用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，包括以下步骤：固定钢支架和加强钢筋；将预拌合料和水预先分别贮存在密封箱体中；施工区段长度范围内局部密封加热；对波纹钢板待修复部位进行表面处理，排干积水；预拌合料掺水拌合均匀，得到钢纤维喷射混凝土，喷射时将其加热至15?25°C，波纹钢板喷射面的温度为50?100°C，喷射厚度为100?150mm。本发明适用于波纹钢板拼装的大跨埋置式结构轴向接缝处出现严重的裂缝、但无明显变形或腐蚀的修复加固。本发明施工操作方便，施工距离长，不需要脚手架，喷射的厚度不会明显减小管道尺寸。本发明即使在寒冷的天气条件下也可进行喷射混凝土的修复。
【专利说明】用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及波纹钢埋置式结构的修复方法，具体地指一种用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法。
【背景技术】
[0002]波纹钢埋置式结构是一种典型的柔性结构，长期以来被公认为具有优异的结构强度来承受较大的荷载和较高的填土。这种结构通过波纹钢板薄壁与土壤的相互作用，将结构上部的荷载分散到周围的土体上，从而提高了结构自身的承载力。
[0003]随着钢材加工工艺特别是防腐技术的提高，波纹钢埋置式结构以其良好的力学性能及施工简便、适应性强、耐久性好的特点，正逐步在国内土木工程建设中得到认识和重视。尤其是近年来在国内钢材产能过剩、价格低迷的市场环境下，在国家大力提倡低碳交通、节能环保及推动城镇化建设快速发展的大背景下，波纹钢埋置式结构具有更加优越的性价比和社会效益，在公路、市政等诸多领域有着广阔的应用空间。
[0004]与其它结构一样，波纹钢埋置式结构也会因各种原因受损，如因腐蚀、磨蚀引起的漏水，过量变形引起的螺栓孔撕裂、结构性破坏等。其中，轴向接缝开裂是由波纹钢板拼装的大跨埋置式结构最常见的一种破坏形式。
[0005]受损的波纹钢埋置式结构洞身视情况需要进行修复或重建。波纹钢埋置式结构的修复规模有时看似庞大，但与重建相比，修复工作往往具有非常高的成本效益。一般来说，修复完毕的波纹钢板结构能获得全新的完整使用寿命，且耗费成本低，还可省去更换带来的不便。
[0006]钢纤维喷射混凝土是在空气压力作用下，高速喷射至受喷面上而形成的分布有不连续钢纤维的混凝土，具有钢纤维混凝土的良好性质，与素喷混凝土相比，提高了弯拉强度、韧性、延性和抗裂能力，可以有效减少混凝土的收缩裂缝，增强混凝土的耐久性和密实性，施工时，避免了挂网操作，可以实现无模化快速施工。因此，这项技术发展以来，在隧道和地下工程中的衬砌支护、矿山巷道的软岩支护、建筑物与桥梁的修补加固、水工建筑的面板防渗加固处理等很多工程项目上得到应用。但是，没有用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的相关报道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法。
[0008]为实现上述目的，本发明所设计的用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，修复范围为采用钢纤维喷射混凝土覆盖在波纹钢板的环向和轴向上裂缝之外不小于500mm的范围,包括以下步骤:
[0009]I)固定钢支架:在上述修复范围内，用射钉枪将钢支架固定在波纹钢板的内壁波峰处，所述钢支架包括U形钢带和设置在U形钢带开口端的向外侧折弯部分，所述折弯部分的弯曲角度与波纹钢板的内壁波峰相贴合，部分钢支架在U形钢带的封闭顶端设置有用于控制喷射混凝土厚度的厚度控制杆；
[0010]2)表面处理:对波纹钢板待修复部位进行表面处理，排干积水，在待修复部位的表面轻微打磨或喷砂处理，但不得损坏波纹钢板的镀锌层；
[0011]3)喷射作业:将钢纤维喷射混凝土喷射到波纹钢板的待修复部位上，直到钢支架的厚度控制杆完全被钢纤维喷射混凝土覆盖，并确保钢支架周围不出现空洞，喷射后进行养护以达到标准抗压强度。
[0012]上述方案中，所述钢支架分为A型钢支架和B型钢支架两种，其中，在U形钢带的封闭顶端设置有厚度控制杆的为B型钢支架，没有设置控制杆的为A型钢支架；所述钢支架分别沿波纹钢板的环向和轴向间隔布置，所述钢支架轴向安装间距与波纹钢板的波距相等，沿环向和轴向分别间隔3?5个A型钢支架设置一个B型钢支架。
[0013]上述方案在步骤I)固定钢支架后，还架设有与钢支架连接的两层钢筋网，每层钢筋网包括轴向钢筋和环向钢筋，所述上层钢筋网轴向钢筋沿波纹钢板的轴向设置在钢支架的U形钢带的顶部，下层钢筋网轴向钢筋沿波纹钢板的轴向设置在波纹钢板的内壁波峰处，所述每层钢筋网的环向钢筋沿波纹钢板环向设置并与与其相对应一层的轴向钢筋相垂直接触。
[0014]上述方案中，所述钢纤维喷射混凝土由预拌合料和水组成，预拌合料和水预先分别贮存在密封箱体中，在喷射前在预拌合料中掺入其重量的3?6%的水拌合均匀得到；所述预拌合料包括水泥、硅粉、细骨料和钢纤维，所述硅粉含量为水泥重量的5?10%，所述水泥与细骨料的重量比为1:4?4.5，所述钢纤维占预拌合料总体积的含量为60kg/m3。
[0015]优选地，所述水泥为硅酸盐水泥；所述细骨料为粗砂或中砂，最大粒径不超过6mm，并应干燥到含水量不大于0.1% ;所述钢纤维中不含铝，其长度为20?30mm。
[0016]上述方案中，所述钢支架在波纹钢板上的固定有两种方式:所述钢支架沿内壁波峰中心线顺环向排列，或所述钢支架通过向外侧折弯部分骑跨在内壁波峰上并沿波纹钢板结构轴向排列。
[0017]优选地,所述B型钢支架的厚度控制杆长为60?70mm、直径为3?5mm。这样,喷射厚度通过均匀分布的厚度控制杆控制，最终完全被喷射混凝土覆盖，从而达到所需的喷射厚度，为确保最终表面的曲率和直度，也可采用更多的B型钢支架。
[0018]优选地，所述钢支架的宽度与射钉枪内的射钉的直径相匹配。
[0019]优选地，步骤3)喷射作业中，喷射厚度为100?150mm。
[0020]优选地，在步骤3)喷射作业前，施工区段长度范围内局部密封，密封区域内气温为20?30°C，并保证波纹钢板喷射面的温度不低于5°C。在步骤3)喷射作业期间和喷射完成后的72小时内，波纹钢板的喷射面的温度为50?100°C，并保证空气温度为15?25°C;喷射完成后4小时以内，对钢纤维喷射混凝土的表面进行60小时连续湿养护，不允许使用养护混合剂。
[0021]采用钢纤维喷射混凝土修复时，一般不需要配置钢筋网。当不配置钢筋网时，钢纤维喷射混凝土的28天设计抗压强度应不小于65MPa。如果制备的钢纤维喷射混凝土强度达不到上述要求，或待修复的裂缝有继续发展的趋势，或钢纤维喷射混凝土需要承受截面变形引起的内力，应配置钢筋网。钢筋网还可以有效地避免喷射混凝土出现干缩裂缝。
[0022]上述方案步骤I)中，当配置钢筋网时，应采用HRB400螺纹钢筋且含筋量应不小于衬砌面积的0.4%。
[0023]本发明的有益效果在于:采用钢纤维喷射混凝土对出现纵缝开裂的波纹钢埋置式结构进行修复加固。在出现开裂的接缝两侧一定范围内的波纹钢板上锚固钢支架，在钢支架上布设钢筋，形成钢筋网，然后采用喷射机械将制备符合要求的钢纤维喷射混凝土通过干喷法沿轴向开裂的接缝喷射，形成一定厚度的衬砌，覆盖裂缝、钢支架和钢筋网。钢支架起剪力钉的作用，兼做加强钢筋的支撑，喷射厚度通过均匀分布的厚度控制杆控制，最终完全被喷射混凝土覆盖，从而达到所需的喷射厚度；由钢纤维喷射混凝土形成的衬砌强度很高，且耐风化和化学侵蚀，有助于传递结构的环向压力，固定接缝处的波纹钢板，防止螺栓孔之间的波纹钢板完全开裂时可能发生的相互错移滑动，从而达到修复目的。
[0024]本发明适用于波纹钢板拼装的大跨埋置式结构轴向接缝处出现严重的裂缝、但无明显的环向或轴向变形或腐蚀的修复加固。采用本发明方法可修复横截面的整周，也可适用于管壁的损坏区域。本发明采用干喷法施工操作方便，施工距离长，不需要脚手架，喷射混凝土衬砌的厚度很薄，不会明显减小管道尺寸。本发明适应环境能力强，即使在寒冷的天气条件下也可进行喷射混凝土的修复。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为实例一钢纤维喷射混凝土修复波纹钢涵洞示意图。
[0026]图2为图1中波纹钢涵洞修复部分的横断面结构图。
[0027]图3为图1中波纹钢涵洞修复部分的纵断面结构图。
[0028]图4a为图1中所用的A型钢支架的结构示意图。
[0029]图4b为图1中所用的B型钢支架的结构示意图。
[0030]图5为实例二钢纤维喷射混凝土修复波纹钢涵洞示意图。
[0031]图6为图5中波纹钢涵洞修复部分的横断面结构图。
[0032]图7为图5中波纹钢涵洞修复部分的纵断面结构图。
[0033]图8a为图5中所用的A型钢支架的结构示意图。
[0034]图8b为图5中所用的B型钢支架的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定。
[0036]以下实施例中所用的混凝土和材料结构:
[0037]I)钢纤维喷射混凝土:由预拌合料和水组成，预拌合料和水预先分别贮存在密封箱体中，在喷射前在预拌合料中掺入其重量的3?6%的水拌合均匀得到。其中，预拌合料包括娃酸盐水泥、娃粉、细骨料和钢纤维，娃粉含量为娃酸盐水泥重量的5?10%,娃酸盐水泥与细骨料的重量比为1:4?4.5，所述钢纤维占预拌合料总体积的含量为60kg/m3。细骨料采用粗砂或中砂，最大粒径不超过6mm，并应干燥到含水量不大于0.1 %。钢纤维中不含铝，其长度为25_。水应符合饮用水标准，且不得含有泥浆或其它化学杂质和有机杂质。不得使用处理后的工业废水或污水。
[0038]制备的钢纤维喷射混凝土 28天设计抗压强度为50MPa，其原材料应满足《喷射混凝土施工技术规程》(YBJ 226-91)要求和前述材料要求。
[0039]2)钢筋:均采用HRB400螺纹钢筋，满足《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)规定，抗拉强度标准值fsk = 400MPa，抗拉强度设计值fsd = 330MPa。
[0040]3)钢支架:采用Q235热轧钢板制作，应满足《碳素结构钢》(GB/T 700-2006)和《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》(GB/T 709-2006)的要求，屈服强度不应小于235MPa，抗拉强度不应小于370MPa。钢支架3厚度2.8mm,宽度为19mm，包括U形钢带
3.1和设置在U形钢带3.1开口端的向外侧折弯部分3.2，折弯部分3.2的弯曲角度与波纹钢板I的内壁波峰1.1相贴合。钢支架3分为A型钢支架3a、B型钢支架3b两种，其中，在U形钢带3.1的封闭顶端设置有厚度控制杆3.3的为B型钢支架3b，没有设置控制杆的为A型钢支架3b。厚度控制杆3.3长为65mm、直径为4mm。
[0041]钢支架3的内、外表面均须进行热浸镀锌处理，采用GB/T 470规定的I号或O号锌，单面附着量不小于600g/m2。
[0042]实例一
[0043]一个直径D = 3.5m的波纹钢埋置式涵洞，拱顶填土厚度Sm，其横断面由4块波形为150X50mm弧形波纹钢板拼接而成，其中下拱腋处的一道轴向接缝因搭接不当在填土完成后出现螺栓孔撕裂。施工季节在冬季。因挖除填土重新拼装成本太高，且工期很紧，经综合评估，采用本发明的钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式涵洞，修复范围为采用钢纤维喷射混凝土 2覆盖在波纹钢板I沿开裂的纵缝环向L= 1750mm、轴向全长范围内，如图1?4所示，包括以下步骤:
[0044]I)固定钢支架3和钢筋网4:在上述修复范围内，用HILTI射钉枪将钢支架3固定在波纹钢板I的内壁波峰1.1处，射钉枪型号为DX750，射钉规格为ENP2K-20L15。钢支架3沿内壁波峰1.1中心线顺环向排列，钢支架3分别沿波纹钢板I的环向和轴向间隔布置，A型钢支架3a的环向安装间距为350mm?450mm ；B型钢支架3b的环向安装间距为450mm?600mm ；A型钢支架3a的轴向安装间距与波纹钢板I的波距相等，B型钢支架3b的轴向安装间距为4个波纹钢板I波距，即600mm。钢支架3与波纹钢板I之间必须牢固连接，其作用是充当波纹钢板I与喷射混凝土衬砌之间的剪力键，同时也便于钢筋网4的架设。
[0045]固定钢支架3后，还在架设与钢支架3连接的两层钢筋网4，每层钢筋网4包括轴向钢筋4.1和环向钢筋4.2。上层钢筋网4的轴向钢筋4.1沿波纹钢板I的轴向设置在钢支架3的U形钢带3.1的顶部，下层钢筋网4的轴向钢筋4.1沿波纹钢板I的轴向设置在波纹钢板I的内壁波峰1.1处。每层钢筋网4的环向钢筋4.2沿波纹钢板I环向设置并与与其相对应一层的轴向钢筋4.1相垂直接触。轴向钢筋4.1的直径为10mm，环向安装间距与钢支架3相同。环向钢筋4.2的直径为16mm,轴向间距150mm。
[0046]由于是冬季施工，以下作业分段进行，每段长度不大于5m。
[0047]2)贮存和加热:将预拌合料和水预先分别贮存在密封箱体中；施工区段15m长度范围内局部密封，用2至3台丙烷加热器将密封区域内气温提升至20?30°C，并保证波纹钢板I喷射面的温度不低于5°C ；
[0048]3)表面处理:对波纹钢板I待修复部位进行表面处理，用气动喷枪清理喷射面的浮冰，如果待修复部位有流水，应采取措施引流并排干积水，喷射面轻微打磨或喷砂处理，以保证新旧混凝土之间的有效粘结，但不得损坏波纹钢板I的镀锌层；
[0049]4)喷射作业:预拌合料在泵压前预先掺入其重量的3?6%的水进行加湿并拌合均匀，得到钢纤维喷射混凝土 2，喷射时将钢纤维喷射混凝土 2加热至15?25°C，喷射期间和喷射完成后的72小时内，将波纹钢板I的喷射面的温度为50?100°C，并保证空气温度为15?25°C，喷射时应确保镀钢支架3和钢筋网4周围不出现空洞。
[0050]喷射分两步进行，第一步喷射厚度为75mm，喷射完成后约1.5小时再喷射第二层达到设计厚度和曲率，第二层喷射混凝土厚度为65_。喷射厚度通过均匀分布的厚度控制杆3.3控制，使最终的喷射厚度d = 140mm ;并用4m长直尺进行检查轴向直度，
[0051]喷射完成后4小时以内，对钢纤维喷射混凝土 2的表面进行60小时连续湿养护，不允许使用养护混合剂。修复完成后，清除残留的钢纤维喷射混凝土、杂物和废料，恢复现场。
[0052]实例二
[0053]一个直径2.5m的波纹钢埋置式涵洞，拱顶填土厚度12m，其横断面由4块波形为150X50mm弧形波纹钢板拼接而成，运营期间上拱肩处的一道轴向接缝因附近抽取地下水引起地基不均匀沉降而出现螺栓孔撕裂和局部小变形。因不能中断交通，且重建成本太高，考虑到地基沉降已稳定，经综合评估，采用本发明的钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式涵洞，如图5?8所示，包括以下步骤:
[0054]主要材料要求及修复过程与实例一基本相同，不同之处在于:
[0055]I)钢支架3通过向外侧折弯部分3.2骑跨在内壁波峰1.1上并沿波纹钢板I结构轴向排列，即，钢支架3下部的外侧折弯部分3.2与波纹钢板I的内壁波峰1.1贴合，并通过射钉枪固定；
[0056]2) A型钢支架3a和B型钢支架3b沿波纹钢板I的环向间隔布置并沿波纹钢板I的轴向等间距布置。A型钢支架3a的环向安装间距为270mm?600mm，见图5 ;B型钢支架3b的环向安装间距为400mm?600mm,见图5 ；A型钢支架3a的轴向安装间距与波纹钢板I的波距相等，B型钢支架3b的轴向安装间距为4个波纹钢板I波距，即600mm。
【权利要求】
1.一种用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，修复范围为采用钢纤维喷射混凝土⑵覆盖在波纹钢板(I)的环向和轴向上裂缝之外不小于500mm的范围，包括以下步骤: 1)固定钢支架:在上述修复范围内，用射钉枪将钢支架(3)固定在波纹钢板(I)的内壁波峰(1.D处，所述钢支架(3)包括U形钢带(3.1)和设置在U形钢带(3.1)开口端的向外侧折弯部分(3.2)，所述折弯部分(3.2)的弯曲角度与波纹钢板(I)的内壁波峰(1.1)相贴合，部分钢支架(3)在U形钢带(3.1)的封闭顶端设置有用于控制喷射混凝土厚度的厚度控制杆(3.3)； 2)表面处理:对波纹钢板(I)待修复部位进行表面处理，排干积水，在待修复部位的表面轻微打磨或喷砂处理，但不得损坏波纹钢板(I)的镀锌层； 3)喷射作业:将钢纤维喷射混凝土(2)喷射到波纹钢板(I)的待修复部位上，直到钢支架(3)的厚度控制杆(3.3)完全被钢纤维喷射混凝土(2)覆盖，并确保钢支架(3)周围不出现空洞，喷射后进行养护以达到标准抗压强度。
2.根据权利要求1所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:所述钢支架(3)分为A型钢支架(3a)和B型钢支架(3b)两种，其中，在U形钢带(3.1)的封闭顶端设置有厚度控制杆(3.3)的为B型钢支架(3b)，没有设置控制杆的为A型钢支架(3b);所述钢支架(3)分别沿波纹钢板(I)的环向和轴向间隔布置，所述钢支架(3)轴向安装间距与波纹钢板⑴的波距相等，沿环向和轴向分别间隔3?5个A型钢支架(3a)设置一个B型钢支架(3b)。
3.根据权利要求2所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:步骤I)固定钢支架(3)后，还架设有与钢支架(3)连接的两层钢筋网(4)，每层钢筋网(4)包括轴向钢筋(4.1)和环向钢筋(4.2)，所述上层钢筋网(4)轴向钢筋(4.1)沿波纹钢板⑴的轴向设置在钢支架⑶的U形钢带(3.1)的顶部，下层钢筋网⑷轴向钢筋(4.1)沿波纹钢板(I)的轴向设置在波纹钢板(I)的内壁波峰(1.D处，所述每层钢筋网(4)的环向钢筋(4.2)沿波纹钢板(I)环向设置并与与其相对应一层的轴向钢筋(4.1)相垂直接触。
4.根据权利要求1或2所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:所述钢纤维喷射混凝土(2)由预拌合料和水组成，预拌合料和水预先分别贮存在密封箱体中，在喷射前在预拌合料中掺入其重量的3?6%的水拌合均匀得到；所述预拌合料包括水泥、硅粉、细骨料和钢纤维，所述硅粉含量为水泥重量的5?10%，所述水泥与细骨料的重量比为1:4?4.5，所述钢纤维占预拌合料总体积的含量为60kg/m3。
5.根据权利要求4所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:所述水泥为硅酸盐水泥；所述细骨料为粗砂或中砂，最大粒径不超过6_，并应干燥到含水量不大于0.1% ;所述钢纤维中不含铝，其长度为20?30mm。
6.根据权利要求1或2所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:所述钢支架(3)在波纹钢板(I)上的固定有两种方式:所述钢支架(3)沿内壁波峰(1.1)中心线顺环向排列，或所述钢支架⑶通过向外侧折弯部分(3.2)骑跨在内壁波峰(1.1)上并沿波纹钢板(I)结构轴向排列。
7.根据权利要求1或2所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:所述B型钢支架(3b)的厚度控制杆(3.3)长为60?70mm、直径为3?5mm。
8.根据权利要求1或2所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:所述钢支架(3)的宽度与射钉枪内的射钉的直径相匹配。
9.根据权利要求1或2所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:步骤3)喷射作业中，喷射厚度为100?150mm。
10.根据权利要求1或2所述用钢纤维喷射混凝土修复波纹钢埋置式结构的方法，其特征在于:在步骤3)喷射作业前，施工区段长度范围内局部密封，密封区域内气温为20?30°C，并保证波纹钢板(I)喷射面的温度不低于5°C;在喷射作业期间和喷射完成后的72小时内，波纹钢板(I)的喷射面的温度为50?100°C，并保证空气温度为15?25V ;喷射完成后4小时以内，对钢纤维喷射混凝土(2)的表面进行60小时连续湿养护，不允许使用养护混合剂。
【文档编号】C04B14/48GK104213515SQ201410413495
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】余顺新, 夏飞, 卢傲, 张春华 申请人:中交第二公路勘察设计研究院有限公司