅳ级)的西南部。区内地质构造较复杂,北西向、北东向、近东西向、近南北向断裂及褶皱构造均发育,它们构成了本区的构造格局,并控制了第四系沉积层的分布和厚度,尤以北东向恩(平)-从(化)断裂规模最大,距场区最近,影响最大。站址区第四系覆盖层厚度普遍小于3m,土类型以中粗砂、砾砂、填土和残积土为主,多属中软土。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),闸址区地震动反应谱特征周期调整为0.45s。
2工程施工与设计
2.1水闸除险加固工程主要项目
更换水闸和船闸工作闸门、重建水闸工作桥、新建水闸船闸启闭室、闸室加固、重建上游铺盖和下游消能防冲设施、加固西闸交通桥、更换水闸船闸机电设备、新建及加固水闸护岸、改建防汛公路、新建管理房、新建自动化监控系统。
2.2导流建筑物设计
2.2.1围堰设计
施工导流上下游横向围堰均采用土围堰。闸下施工期最高水位为3.04m,根据施工期过闸流量、闸下水位,分别计算利用西闸和东闸导流时的闸上施工期水位,经计算,一期上游围堰施工洪水位为3.38m,二期上游围堰施工洪水位为4.05m。导流围堰堰顶宽度均为4m,一期上游围堰堰顶高程为4.10m,二期上游围堰堰顶高程为4.80m,下游围堰堰顶高程均为3.80m,边坡1:2.5,围堰迎水坡采用复合土工膜防渗,0.5m厚砂袋护坡,砂袋高出堰顶0.5m,做为防浪墙,堰基表面有冲刷出来的砂层时需将其挖除,然后堰身填粉质粘土。一期上游围堰在围堰上游堰基做截水槽并铺设防渗土工膜一层,截水槽底宽2m,深2.50m,边坡1:2.5。二期上游围堰右岸42m范围采用高喷灌浆防渗墙做堰基防渗,灌浆孔底部进入强风化粉砂岩约1m即孔底高程为-5.40~-4.40m,顶部伸入堰体内约1.5m,灌浆孔沿堰体中心线布置一排,孔距1.5m,灌浆材料为纯水泥浆,灌浆采用双管旋喷桩。
2.2.2围堰复核计算
根据《水利水电工程施工组织设计规范》,堰顶高程=静水位+波浪爬高+安全超高,本工程采用土石围堰,围堰级别为4级,安全超高为0.5m。围堰边坡抗滑稳定系数不小于1.05。波浪爬高根据《碾压式土石坝设计规范》相关公式计算,围堰抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法。
3现场施工过程中遇到的问题及解决方案
3.1工程预算问题
工程预算中缺少围堰土方材料费,需另行考虑土方购置问题。解决方案:由于工程施工现场附近有三个土料场,分别是13公里的金鸡,7公里的蚬冈,0.5公里的合山,因此,取合山江心岛原山头作为土料场,开挖山头取土填筑围堰。方案实施效果:不用增加土方材料费就能提供足够土料填筑围堰,既节省了预算的开支,又有足量的土料进行填筑围堰。
3.2工程交通问题
本工程对外交通方便,东、西泄洪闸均有交通桥与县级公路连接,西闸交通桥现已成危桥,禁止重车通行,故工程对外交通重车均从东闸交通桥通过,但由于东闸交通桥限宽、限重因素,原两交通桥无法通行工程车辆。解决方案:经过对车辆载重、桥身的限重以及围堰设计的综合考虑,决定将围堰原设计顶宽4米增加到6米,用于临时交通通道。方案实施效果:工程车辆行驶围堰临时交通通道,保证原两交通桥安全。因此,在预算方面就应该相应增加。
3.3工程渗水问题
围堰填筑完成后,渗水情况严重,使用9台合共51.5kw水泵抽水也未能抽干基坑积水,致使基坑内的水下工程无法施工。解决方案:经过对围堰填筑设计以及渗水情况的综合分析,决定以增加上游围堰钢板桩的方式来解决渗水问题。方案实施效果:能较好地防止渗漏,基坑内水位能满足水下工程施工要求。因此,在预算方面就应该相应增加。
4结束语
除险加固设计是针对已有的水库,存在着不同程度的险情,按照现行有效的规范,规程对水库进行复核,提出安全、经济、环保修复方案的过程。除了按正常程序进行设计以外,还应特别强调以下几点:
1.1防渗处理
(1)首先应根据各断面渗漏及坝下游溢出点的位置和范围,重点对坝体和坝基的渗漏量的大小和渗透的稳定性复核,也要对坝下游溢出点的渗透稳定性进行多次复核。
(2)坝体渗漏。对坝体渗漏进行处理时应该结合不同的坝型、现高及渗漏情况,具体问题具体分析,综合比较处理方案。根据近几年我省水库出险加固的一些成熟经验,对于土石坝坝体渗漏不宜使用建设混凝土防渗墙的方法进行处理,对于我省南部地区比较可靠、经济合理的处理方式是采用高压喷射灌浆。
(3)坝基渗漏。截水槽是目前为止最为经济高效而且简单的对坝基渗漏的处理方案,在水库可以排空而且对工期要求不紧张的条件下可以优先选择;由于通常使用的铺盖方法,不能完全截断渗漏,工程量又较大不建议优先使用。对坝后有沼泽化、坝基有承压水的情况时,选用透水盖重或减压井;若存在由于地质破碎严重、有断层现象等地质问题导致的渗流时采用高压灌浆措施。
(4)防渗加固技术土石坝防渗加固措施主要分为水平防渗和垂直防渗两大类,原则是上堵下排,使其渗透坡降不超过允许坡降,保持土体的渗透稳定,若水平防渗出现问题可修补或用垂直防渗替换。
(5)由于水压的作用,土层的透水性在离心墙底部越近除表现为越大,防渗墙出现裂缝的位置越高,出现裂缝对各部位的渗透坡降不利影响越大,因而保证防渗墙在透水性大的砂砾石层内的施工质量尤为重要。随着水位的不同和坝体类型,防渗墙裂缝产生的位置和裂缝宽度对渗流的影响相比,前者对渗流控制的影响更大。防渗墙的完整性比防渗墙渗透系数大小对渗流控制的影响要大。
1.2土石坝坝坡稳定性处理
(1)当土石坝坡稳定性不足时,要综合考虑大坝建筑形式、建筑构成现状、就地取材情况、地形气候条件等多方面因素,在放缓边坡、坝坡培厚等主要解决方案中,统筹兼顾,科学分析经济合理性,确定恰当的加固方案。
(2)对于抗震能力不足的中小型水库,首先要进行适当的放坡处理,加固防渗墙,改造排水;若坝体或地基有存在液化的可能,在采取置换坝体(基)夯筑材料的同时,进行振冲加固。
(3)对于坝体结构存在问题的水库。若土坝坝坡不稳定,建议对坝坡进行放坡处理或加厚坝体;若坝坡裂缝或塌陷,可采取灌浆或一般回填处理;但如果大坝上游坝面出现呈现水平方向的明显裂缝,要特别给予关注,一定要认真研究,妥善处理。
1.3护坡及坝顶结构
(1)护坡。原有的浆砌石、混凝土护坡若破换面积不大,程度不严重,应在原有护坡的基础上进行局部的翻修、加固,不宜更换原材料重建;上游护坡要根据坝型、气象、施工工艺、建材保障条件和稳定性的要求,从经济耐久的角度出发科学合理选择护坡形式和具体范围;对于下游的护坡应以种草绿化为主,尽量简化。
(2)坝顶。如若水库出险加固后不以发展库区旅游为目的,则坝顶路面应以满足防汛功能的最低要求为主,也无必要设置任何人员防护设施,坝顶路面铺设泥结碎石即可,以节约投资。
1.4观测、检测、机电设备及金属结构
(1)由于病险水库水库一般建设时期较早,基本上无任何大坝安全观测检测仪器设备,本次出险加固一定要予以配备,资金充足或水库等级较高的尽可能配备坝上自记水位计、雨量计等自动化程度较高的设备,资金捉襟见肘、水库等级不高或人力资源较为丰富的建议采用人工观测水尺等人工检测观测设备。
(2)选择机电金属结构操作设备应以安全可靠、简单耐用、便于操作为原则,建议优先选用螺杆式启闭机、电动葫芦等设备。启闭设备宜选用手动和手电动两用形式。
(3)无论选择何种检测观测、机电设备及金属结构,一定要加强对水库管理人员的相关培训,保证科学、合理的使用以上设备,延长使用寿命。
1.5泄水建筑物出险加固
根据溢洪道的病险情况,结合实际选择治理办法,尽量在原有溢洪道基础上进行维修改造,不能满足防洪要求的,力求通过加宽和加深过流断面,从而增大下泄洪流量。如果由于各种原因在原址改造比较困难,确需新建的,应尽量选择正槽式溢洪道,以避免大范围挖坝体和山体,减小工程量。中小型水库建设溢洪道时要力求简单可靠,便于管理,增建溢洪道时应考虑离岸式正槽式溢洪道,对于溢流堰建设,考虑采取无闸控制开敞式宽顶溢流堰,设计蓄水位即为堰顶高程,校核洪水位为溢洪道最大过流量。
1.6输水建筑物出险加固
小型水库涵管主要用于灌溉用水,埋设涵管水流方向尽量与大坝轴线垂直,设置在下游耕地较多的大坝一侧,为防止坝体沉降引起涵管断裂,涵管应放置在稳定岩石地基上。如果涵管破坏不严重的,可制作相应尺寸的钢衬涵管,将钢衬涵管和原有涵管之间的缝隙用砼浇筑,使新旧涵管之间结合紧密,形成整体。当前生产的钢衬结构强度较高,材料更加耐腐蚀、耐磨损,钢衬桶壁厚度较薄,内壁光滑,一般情况下过流量不会减小太多,而且在具体施工中也便于操作。
2中小型水库完建后管理应注意的问题
2.1未通过验收不得蓄水
新疆联丰水库,在2012年11月29日,天气寒冷工程停止施工了,放水涵洞两侧上游坝坡60m宽的土工膜和上游水平铺塑尚未铺设,防渗体尚未形成,不具备下闸蓄水条件,未进行投入使用验收,在这种情况下违规蓄水,致使坝体和放水涵洞接触面发生渗漏破坏,最终导致溃坝,是一起责任事故。
2.2严格按《水库工程管理设计规范》和“水库调度运用计划”执行
管理单位应正确认识工程安全和蓄水的问题,制定水库日常检查观测、维修养护、水库度汛方案、抢险应急预案、安全检查等各项制度。水位控制是关键,禁止超标准蓄水运行。
2.3第一次高水位运行时,应注意观察水库各部件的渗流逸出点
除险加固以后的水库,蓄水运行初期应密切观察水位情况,特别要观察下游坝坡、溢洪道、输水洞与土坎连接处有无渗流溢出,若有渗流溢出,应迅速作抢险准备,以防止高水位时由于渗流冲刷导致破坏。
2.4水库安全与利益发生冲突时强调安全
有些水库,承包给个人经营管理,为了追求效益,超标准蓄水;在坝前修付坝搞养殖,这些都对水库安全造成了极大的威胁,水行政主管部门要坚决制止,不能手软。同时做好冬季坝前破冰工作,避免冰推力带来的安全隐患。
2.5定期巡查、重点部位细查
依据《水闸安全鉴定规定》(LS214—98),辽宁省水利水电科学研究院对西五官拦河闸进行安全鉴定,并形成了《凌源市西五官拦河闸进行安全鉴定报告书》,将西五官拦河闸安全类别评定为四类,具体鉴定结论如下:
1)工程过流能力不足,无法满足本河段防洪要求。
2)翻板闸闸门、底板、支墩、翼墙等构造物严重损坏,无法正常运行。
3)进水闸闸门全部丢失,无机电设备、无启闭机、无观测设施。
4)闸室渗透稳定未能满足相关要求,消能防冲设施完全损坏。
5)混凝土强度、冻融、炭化、剥蚀局部未能满足相关要求。
6)闸前淤积深度超过1.5m,大部分位置与闸门顶部齐平。总的来说,沉陷变形问题、稳定问题、渗漏问题、闸前淤积问题是西五官拦河闸的主要病险问题,不仅对其使用功能的发挥造成严重的影响,而且对下游地区人民群众的生命财产安全构成一定威胁,急需进行治理。
2工程布置及主要建筑物加固设计
2.1设计原则与依据
根据西五官拦河闸的实际情况,本次除险加固设计采用以下原则:
1)严格根据工程规划及相关文件的要求进行设计。
2)设计成果需满足国家和水利水电行业现行的规范与规程。
3)水闸防洪设计:水闸泄洪能力设计以河道防洪标准为依据;由于早年河道防洪规划已经考虑水闸的影响,因此除险加固设计中,水闸泄洪能力不低于原水闸标准;需进行河道清滩(淤)。
4)引水闸设计:引水闸规模沿用原有设计,在满足引水灌溉流量要求的同时,确保泄流、过流能力不小于原闸;引水闸闸室、闸门、上部结构、启闭设备重新设计,闸底板上部混凝土需凿除置换,效能防冲设施整体拆除重建。
5)引水闸启闭设备选择手电两用螺杆启闭机。
6)水利自动翻板闸设计:结合翻板闸实际情况,处理原则为拆除新建,并于下游增设消能防冲设施;考虑原水力自动翻板闸依靠水力开闭闸门,无需人为开闭,因此新建翻板闸选用液压自动翻板闸。
7)溢流坝设计:结合溢流坝实际情况,处理原则为拆除原有土石结构,增设消能防冲设施,与右岸翻板闸统一新建液压自动翻板闸。
2.2闸型与轴线的选择
2.2.1拦河闸轴线本次设计是将原闸拆除后新建拦河闸,因此拦河闸轴线沿用原有轴线。
2.2.2拦河建筑物形式本拦河闸原有坝型为水力自动翻板闸,因此备选坝型包括水力自动翻板闸、液压翻板闸和橡胶坝。水力自动翻板闸具有成本低、操作简单、便于维护等优点,但本河道泥沙含量较大,随着使用时间的延长,淤积问题将会使部分闸门无法正常开启,因此予以排除。橡胶坝具有成本低、安装简易、塌坝后阻水建筑物少等优点,但同时也存在使用年限较短、运行维护费用较高、泵房投资较大等缺陷,为确保运行可靠性予以排除。液压翻板闸具有使用年限长、可靠性高、便于管理维护、调节灵活等优势,但初期投资较高,金属结构安装工作量较大。经过综合考虑并参考业主意见,本拦河闸最终选用液压翻版闸型式。
2.3引水闸
引水闸设计原则为加固后过流能力不低于原有水平,孔口底高程为原设计高程376.20m,仍采用单孔,孔口净高1.00m、净宽1.20m。引水闸闸址位于左右岸,基础为砂砾石,闸室结构需同时满足自身稳定性与应力要求。为方便工程管理与操作,引水闸型式为穿堤涵型式、钢筋混凝土结构,采用手电两用的螺杆启闭方式,闸门选用平板钢闸门。
2.4工程总体布置
西五官拦河闸闸室段总长156.80m,共有17孔,闸门净宽8m,每2孔闸墩设置一沉降缝,分缝处闸墩宽1.5m,不分缝处闸墩宽0.8m;左右边墩宽1.2m,分别于两岸堤防、挡土墙形成平台,控制泵房设置于右岸下游侧挡土墙回填平台处。
2.5闸室结构布置
2.5.1闸室形式为满足汛期泄洪要求,采用开敞式闸室,堰型采用宽顶堰。
2.5.2闸底板顶高程为兼顾基础抗冻以及减少淤积的要求,确定闸底板顶高程为375.50m。
2.5.3闸门尺寸根据引用灌溉流量时对上游水头的实际要求,拦河闸设计挡水高度确定为1.60m,闸门向上游倾斜挡水(倾斜角45°),垂直挡水高度1.60m,闸门净宽8m。
2.5.4闸墩布置闸墩包括三种尺寸,左、右边墩厚1.20m,底板每两孔一分缝,分缝位置在中墩上,分缝中墩厚1.5m共8个,不分缝中墩厚0.8m共8个。由于闸墩上部需设置人行桥,所有中墩与底板长8.00m,上游端头采用半圆形,半径随墩厚而变化;下游端头半圆形。分缝中墩上、下游连接处设置651型橡胶止水带,闸墩顶高程378.10m。
2.6人行桥设计
为满足液压启闭机操作和检修的实际要求以及方便两岸交通,于闸墩上设置人行桥一座。桥面高程381.22m,与两岸防护堤平顺连接。人行桥采用混凝土槽型板桥,桥面净宽3m,铺装层采用C30小石混凝土,最小厚度0.07m,桥面横向坡比1%,以利于桥面排水。梁板高0.70m,宽0.8m,单跨布设4道梁。人行桥单跨长度9.10m,共计17跨,全场155.60m(包括缝宽),桥面栏杆采用金属栏杆。
2.7挡土墙设计
左右岸挡土墙分别位于左右岸边墩上、下游,采用悬臂式钢筋混凝土挡土墙,混凝土标号C20W4F200。左岸挡土墙上、下游段长度分别为17.89m、23.44m,墙顶设计高程380.28m,最大墙高7.58m,墙后回填与墙顶等高。下设素混凝土垫层10cm,墙后设置竖向、横向排水盲沟。右岸挡土墙上、下游段长度分别为14.94m、24.54m,墙顶设计高程380.28m,最大墙高7.58m,墙后回填与墙顶等高。下设素混凝土垫层10cm,墙后设置竖向、横向排水盲沟。
2.8引水闸设计
为满足灌溉需求,在拦河闸左右岸设置流量为1m3/s的引水闸,由于设计流量相同,因此左右岸引水闸的闸门尺寸、涵洞尺寸以及进口底高程均采用相同设计。引水闸进、出口底板高程分别为376.20m、376.05m,涵洞底坡为1%,闸室段与涵洞总长15m,进出口均为钢筋混凝土铺砌,铺砌厚度为0.2m。
2.9河道清滩设计
河闸附近河床淤积问题较为严重,不仅减少了进水闸取水量,同时也会削弱行洪能力,因此需进行适当的疏浚清淤。根据本工程实际情况,同时结合除险加固工程布置,确定闸0-160m~0+160m桩范围内除建筑物外的河道需要清滩。其中,上游闸0-160m~闸0-010m桩号需清滩至375.50m高程;下游闸0+056m~闸0+160m桩号需清滩至375.20m高程,河床两侧清滩开挖边坡为1∶2。
2.10护岸设计
为确保两岸边坡在清滩后的稳定性,需对拦河闸0-160m~闸0+160m的河岸边坡采取防护措施(拦河闸范围内除外)。护坡采用厚度为0.3m的格宾石笼,下设厚度为0.2m的砂砾石垫层,下格宾石笼与河道内海漫相接。
3结语
发展永无止境,改革也不会一劳永逸。财富“蛋糕”做大了,“怎么切分”的问题随之而来。解决制约发展的“不平衡、不协调、不可持续”问题,涉及经济社会各领域,要深化改革,不可避免地会触动既有利益格局,使得进一步深化改革面临更加复杂的局面。这是改革步入“深水区”后风险增加、难度增大的一个新的特征。
近年来,改革继续以不可逆转之势向前推进。同时由于改革尚不到位,某些地方和部门出现了“公共权力部门化、部门权力利益化”苗头,市场对资源配置的基础性作用遭遇行政权力的不当干预,致使一些重要领域、关键环节改革难度加大。加强改革的“顶层设计”,增强改革的科学性、系统性、协调性,着力突破改革瓶颈,既是过去攻坚克难的成功经验,也是继续深化改革的有效方法。
加强“顶层设计”,必须在深入实际调查研究的基础上进行,必须同基层干部群众的实践探索相结合。政策的生命力总是源于实践。从安徽小岗村村民探索“大包干”到深刻变革农村经济格局的,从高度集中的计划经济体制到充满活力的社会主义市场经济体制,农村改革、经济体制转轨等重大改革之所以取得成功,释放出巨大的经济社会活力,关键在于改革领导者对群众意愿的深度关切,对社会主义市场经济发展规律的深刻把握,对基层探索实践经验的及时总结。尊重群众首创精神,鼓励地方大胆探索,重视基层鲜活实践,是确保“顶层设计”符合实际的重要条件,更是推动改革不断深化的智慧之根、活力之源。
“顶层设计”意味着决策者具有敢于担当的历史责任感。改革攻坚期的“顶层设计”既需要执政为民的情怀、科学合理的谋划,也需要坚定笃行的勇气和决心。根据中央决策部署,今年政府改革确定的重点任务分别涉及财税金融、价格、收入分配、事业单位和政府自身等方面,并将制定收入分配改革总体方案列入年内重点工作。这种直面难点矛盾、回应民众关切的鲜明态度,扎实稳健、攻坚克难的务实作风,必将有力推动改革在重点领域和关键环节取得新突破,为深化改革创造更多有利条件。
[关键词]水库大坝、加固设计、存在的问题、防渗
中图分类号:TV698.23 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)06-0337-01
1 前言
该水库控制流域面积254km2,水库总库容2.988亿m3,是一座以灌溉、防洪为主,结合供水、发电的综合利用大(2)型水库。水库工程包括枢纽工程和配套工程2部分。枢纽工程包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞、发电引水隧洞、发电厂和升压站等建筑物。拦河坝坝顶长435m,宽度6m,坝顶高程59.3m,最大坝高49.3m,坝顶设有1.1m的混凝土防浪墙。大坝为沥青混凝土斜墙砂砾石坝,坝体主要由河床砂砾石填筑而成。大坝防渗体由坝体沥青混凝土斜墙和坝基混凝土防渗墙组成。
2 大坝防渗加固设计分析
2.1 坝顶构造
原坝顶防浪墙拆除,新建“L”型混凝土防浪墙,墙顶。
2.2 坝基防渗
在原混凝土防渗面板上游侧再设一道厚80cm的C20混凝土防渗墙,两墙间的中心距离为2.80m,施工平台高程为12.0m,防渗墙底高程为-5.0m,最大墙深17.0m,防渗墙336.0m,分为42个槽段,每个槽段长8.0m。混凝土防渗墙墙体材料采用C20低弹模混凝土。两道防渗墙间和新建混凝土防渗墙上游侧1.20m范围内、10.0m高程以上的砂卵砾石予以挖除,上游侧开挖边坡为1∶1,新混凝土防渗墙10.0m高程以上墙体凿除。在高程10.0m以上、两道防渗墙之间以及防渗墙上部新设C30混凝土头墙,高2.60m。其余部分用黏土夯实回填,回填顶高程为13.0m,顶宽3.60m。混凝土头墙与每道混凝土防渗墙之间设2道BW-Ⅱ遇水膨胀止水条。2道防渗墙之间砂卵砾石和两岸岸墙基础以及底高程-5.0m以上的两岸防渗墙基础采用帷幕灌浆处理,以形成封闭的坝基防渗系统。原防渗墙头部不凿除,新建的C30混凝土头墙高2.60m,底宽2.00m。原河床段坝面部分圆弧段切除白漆涂层和挖除#60沥青混凝土封闭层,在其上面布置两道宽5.0m、厚35~62cm的C30混凝土趾板。
3 大坝主要存在的问题
经长期检查观测、钻孔取样检测及资料分析,大坝主要存在以下几个方面的问题:
1)坝体渗漏。沥青混凝土斜墙老化严重,其渗透系数、劈裂抗拉强度、挠跨比、弯拉应变值等主要指标均不满足规范要求和原设计要求。其中,渗透系数为0.6×10-6~617×10-6cm/s,远大于原设计渗透系数不大于10-8cm/s指标的要求;小梁抗弯挠度比为0.86%~1.19%;劈拉强度仅为0.33~0.44MPa。运行期中反复发生严重裂缝;沥青混凝土面板老化也较为严重,其防渗能力已大为降低,渗透系数已增大100多倍。反弧段面板防渗底层沿坝轴线方向已拉裂,虽然经过多次修补,但是未能根本解决问题。从1993年的裂缝检查记录与2002年检查记录比较分析来看,裂缝的长度、宽度都在延伸。1993年的缝到2002年,其长度增加了46.8%,0+321.00m桩号裂缝在1993年检查的记录宽度为10mm,2002年己扩展到50mm。
2)坝基渗漏。坝基混凝土防渗墙已有局部损坏,导致防渗墙后砂砾坝体的渗流比降增大,已超过其容许比降而发生局部渗透变形。坝基及坝体砂砾石填筑料为管涌性土,是大坝防渗系统存在的致命问题,将导致渗流稳定的局部破坏和大坝结构失稳。
4 大坝防渗加固方案比选
针对该工程的特点和大坝防渗系统存在的质量问题,需进行防渗加固处理。若对大坝防渗面板只进行局部修补,则可能导致局部裂缝修补不能到位,使修补的裂缝继续开裂。此外,考虑到沥青混凝土面板日后会继续老化,防渗性能会进一步下降,使裂缝的开裂速度和频率加快,将引起大坝的破坏。因此,大坝必须进行全面防渗加固处理。
4.1 大坝防渗加固方案研究
根据该工程的特点和存在的问题,大坝防渗系统全面防渗加固处理,有以下2大方案可供选择:
4.1.1 在原防渗系统上进行全面防渗加固
在原防渗系统上进行全面防渗加固方案,有坝基防渗加固和坝体防渗加固2种方案可分别进行比选。对于坝基防渗加固,可考虑高压喷射灌浆、混凝土防渗墙等方案。若采用高压喷射灌浆,由于坝基松散砂卵砾石层和含泥砂卵砾石层中存在直径大于30cm的卵砾石,施工难度较大且防渗效果难以保证;混凝土防渗墙施工简单,其成墙整体性好,厚度均匀连续,质量可靠,防渗效果好,观测方便,耐久性好。
相对高压喷射灌浆方案而言,混凝土防渗墙是一种稳妥可靠的加固处理方案。因此,在原防渗系统上进行坝基防渗加固处理时,选用混凝土防渗墙方案。对于坝体防渗加固处理,结合该工程的特点,可考虑采用迎水面M40钢丝网水泥砂浆面板防渗加固、迎水面#100沥青混凝土面板防渗加固和迎水面C30常规混凝土面板防渗加固等方案。
4.1.2 建立新的防渗系统进行防渗加固处理
拦河坝建立新的防渗系统进行防渗加固采用混凝土防渗墙方案。并选择悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆(墙底高程-20.0m)和非悬挂式混凝土防渗墙2个方案进行比较。
1)悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案。先挖除42.0m高程以上部分上游侧坝体,开挖底宽10.48m(下游侧距离坝轴线7.0m),开挖边坡为1∶1.50。防渗墙施工平台高程为42.0m。防渗墙轴线位于坝轴线(坝顶防浪墙上游面下游3.0m)上游侧32.50m。防渗墙长381.0m,墙厚1.20m,底高程为-20.0m,两岸岸坡段与基岩连接。防渗墙两岸设宽为2.4m的C20混凝土岸墙。对于-20.0m高程以下的坝基泥砾层采用帷幕灌浆处理,帷幕灌浆孔距为2.0m,孔深深入坝基基岩相对隔水层以下5m。防渗墙施工完成后,将防渗墙顶部以下1.0m全部凿除,新建C20混凝土头墙(高2.0m)。
2)非悬挂式混凝土防渗墙防渗加固方案。除要求非悬挂式混凝土防渗墙墙底嵌入基岩内1.0m外,防渗墙施工平台以上坝体和防渗墙结构与悬挂式(墙底高程-20.0m)混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案相同。经对上述2个方案的布置与计算比较,悬挂式混凝土防渗墙加帷幕灌浆防渗加固方案应力小,可以满足墙体材料的应力要求,渗流稳定可以满足要求,渗流量较大,投资小;而非悬挂式混凝土防渗墙防渗加固方案应力大,不能满足墙体材料的应力要求,渗流稳定可以满足要求,渗流量较小,投资大。
4.2 大坝防渗加固实施方案比选
综上所述,结合该工程实际的拦河坝防渗加固处理备选方案有:迎水面C30常规混凝土面板(保留原沥青混凝土防渗面板)、迎水面C30常规混凝土面板(拆除原沥青混凝土防渗面板)及混凝土防渗墙3种。3种方案在结构布置设计、止水结构设计、施工组织设计、工程量和投资分析等。混凝土防渗面板(保留原沥青混凝土防渗面板)方案具有防渗可靠、耐久性及安全度较高、渗漏量小、施工与运行管理方便、防渗处理较彻底、施工度汛风险性小、投资较省等优点。
关键词:水泥;砂砾;基层骨架密实结构;配合比设计方法
水泥稳定级配混合料是当今国内外使用最普遍的一种半刚性基层材料,其中又以水泥稳定碎石性能最为优异,使用范围较广泛。水泥稳定砂砾基层,由水泥、级配砂砾、填料,按照一定比例混合,加水拌和、摊铺、碾压并养护而成的一种结构层。它具有较高的强度,有一定的板体性和较好的稳定性。骨架密实结构同传统悬浮密实结构相比,具有能够形成有效的骨架嵌挤结构、提高抗压强度、降低水泥用量、有效减少路面裂缝的发生等突出特点,很大程度上解决了传统设计理念下沥青路面底基层、基层病害的发生,值得推广应用。
1 组成材料的技术要求
1.1水泥 要求水泥强度等级不低于32.5 MPa;水泥细度、安定性等应符合规范要求;使用缓凝的普通硅酸盐水泥,禁止使用快硬水泥,早强水泥。同时要求水泥初凝时间3h以上,终凝时间不小于6 h。若采用散装水泥,在水泥进场入罐时,要了解其出炉天数,刚出炉的水泥,要停放7 d,且安定性合格后才能使用。
夏季高温作业时,散装水泥入罐温度不能高于50 ℃,高于这个温度,又必须使用时,应采用降温措施;冬季施工,水泥进入拌缸温度不应低于10 ℃。
1.2砂砾 砂砾取自施工所在地的泾河中,保证材料均匀和含泥量控制在规范规定范围内。在水泥稳定砂砾底基层施工质量控制过程中,要控制两个方面:①砂砾的最大粒径不应超过37.5 mm;②4.75 mm以上砾石含量不应低于60 %。
1.3水 一般采用人畜能饮用的水。
2 水泥稳定砂砾基层设计方法
2.1主骨料级配确定
2.1.1确定骨料规格D0(一般选取2~4 cm料),将一定质量的此粒径的骨料分三次放入击实筒中,每次按重型击实98次后量测其击实后的高度,计算其击实密度,算出空隙率。
2.1.2以D0用量为100,D0的下一级为l/2 D0(1~2 cm),以D0用量的5 %为步长,将D1逐次掺入D0中,每次掺入后,击实,测定击实密度,建立填充数量与击实密度关系曲线。
2.1.3选择D1的合理用量,测得最佳的填隙率。以此类推,进行二、三、四、五级填充,最后分别得到各级粒径的最佳填充比例,即主骨料的级配。
2.2混合料的组成设计
2.2.1组成设计原则:①水泥稳定碎石底基层、基层级配应达到骨架密实结构,集料粒径大于4.75 mm的骨料含量宜在65 %以上,大于2.36 mm的集料含量宜大于80 %,小于0.075 mm颗粒含量宜接近0,最大不应超过3%;②在达到强度的前提下,采用较小水泥剂量,但应考虑施工的不均匀性;③改善集料级配,减少水泥用量,使水泥用量不宜大于4.2 %。
2.2.2水泥剂量的配制可采用:2.5 %、3 %、3.5 %、4 %、4.5 %五种剂量。
2.2.3每种剂量的试件制取13个(最小数量)。
2.2.4试件必须在规定的温度(20±2 ℃)保湿养生6 d,浸水养生1 d后测定无侧限抗压强度,计算结果的平均值、偏差系数,并计算RX(1-1.645Cv)是否大于Rd(设计强度)。
2.2.5根据设计剂量做水泥延迟时间对混合料强度的影响试验,并通过试验确定应该控制的延迟时间。
2.2.6骨架密实结构水泥稳定砂砾(碎石)建议级配。
2.3配合比验证结果
2.3.1根据确定的最佳含水量,拌制水泥稳定砂砾混合料,按要求压实度(重型击实标准,压实度97 %)制备混合料试件,在标准条件下养护6 d浸水24 h后取出,做无侧限抗压强度。
2.3.2最终确定的生产配合比为:37.5~19 mm砾石:19~4.75 mm砾石:4.75~0 mm石屑=(28 %:37 %:35 %)。按此配合比生产的混合料骨架结构好,集料依次从大到小的逐级填充,颗粒与颗粒之间紧锁嵌挤,基本能满足骨架密实结构的要求。
2.3.3在生产控制中严格控制混合料中4.75 mm以上砾石含量,控制在65 %~70 %之间,从而能保证整体结构中骨架的良好形成。
2.3.4室内浸水7d无侧限抗压强度,R0.95大于3.5 Mpa。一般在3.5Mpa~4Mpa之间。水泥剂量为3.5 %~4 %之间。
2.4现场取芯质量情况 在正常施工季节中项目的底基层一般在3~5 d内钻芯取样完整、密实,3 d及7 d 150 mm芯样无侧限强度能达到2.5 Mpa及4 Mpa以上,从芯样压裂程度来看强度主要来自结构中各集料骨架强度。
3 配合比设计在生产实践中的应用
黑龙江省铁通高速公路,设计路面底基层采用水泥稳定砂砾。级配组成采用骨架密实结构进行设计施工,设计强度为2.5MPa。在施工过程中一方面对骨架密实结构级配进行试验分析,选择合理的级配组成配比;另一方面,从填料、结合料入手,改变传统观念,摸索出了一些在保证强度的前提下有效的降低水泥用量,同时减少裂缝的途径。
3.1级配组成 采用骨架密实设计思路和方法,并参照《铁通高速公路路面施工细则》的建议级配,经工地试验室的反复试验,最终选定的级配如下:
3.2水泥用量
根据规范水泥用量设计方法确定水泥用量。
3.2.1减少砂砾料的含泥量 针对大多数地区砂砾含泥量均较大的情况,建议采用砂砾分级或通过5 mm筛孔控制集料中细料的含量和塑性指数,以减少水稳集料中的粘土含量。
3.2.2掺加石屑 石屑一般具有粗糙、棱角性强、含粉量高等特点,并且通常料场为了满足石屑在面层中的使用,含泥量很小。因此,一方面石屑的添加增加了骨架的内摩擦阻力,提高了底基层强度;另一方面,石屑中的矿粉本身具有的胶结能力进一步对提高强度起了一定的贡献,同时对降低水泥用量起了一定的作用。
【关键词】房屋建筑建筑施工加固技术技术分析
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
一.引言。
常用的加固技术主要有加大截面的加固技术,柱外包(粘)型钢加固技术,外粘碳纤维布加固技术,植筋加固技术,托换加固技术,无损开孔成洞加固技术,基础加固技术等,粘贴钢板加固法,是指用胶黏剂将钢板粘贴在构件外部的一种加固方法。这种方法在建筑领域及其桥梁等工程项目中的加固、补强、修复中应用较为广泛。如何加固受损建筑?多位业内人士表示,不同性质的建筑采用的加固修复技术不同。相比于传统加固修复技术,新的加固技术逐步得到应用,碳纤维技术引领建筑物结构补强加固趋势。此外,加固是提高现有房屋抗震能力的最有效途径。
二.我国工程建设面临的现状和存在的问题。
当前国内发展生产,提高生产力的重心,已从新建工业企业转移到对已有企业的技术改造,以取得更大的投资效益,按一些资料统计,改建比新建可节约投资约40%,缩短工期约50%,收回投资的速度比新建厂房快3倍至4倍,同样,对民用建筑进行改造的要求,在我国也日益迫切。随着我国城市人口的不断增长,尽管兴建了大量的住宅和相应的配套措施,但无房、缺房和租户仍达20%以上。而且随着城市房价的上涨,越来越多的人买不起新房。为缓解这一矛盾,抓好旧房的改造,向现有房屋要面积,可有效降低工程造价,显然是一条重要出路。我国城市现有的房屋中,有20%―30%具备改造的条件。旧房改造不仅可节省投资,同时,可不再征用土地,对缓解日趋紧张的城市用地矛盾,也有重要的现实意义。
三.常用的加固技术主要分类。
1.外粘碳纤维布加固技术。
外站碳纤维布加固技术的主要原理是通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴与构件表面,使碳纤维片材承受拉力,并与混凝土变形来协调,共同受力,因为纤维布具有强度高、重量轻、耐腐蚀以及抗疲劳等优异的物理学性能,以及良好的粘合性和广泛的适用性,用碳纤维布取代钢板加固混凝土结构是近几年来国际上兴起的一门新技术。主要的适用于建筑梁、板、柱、墙等的加固以及对一些其他土木工程的加固补强。主要的施工工艺为表面处理涂刷底胶修补找平胶料配制粘贴碳纤维表面防护检验。
2.加大截面加固技术。
增大截面加固技术,也称为外包混凝土加固技术,它是增大构件的截面和配筋,用以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性,也可用来修补裂缝等,这种加固技术适用范围较广,可加固板、梁、柱、基础和屋架等。根据构件的受力特点和加固目的的要求、构件几何尺寸、施工方便等可设计为单侧、双侧或三侧的加固,四侧包套的加固。
根据不同的加固目的和要求,此技术又可分为加大断面为主的加固,和加配筋为主的加固,或者两者兼备的加固。加大截面为主的加固,为了保证补加混凝土正常工作,亦需适当配置构造钢筋。加配筋为主的加固,为了保证配筋的正常工作,需按钢筋的间距和保护层等构造要求适当增大截面尺寸。加固中应将钢筋加以焊接,作好新旧混凝土的结合。 增大截面加固技术缺点是现场湿作业工作量大,养护期较长,对生产和生活有一定的影响,此技术增大截面尺寸,有时影响房屋的外观和净空。
3.植筋加固技术。
"植筋"技术又称钢筋生根技术,在原有混凝土结构上钻孔,注结构胶,把新的钢筋旋转插入孔洞中。此技术广泛用于设计变更,增加梁、柱、悬挑梁、板等加固和变更工程。 主要的性能和特点为植筋加固技术具有较高的承载力,对固定的基材不产生膨胀力,较适宜边距以及边距小的部位,再加上植筋加固技术施工简便、耗时较短。
4.无损开孔成洞加固技术。
无损开孔成洞技术主要是针对在钢筋混凝土结构上开洞时为了避免锤击等在施工时的具有破坏性的施工方法造成结构损伤而提出的,同时对洞口周边的加固方法,此技术已经在高层建筑楼板、剪力墙、核心筒上面开始了大量的应用。
5.微细、深层裂缝灌浆加固技术。
微细裂缝灌浆加固技术在施工过程中对结构中出现裂缝大于0.05mm的裂缝,可以进行灌浆密实,然而灌浆后的混凝土结构完全可以恢复其整体性,当其再次受到破坏时,新产生的裂缝将不在原裂缝的断面上。
而对于深层裂缝灌浆加固技术而言,它可以对其产生的深层裂缝进行灌浆补强处理与渗透水止漏,从而恢复其结构的整体性,而对于灌浆之后混凝土的密实度以及强度都满足施工要求。
6.托换加固技术。
结构托换技术是指对原有影响建筑使用功能的承重结构采用改变受力体系的方法进行的功能改造,目的是获得更大的理想使用空间。结构托换采用的方法一般为型钢托换、钢筋混凝土托换、桁架托换等。 地基基础托换技术是指因城市修建的地铁或地下隧道不可避免地从楼房底下穿过,为了避免拆除重建必须对地面上的楼房进行桩基托换。该技术主要是对地下隧道穿过需切断的楼房桩基,先在其承台附近采用梁式转换层将此部份桩基承受的上部荷载传递到隧道外侧的新建桩基础上,由托换梁—新加桩组成的托换结构体系代替。同时为了确保被托换楼房在断桩和隧道通过后不产生开裂、倾斜等破坏,采取了托换梁预应力张拉、千斤顶预顶、桩底注浆等技术,桩基托换可应用微型嵌岩钢管灌注桩、砼界面连接技术等多项专利技术。
三.对现有房屋建筑加固必须要满足的要求。
加固的方法必须要进行综合评定分析之后再来确定,分别采用房屋的整体加固或者分段进行构件的加固,加强房屋建筑的整体性、改善构件的受力程度,提高房屋建筑的综合能力。新增的构件和原有的构件之间应该具有可靠的连接性。在对房屋建筑进行加固时,如果加固所用的材料和原有的建筑材料是相同的,那么加固所用的材料强度不得低于原结构材料的实际强度。新增的加固墙必须要具有可靠的基础。对可能导致倾斜、开裂或者局部倒塌的现象,应该要预先采取相应的安全措施。并对加固技术进行筛选寻求最佳加固技术,最大限度的延长其房屋建筑使用价值。
四.结束语
随着社会的不断发展与进步,国内外对房屋建筑加固的不断研究和讨论,使房屋建筑的施工方法和施工原理不断的在改进和完善,在具体施工中,加固的方法较多,但在具体的加固施工过程中,必须要考虑建筑物本身的性能和其本身的强度结构,在加固工程施工中要进行综合的评定和筛选,对房屋建筑加固的方法、方案进行比较、优化,寻求最佳方案,更大限度的延长房屋建筑的使用寿命,进而发挥出房屋建筑的使用价值,从而促进社会经济发展,改善人民生活。
参考文献:
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关键词:砌体结构,抗震加固,综合抗震能力指数
2008年5月12日,在我国四川省汶川县发生了里氏8.0级大地震,震害较为严重地集中在砌体结构房屋,最典型的就是预制板结构的多层住宅楼和学校教学楼。汶川地震中砌体结构房屋的震害情况,为我们敲响了警钟,同时也提供了十分重要的借鉴经验,对改进建筑抗震设计和抗震加固技术具有十分重要的意义。
对砌体结构进行抗震加固的方法有很多,主要有增设抗震墙、外加圈梁-钢筋混凝土柱加固、钢筋网砂浆面层加固、钢筋混凝土板墙加固、支撑加固、包角加固等等,本文在如何选择抗震加固技术时,本着从结构体系——结构材料——结构构件——构件连接——非结构构件的顺序原则来进行抗震加固。
1、建筑层数及总高度超限:历次震害证明,砌体建筑的层数越多,高度越高,其地震破坏就越大。因为建筑层数及高度值越大就意味着侧向地震作用就越大,同时也加大了建筑底部的倾覆力矩。因此在地震中,倾覆力矩过大使得底部墙体产生过大的压力和剪力而被破坏。《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)第5.2.2节和第5.3.1节中分别对A类建筑和B类建筑做出了具体规定,《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)(2008年版)第7.1.2节中对C类建筑也做出了具体规定。
当砌体房屋的总高度及层数均超限时,应采用改变结构体系的加固方案,具体有以下两种形式:(1)双面普遍加钢筋混凝土板墙形成组合墙的方法;(2)增设一定数量的钢筋混凝土单面或双面板墙的方法,混凝土板墙厚度单面不小于140mm,双面合计不小于140mm,且结构全部地震作用分别由两个方向增设的钢筋混凝土板墙承担,并应计入竖向压应力滞后的影响,墙体配筋按混凝土剪力墙结构计算确定(原砌体墙不承担地震作用)。
2、平立面不规则、具有明显扭转效应:合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的,提倡平、立面简单对称。因为震害表明,简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏。而且道理也很清楚,简单、对称的结构容易估计其地震时的反应,容易采取抗震构造措施和进行细部处理。“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。硕士论文,综合抗震能力指数。。建筑平面、立面应尽可能简洁、规整,使结构质量中心与刚度中心相一致。建筑立面应避免头重脚轻,房屋的重心尽可能降低,避免采用错落凹凸的立面,突出建筑屋面部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭梢效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。
当建筑的平立面、质量、刚度分布和墙体等抗侧力构件的布置在平面内明显不对称时,应进行地震扭转效应不利影响的分析,尽量在适当部位设置抗震缝,将体型复杂、平面不规则的建筑分割成几个相对规整的独立单元;当结构竖向构件上下不连续或刚度沿高度分布突变时,应在缺失部位补砌筑新墙体,使主要受力墙体沿竖向上下连续,并选择合适部位用钢筋网砂浆面层加固墙体,使加固后的楼层综合抗震能力指数大于1.0,且不宜超过下一楼层综合抗震能力指数的20%。
3、房屋的整体性不满足要求:在地震中多层砌体结构的纵、横向地震作用主要由相应墙体承担。因此,纵、横墙的合理布置且控制横墙的间距,可控制纵、横墙的侧向变形,增强了空间刚度和整体性,对承受纵、横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。硕士论文,综合抗震能力指数。。墙体布置时,应尽量采用纵墙贯通的平面布置,而当纵墙不能贯通布置时,则应在墙体交接处采取加强措施。
当纵横墙连接教差时,可采用钢拉杆、外加柱及圈梁的方法来加固;当墙体布置在平面内不闭合时,应增设墙段形成闭合,在开口处增设现浇钢筋混凝土框;当构造柱和圈梁的布置不满足构造要求时,可采用外加柱及圈梁内加拉杆的方法,或者采用钢筋网砂浆面层或钢筋混凝土板墙加固,在面层及板墙内设置配筋加强带来代替构造柱及圈梁的作用,从而全面提高房屋的整体性及刚度。
4、砌块及砂浆强度不满足:采用钢筋网水泥砂浆面层。水泥砂浆面层的厚度宜为20mm,钢筋网砂浆面层的厚度宜为35ram,再厚则己不 经济 。钢筋外保护层厚度不应小于10mm钢筋网与墙面的空隙不宜小于5mm;这是因为钢筋的外保护层要确保钢筋避免锈蚀,而试验和现场检测表明,钢筋网竖筋紧靠墙面将会导致钢筋与墙体无粘结,加固效果不好,而采用5mm的间隙有较强的粘结能力,使得钢筋网砂浆与原墙体共同作用。钢筋网的试验结果表明,钢筋间距不宜太小或太大,网格尺寸实心墙宜300mm×300mm,空斗墙宜为200mm×200mm,这样钢筋的作用才能发挥出来。单面加面层的钢筋网应采用L形锚筋,用水泥砂浆固定在墙体上;双面加面层的钢筋网应采用S形穿墙筋连接,L形锚筋的间距宜为600mm,S形穿墙筋的间距宜900mm,呈梅花状布置。钢筋网四周应与楼板或大梁、柱或墙体连接,可采用锚筋、插入短筋、拉结筋等连接方法进行连接。硕士论文,综合抗震能力指数。。
5、预制板抗震能力差:屋面和楼层处开间大于11m的房间需对预制板进行加固,具体做法有两种:底部加角钢来或上部增设钢筋混凝土整浇层。底部加角钢,角钢型号可以取L100×6,在墙体和花篮梁上都可使用,采用螺栓和加劲勒可以有效的把预制板和下部墙或梁连成整体,施工比较麻烦,会破坏吊顶和弄脏整个房间,并且在施工期间得停止使用;在屋面增设钢筋混凝土整浇层也是相当麻烦的,要把屋面的保温层和防水层都破坏掉,成本比较高,优点是不影响到房屋的正常使用,在住宅中建议使用增设钢筋混凝土整浇层,特别是结合“平改坡”工程一起做就更好了。
结束语:在对砌体结构房屋进行抗震加固时,应优先从改善结构体系方面入手,使整个结构的抗震能力得到加强才是最重要的,也是加固砌体结构最根本的导向。
关键词:真空预压加固地基,施工,工艺
1、真空预压加固概述
1、1定义
真空预压法是在地基表面铺设密封膜,通过特制的真空设备抽真空,使密封膜下砂垫层内和土体中垂直排水通道内形成负压,加速孔隙水排出,从而使土体固结、强度提高的软土地基加固法。
1、2机理
土体抽真空后,真空压力直接作用在砂垫层中的水气流体上,先提高排水边界砂垫层中真空度,形成下部土体与砂垫层之间的压差,使得表层土体内的水和气在压差作用下,通过塑料排水板流到砂垫层中,再通过与真空泵相连的排水管道被抽出;随着时间的延续,真空度沿着塑料排水板向深度传递,并通过排水板向周围土体扩散传递,使得深部土体中的水和气被抽出,由于土体本身渗透系数很小,水源补给不可能大于或等于地下水被抽出的速度,因此同时伴随着地下水位的逐渐下降。在整个过程中,土体中产生负的超静孔隙水压力,随着水气的排出,超静孔隙水压力不断消散,土体有效应力不断增加,使得土体得到加固。
1、3应用范围
真空预压法适用于加固淤泥、淤泥质土和其他能够排水固结而且能形成负超静水压力边界条件的软粘土。目前,真空预压法已在港口工程、石油、化工、建筑、公用事业和机场等工程中得到实际应用,加固面积已超过150万平方米,取得了良好的技术经济效果。
2、真空预压加固地基的施工工艺
真空预压施工包括四个主要部分:(1)采用不透气的密封膜使加固地基与大气隔绝;(2)为使土体加速排水固结,在加固地基中设置排水通道(如塑料排水板);(3)采用高效率的抽真空装置;(4)为了节能和安全正常运转,需要安装自动控制、记录系统。论文大全,工艺。
2、1施工工具
2、1、1排水通道打设机
由于塑料排水板具有质量稳定、轻便可靠、打设速度快、加固效果好等优点,目前在真空预压加固中已被广泛采用,极少见到使用袋装砂井及普通砂井的实例。论文大全,工艺。
塑料排水板打设机可采用履带式或轨道式等轻型设备,其接地压力应与加固地基相适应;当地基十分软弱,地基承载力偏低时,往往需要对地基表层临时处理,以适应打设机对地基承载力的要求。论文大全,工艺。
打设方式可用振动锤打入,亦可用静压压入。采用目前常用塑料排水板打设机打设长度为20m左右的塑料排水板时,打设效率一般可达到1000—1500m/台班。
2、1、2真空设备及自控装置
包括:(1)真空设备:φ48型射流泵、3HA—9型离心式水泵。(2)自控装置:自动控制、记录仪。
2、2施工程序
真空预压加固地基的施工程序为:(1)设置排水通道包括在软基表面铺设砂垫层和土体中打设排水通道。目前多采用塑料排水板作为竖向排水通道。采用套管法打设塑料排水板。在钢套管压入地基土内之前,须先将塑料板放入套管,并在塑料板端部加管靴,这样,当钢套管压入时,管靴和塑料板也随之入土,拔出钢套管时,塑料板靠管靴的阻力留置于土中,在地面将塑料板切断,打设即完成。(流程可简易表示为:①—排水通道;②—滤管;③—围捻;④—出膜装置;⑤—阀门;⑥—真空表;⑦—射流泵;⑧—离心泵;⑨—沟槽;⑩—水平排法;最后是密封膜);(2)铺设膜下滤管在打好塑料排水板的砂垫层上布设膜下滤管,并将滤管埋入砂垫层中;(3)铺设封闭薄膜;(4)连接膜外管道和出膜装置与抽真空设备;(5)安装自动控制设备。
2、3劳动组织
2、3、1打设排水通道
每台班由4—5人组成,班长1人、操机工1人、装运工1人、测量工1人、电工1人。
2、3、2真空设备安装与运转
每台班6—8人,每日三班连续运转。
2、4施工注意事项
主要包括:(1)整平加固区场地,清除杂物,并铺设砂垫层。为避免塑料密封破损,砂垫层表面不得存留石块及其他尖利杂物;(2)塑料排水板打设完毕并验收合格后,应及时仔细地用砂垫层砂料把打设时在每根塑料排水板周围形成的孔洞回填好,否则,抽真空时这些孔洞附近的密封薄膜很容易破损,造成漏气,从而难以达到和维持要求的真空度;(3)埋设膜下滤管时,绑扎过滤层的铅丝头均应朝向两侧,切忌朝上。滤管周围须用砂填定,并用磁盘埋好,埋砂厚度以5cm左右为宜。论文大全,工艺。砂料中的石块、瓦砾等尖利杂物必须清除干净,以免扎破密封膜;(4)铺膜时须挖沟,挖出的土堆在沟边平地上,不得堆在砂垫层上。论文大全,工艺。还应避免砂粒滑入沟中。论文大全,工艺。薄膜应事先仔细检查,铺设时四周应放到沟底,但不要拉得过紧。沟中回填的粘土要密实且不夹杂砂石;(5)管道出膜处应与出膜装置妥善连接,以保证密封性。膜外水平管道上应接有阀门。每台射流历史意义和阀门外侧均应装有真空表,使用前应进行试抽检查;(6)整个真空系统安装完毕后,记录各观测仪器的读数,然后试运转一次。发现漏气等问题时应及时采取措施补救;(7)抽真空期间必须保证电力连续供应,不得中途断电,以使真空度在最短时间内达到并长期维持设计值。
2、5加固质量与效果检验
真空预压期间,泵上真空度应大于700mmHg,膜下真空度应大于600mmHg。一般在工程实际中,采用检验真空预压加固效果的方法有:(1)钻探取土进行室内土工试验;(2)现场十字板、静力触探等试验;(3)必要时进行载荷板试验;等。
2、6技术经济分析
(1)1台真空设备的加固面积一般为1000—1500m2;(2)加固后达到相当于80kPa堆载预压的加固效果;(3)与同等堆载预压相比,一般可降低造价1/3、缩短工期1/、节约1/3。
注:真空预压加固地基工法可使膜下真空度在10—20d内达到和维持在600mmUg以上,可产生相当于80KPa的等效荷载。
参考文献
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