用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法
【專利摘要】本發明公開了一種用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，包括以下步驟：固定鋼支架和加強鋼筋；將預拌合料和水預先分別貯存在密封箱體中；施工區段長度范圍內局部密封加熱；對波紋鋼板待修復部位進行表面處理，排干積水；預拌合料摻水拌合均勻，得到鋼纖維噴射混凝土，噴射時將其加熱至15?25°C，波紋鋼板噴射面的溫度為50?100°C，噴射厚度為100?150mm。本發明適用于波紋鋼板拼裝的大跨埋置式結構軸向接縫處出現嚴重的裂縫、但無明顯變形或腐蝕的修復加固。本發明施工操作方便，施工距離長，不需要腳手架，噴射的厚度不會明顯減小管道尺寸。本發明即使在寒冷的天氣條件下也可進行噴射混凝土的修復。
【專利說明】用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及波紋鋼埋置式結構的修復方法，具體地指一種用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法。

【背景技術】
[0002]波紋鋼埋置式結構是一種典型的柔性結構，長期以來被公認為具有優異的結構強度來承受較大的荷載和較高的填土。這種結構通過波紋鋼板薄壁與土壤的相互作用，將結構上部的荷載分散到周圍的土體上，從而提高了結構自身的承載力。
[0003]隨著鋼材加工工藝特別是防腐技術的提高，波紋鋼埋置式結構以其良好的力學性能及施工簡便、適應性強、耐久性好的特點，正逐步在國內土木工程建設中得到認識和重視。尤其是近年來在國內鋼材產能過剩、價格低迷的市場環境下，在國家大力提倡低碳交通、節能環保及推動城鎮化建設快速發展的大背景下，波紋鋼埋置式結構具有更加優越的性價比和社會效益，在公路、市政等諸多領域有著廣闊的應用空間。
[0004]與其它結構一樣，波紋鋼埋置式結構也會因各種原因受損，如因腐蝕、磨蝕引起的漏水，過量變形引起的螺栓孔撕裂、結構性破壞等。其中，軸向接縫開裂是由波紋鋼板拼裝的大跨埋置式結構最常見的一種破壞形式。
[0005]受損的波紋鋼埋置式結構洞身視情況需要進行修復或重建。波紋鋼埋置式結構的修復規模有時看似龐大，但與重建相比，修復工作往往具有非常高的成本效益。一般來說，修復完畢的波紋鋼板結構能獲得全新的完整使用壽命，且耗費成本低，還可省去更換帶來的不便。
[0006]鋼纖維噴射混凝土是在空氣壓力作用下，高速噴射至受噴面上而形成的分布有不連續鋼纖維的混凝土，具有鋼纖維混凝土的良好性質，與素噴混凝土相比，提高了彎拉強度、韌性、延性和抗裂能力，可以有效減少混凝土的收縮裂縫，增強混凝土的耐久性和密實性，施工時，避免了掛網操作，可以實現無模化快速施工。因此，這項技術發展以來，在隧道和地下工程中的襯砌支護、礦山巷道的軟巖支護、建筑物與橋梁的修補加固、水工建筑的面板防滲加固處理等很多工程項目上得到應用。但是，沒有用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的相關報道。


【發明內容】

[0007]本發明的目的就是要克服現有技術所存在的不足，提供一種用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法。
[0008]為實現上述目的，本發明所設計的用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，修復范圍為采用鋼纖維噴射混凝土覆蓋在波紋鋼板的環向和軸向上裂縫之外不小于500mm的范圍,包括以下步驟:
[0009]I)固定鋼支架:在上述修復范圍內，用射釘槍將鋼支架固定在波紋鋼板的內壁波峰處，所述鋼支架包括U形鋼帶和設置在U形鋼帶開口端的向外側折彎部分，所述折彎部分的彎曲角度與波紋鋼板的內壁波峰相貼合，部分鋼支架在U形鋼帶的封閉頂端設置有用于控制噴射混凝土厚度的厚度控制桿；
[0010]2)表面處理:對波紋鋼板待修復部位進行表面處理，排干積水，在待修復部位的表面輕微打磨或噴砂處理，但不得損壞波紋鋼板的鍍鋅層；
[0011]3)噴射作業:將鋼纖維噴射混凝土噴射到波紋鋼板的待修復部位上，直到鋼支架的厚度控制桿完全被鋼纖維噴射混凝土覆蓋，并確保鋼支架周圍不出現空洞，噴射后進行養護以達到標準抗壓強度。
[0012]上述方案中，所述鋼支架分為A型鋼支架和B型鋼支架兩種，其中，在U形鋼帶的封閉頂端設置有厚度控制桿的為B型鋼支架，沒有設置控制桿的為A型鋼支架；所述鋼支架分別沿波紋鋼板的環向和軸向間隔布置，所述鋼支架軸向安裝間距與波紋鋼板的波距相等，沿環向和軸向分別間隔3?5個A型鋼支架設置一個B型鋼支架。
[0013]上述方案在步驟I)固定鋼支架后，還架設有與鋼支架連接的兩層鋼筋網，每層鋼筋網包括軸向鋼筋和環向鋼筋，所述上層鋼筋網軸向鋼筋沿波紋鋼板的軸向設置在鋼支架的U形鋼帶的頂部，下層鋼筋網軸向鋼筋沿波紋鋼板的軸向設置在波紋鋼板的內壁波峰處，所述每層鋼筋網的環向鋼筋沿波紋鋼板環向設置并與與其相對應一層的軸向鋼筋相垂直接觸。
[0014]上述方案中，所述鋼纖維噴射混凝土由預拌合料和水組成，預拌合料和水預先分別貯存在密封箱體中，在噴射前在預拌合料中摻入其重量的3?6%的水拌合均勻得到；所述預拌合料包括水泥、硅粉、細骨料和鋼纖維，所述硅粉含量為水泥重量的5?10%，所述水泥與細骨料的重量比為1:4?4.5，所述鋼纖維占預拌合料總體積的含量為60kg/m3。
[0015]優選地，所述水泥為硅酸鹽水泥；所述細骨料為粗砂或中砂，最大粒徑不超過6mm，并應干燥到含水量不大于0.1% ;所述鋼纖維中不含鋁，其長度為20?30mm。
[0016]上述方案中，所述鋼支架在波紋鋼板上的固定有兩種方式:所述鋼支架沿內壁波峰中心線順環向排列，或所述鋼支架通過向外側折彎部分騎跨在內壁波峰上并沿波紋鋼板結構軸向排列。
[0017]優選地,所述B型鋼支架的厚度控制桿長為60?70mm、直徑為3?5mm。這樣,噴射厚度通過均勻分布的厚度控制桿控制，最終完全被噴射混凝土覆蓋，從而達到所需的噴射厚度，為確保最終表面的曲率和直度，也可采用更多的B型鋼支架。
[0018]優選地，所述鋼支架的寬度與射釘槍內的射釘的直徑相匹配。
[0019]優選地，步驟3)噴射作業中，噴射厚度為100?150mm。
[0020]優選地，在步驟3)噴射作業前，施工區段長度范圍內局部密封，密封區域內氣溫為20?30°C，并保證波紋鋼板噴射面的溫度不低于5°C。在步驟3)噴射作業期間和噴射完成后的72小時內，波紋鋼板的噴射面的溫度為50?100°C，并保證空氣溫度為15?25°C;噴射完成后4小時以內，對鋼纖維噴射混凝土的表面進行60小時連續濕養護，不允許使用養護混合劑。
[0021]采用鋼纖維噴射混凝土修復時，一般不需要配置鋼筋網。當不配置鋼筋網時，鋼纖維噴射混凝土的28天設計抗壓強度應不小于65MPa。如果制備的鋼纖維噴射混凝土強度達不到上述要求，或待修復的裂縫有繼續發展的趨勢，或鋼纖維噴射混凝土需要承受截面變形引起的內力，應配置鋼筋網。鋼筋網還可以有效地避免噴射混凝土出現干縮裂縫。
[0022]上述方案步驟I)中，當配置鋼筋網時，應采用HRB400螺紋鋼筋且含筋量應不小于襯砌面積的0.4%。
[0023]本發明的有益效果在于:采用鋼纖維噴射混凝土對出現縱縫開裂的波紋鋼埋置式結構進行修復加固。在出現開裂的接縫兩側一定范圍內的波紋鋼板上錨固鋼支架，在鋼支架上布設鋼筋，形成鋼筋網，然后采用噴射機械將制備符合要求的鋼纖維噴射混凝土通過干噴法沿軸向開裂的接縫噴射，形成一定厚度的襯砌，覆蓋裂縫、鋼支架和鋼筋網。鋼支架起剪力釘的作用，兼做加強鋼筋的支撐，噴射厚度通過均勻分布的厚度控制桿控制，最終完全被噴射混凝土覆蓋，從而達到所需的噴射厚度；由鋼纖維噴射混凝土形成的襯砌強度很高，且耐風化和化學侵蝕，有助于傳遞結構的環向壓力，固定接縫處的波紋鋼板，防止螺栓孔之間的波紋鋼板完全開裂時可能發生的相互錯移滑動，從而達到修復目的。
[0024]本發明適用于波紋鋼板拼裝的大跨埋置式結構軸向接縫處出現嚴重的裂縫、但無明顯的環向或軸向變形或腐蝕的修復加固。采用本發明方法可修復橫截面的整周，也可適用于管壁的損壞區域。本發明采用干噴法施工操作方便，施工距離長，不需要腳手架，噴射混凝土襯砌的厚度很薄，不會明顯減小管道尺寸。本發明適應環境能力強，即使在寒冷的天氣條件下也可進行噴射混凝土的修復。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為實例一鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼涵洞示意圖。
[0026]圖2為圖1中波紋鋼涵洞修復部分的橫斷面結構圖。
[0027]圖3為圖1中波紋鋼涵洞修復部分的縱斷面結構圖。
[0028]圖4a為圖1中所用的A型鋼支架的結構示意圖。
[0029]圖4b為圖1中所用的B型鋼支架的結構示意圖。
[0030]圖5為實例二鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼涵洞示意圖。
[0031]圖6為圖5中波紋鋼涵洞修復部分的橫斷面結構圖。
[0032]圖7為圖5中波紋鋼涵洞修復部分的縱斷面結構圖。
[0033]圖8a為圖5中所用的A型鋼支架的結構示意圖。
[0034]圖8b為圖5中所用的B型鋼支架的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0035]為了更好地解釋本發明，以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，但它們不對本發明構成限定。
[0036]以下實施例中所用的混凝土和材料結構:
[0037]I)鋼纖維噴射混凝土:由預拌合料和水組成，預拌合料和水預先分別貯存在密封箱體中，在噴射前在預拌合料中摻入其重量的3?6%的水拌合均勻得到。其中，預拌合料包括娃酸鹽水泥、娃粉、細骨料和鋼纖維，娃粉含量為娃酸鹽水泥重量的5?10%,娃酸鹽水泥與細骨料的重量比為1:4?4.5，所述鋼纖維占預拌合料總體積的含量為60kg/m3。細骨料采用粗砂或中砂，最大粒徑不超過6mm，并應干燥到含水量不大于0.1 %。鋼纖維中不含鋁，其長度為25_。水應符合飲用水標準，且不得含有泥漿或其它化學雜質和有機雜質。不得使用處理后的工業廢水或污水。
[0038]制備的鋼纖維噴射混凝土 28天設計抗壓強度為50MPa，其原材料應滿足《噴射混凝土施工技術規程》(YBJ 226-91)要求和前述材料要求。
[0039]2)鋼筋:均采用HRB400螺紋鋼筋，滿足《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499.2-2007)規定，抗拉強度標準值fsk = 400MPa，抗拉強度設計值fsd = 330MPa。
[0040]3)鋼支架:采用Q235熱軋鋼板制作，應滿足《碳素結構鋼》(GB/T 700-2006)和《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》(GB/T 709-2006)的要求，屈服強度不應小于235MPa，抗拉強度不應小于370MPa。鋼支架3厚度2.8mm,寬度為19mm，包括U形鋼帶
3.1和設置在U形鋼帶3.1開口端的向外側折彎部分3.2，折彎部分3.2的彎曲角度與波紋鋼板I的內壁波峰1.1相貼合。鋼支架3分為A型鋼支架3a、B型鋼支架3b兩種，其中，在U形鋼帶3.1的封閉頂端設置有厚度控制桿3.3的為B型鋼支架3b，沒有設置控制桿的為A型鋼支架3b。厚度控制桿3.3長為65mm、直徑為4mm。
[0041]鋼支架3的內、外表面均須進行熱浸鍍鋅處理，采用GB/T 470規定的I號或O號鋅，單面附著量不小于600g/m2。
[0042]實例一
[0043]一個直徑D = 3.5m的波紋鋼埋置式涵洞，拱頂填土厚度Sm，其橫斷面由4塊波形為150X50mm弧形波紋鋼板拼接而成，其中下拱腋處的一道軸向接縫因搭接不當在填土完成后出現螺栓孔撕裂。施工季節在冬季。因挖除填土重新拼裝成本太高，且工期很緊，經綜合評估，采用本發明的鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式涵洞，修復范圍為采用鋼纖維噴射混凝土 2覆蓋在波紋鋼板I沿開裂的縱縫環向L= 1750mm、軸向全長范圍內，如圖1?4所示，包括以下步驟:
[0044]I)固定鋼支架3和鋼筋網4:在上述修復范圍內，用HILTI射釘槍將鋼支架3固定在波紋鋼板I的內壁波峰1.1處，射釘槍型號為DX750，射釘規格為ENP2K-20L15。鋼支架3沿內壁波峰1.1中心線順環向排列，鋼支架3分別沿波紋鋼板I的環向和軸向間隔布置，A型鋼支架3a的環向安裝間距為350mm?450mm ；B型鋼支架3b的環向安裝間距為450mm?600mm ；A型鋼支架3a的軸向安裝間距與波紋鋼板I的波距相等，B型鋼支架3b的軸向安裝間距為4個波紋鋼板I波距，即600mm。鋼支架3與波紋鋼板I之間必須牢固連接，其作用是充當波紋鋼板I與噴射混凝土襯砌之間的剪力鍵，同時也便于鋼筋網4的架設。
[0045]固定鋼支架3后，還在架設與鋼支架3連接的兩層鋼筋網4，每層鋼筋網4包括軸向鋼筋4.1和環向鋼筋4.2。上層鋼筋網4的軸向鋼筋4.1沿波紋鋼板I的軸向設置在鋼支架3的U形鋼帶3.1的頂部，下層鋼筋網4的軸向鋼筋4.1沿波紋鋼板I的軸向設置在波紋鋼板I的內壁波峰1.1處。每層鋼筋網4的環向鋼筋4.2沿波紋鋼板I環向設置并與與其相對應一層的軸向鋼筋4.1相垂直接觸。軸向鋼筋4.1的直徑為10mm，環向安裝間距與鋼支架3相同。環向鋼筋4.2的直徑為16mm,軸向間距150mm。
[0046]由于是冬季施工，以下作業分段進行，每段長度不大于5m。
[0047]2)貯存和加熱:將預拌合料和水預先分別貯存在密封箱體中；施工區段15m長度范圍內局部密封，用2至3臺丙烷加熱器將密封區域內氣溫提升至20?30°C，并保證波紋鋼板I噴射面的溫度不低于5°C ；
[0048]3)表面處理:對波紋鋼板I待修復部位進行表面處理，用氣動噴槍清理噴射面的浮冰，如果待修復部位有流水，應采取措施引流并排干積水，噴射面輕微打磨或噴砂處理，以保證新舊混凝土之間的有效粘結，但不得損壞波紋鋼板I的鍍鋅層；
[0049]4)噴射作業:預拌合料在泵壓前預先摻入其重量的3?6%的水進行加濕并拌合均勻，得到鋼纖維噴射混凝土 2，噴射時將鋼纖維噴射混凝土 2加熱至15?25°C，噴射期間和噴射完成后的72小時內，將波紋鋼板I的噴射面的溫度為50?100°C，并保證空氣溫度為15?25°C，噴射時應確保鍍鋼支架3和鋼筋網4周圍不出現空洞。
[0050]噴射分兩步進行，第一步噴射厚度為75mm，噴射完成后約1.5小時再噴射第二層達到設計厚度和曲率，第二層噴射混凝土厚度為65_。噴射厚度通過均勻分布的厚度控制桿3.3控制，使最終的噴射厚度d = 140mm ;并用4m長直尺進行檢查軸向直度，
[0051]噴射完成后4小時以內，對鋼纖維噴射混凝土 2的表面進行60小時連續濕養護，不允許使用養護混合劑。修復完成后，清除殘留的鋼纖維噴射混凝土、雜物和廢料，恢復現場。
[0052]實例二
[0053]一個直徑2.5m的波紋鋼埋置式涵洞，拱頂填土厚度12m，其橫斷面由4塊波形為150X50mm弧形波紋鋼板拼接而成，運營期間上拱肩處的一道軸向接縫因附近抽取地下水引起地基不均勻沉降而出現螺栓孔撕裂和局部小變形。因不能中斷交通，且重建成本太高，考慮到地基沉降已穩定，經綜合評估，采用本發明的鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式涵洞，如圖5?8所示，包括以下步驟:
[0054]主要材料要求及修復過程與實例一基本相同，不同之處在于:
[0055]I)鋼支架3通過向外側折彎部分3.2騎跨在內壁波峰1.1上并沿波紋鋼板I結構軸向排列，即，鋼支架3下部的外側折彎部分3.2與波紋鋼板I的內壁波峰1.1貼合，并通過射釘槍固定；
[0056]2) A型鋼支架3a和B型鋼支架3b沿波紋鋼板I的環向間隔布置并沿波紋鋼板I的軸向等間距布置。A型鋼支架3a的環向安裝間距為270mm?600mm，見圖5 ;B型鋼支架3b的環向安裝間距為400mm?600mm,見圖5 ；A型鋼支架3a的軸向安裝間距與波紋鋼板I的波距相等，B型鋼支架3b的軸向安裝間距為4個波紋鋼板I波距，即600mm。
【權利要求】
1.一種用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，修復范圍為采用鋼纖維噴射混凝土⑵覆蓋在波紋鋼板(I)的環向和軸向上裂縫之外不小于500mm的范圍，包括以下步驟: 1)固定鋼支架:在上述修復范圍內，用射釘槍將鋼支架(3)固定在波紋鋼板(I)的內壁波峰(1.D處，所述鋼支架(3)包括U形鋼帶(3.1)和設置在U形鋼帶(3.1)開口端的向外側折彎部分(3.2)，所述折彎部分(3.2)的彎曲角度與波紋鋼板(I)的內壁波峰(1.1)相貼合，部分鋼支架(3)在U形鋼帶(3.1)的封閉頂端設置有用于控制噴射混凝土厚度的厚度控制桿(3.3)； 2)表面處理:對波紋鋼板(I)待修復部位進行表面處理，排干積水，在待修復部位的表面輕微打磨或噴砂處理，但不得損壞波紋鋼板(I)的鍍鋅層； 3)噴射作業:將鋼纖維噴射混凝土(2)噴射到波紋鋼板(I)的待修復部位上，直到鋼支架(3)的厚度控制桿(3.3)完全被鋼纖維噴射混凝土(2)覆蓋，并確保鋼支架(3)周圍不出現空洞，噴射后進行養護以達到標準抗壓強度。
2.根據權利要求1所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:所述鋼支架(3)分為A型鋼支架(3a)和B型鋼支架(3b)兩種，其中，在U形鋼帶(3.1)的封閉頂端設置有厚度控制桿(3.3)的為B型鋼支架(3b)，沒有設置控制桿的為A型鋼支架(3b);所述鋼支架(3)分別沿波紋鋼板(I)的環向和軸向間隔布置，所述鋼支架(3)軸向安裝間距與波紋鋼板⑴的波距相等，沿環向和軸向分別間隔3?5個A型鋼支架(3a)設置一個B型鋼支架(3b)。
3.根據權利要求2所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:步驟I)固定鋼支架(3)后，還架設有與鋼支架(3)連接的兩層鋼筋網(4)，每層鋼筋網(4)包括軸向鋼筋(4.1)和環向鋼筋(4.2)，所述上層鋼筋網(4)軸向鋼筋(4.1)沿波紋鋼板⑴的軸向設置在鋼支架⑶的U形鋼帶(3.1)的頂部，下層鋼筋網⑷軸向鋼筋(4.1)沿波紋鋼板(I)的軸向設置在波紋鋼板(I)的內壁波峰(1.D處，所述每層鋼筋網(4)的環向鋼筋(4.2)沿波紋鋼板(I)環向設置并與與其相對應一層的軸向鋼筋(4.1)相垂直接觸。
4.根據權利要求1或2所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:所述鋼纖維噴射混凝土(2)由預拌合料和水組成，預拌合料和水預先分別貯存在密封箱體中，在噴射前在預拌合料中摻入其重量的3?6%的水拌合均勻得到；所述預拌合料包括水泥、硅粉、細骨料和鋼纖維，所述硅粉含量為水泥重量的5?10%，所述水泥與細骨料的重量比為1:4?4.5，所述鋼纖維占預拌合料總體積的含量為60kg/m3。
5.根據權利要求4所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:所述水泥為硅酸鹽水泥；所述細骨料為粗砂或中砂，最大粒徑不超過6_，并應干燥到含水量不大于0.1% ;所述鋼纖維中不含鋁，其長度為20?30mm。
6.根據權利要求1或2所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:所述鋼支架(3)在波紋鋼板(I)上的固定有兩種方式:所述鋼支架(3)沿內壁波峰(1.1)中心線順環向排列，或所述鋼支架⑶通過向外側折彎部分(3.2)騎跨在內壁波峰(1.1)上并沿波紋鋼板(I)結構軸向排列。
7.根據權利要求1或2所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:所述B型鋼支架(3b)的厚度控制桿(3.3)長為60?70mm、直徑為3?5mm。
8.根據權利要求1或2所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:所述鋼支架(3)的寬度與射釘槍內的射釘的直徑相匹配。
9.根據權利要求1或2所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:步驟3)噴射作業中，噴射厚度為100?150mm。
10.根據權利要求1或2所述用鋼纖維噴射混凝土修復波紋鋼埋置式結構的方法，其特征在于:在步驟3)噴射作業前，施工區段長度范圍內局部密封，密封區域內氣溫為20?30°C，并保證波紋鋼板(I)噴射面的溫度不低于5°C;在噴射作業期間和噴射完成后的72小時內，波紋鋼板(I)的噴射面的溫度為50?100°C，并保證空氣溫度為15?25V ;噴射完成后4小時以內，對鋼纖維噴射混凝土(2)的表面進行60小時連續濕養護，不允許使用養護混合劑。
【文檔編號】C04B14/48GK104213515SQ201410413495
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】余順新, 夏飛, 盧傲, 張春華 申請人:中交第二公路勘察設計研究院有限公司