壓力注漿工藝在抗爆建筑物混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)中的應(yīng)用

李 剛

中國石油工程建設(shè)公司，北京100010

1 工程概述

阿爾及利亞煉廠改擴建項目原為法國德西尼布公司（Technip 簡稱TP） 承接的阿爾及利亞國家石油公司（SONATRACH） 的一項煉油改造升級項目，包括原有常壓與氣分裝置及公用工程改造，新建加氫重整及異構(gòu)化聯(lián)合裝置、催化裂化及汽油脫硫醇裝置、硫璜回收裝置與公用工程及電站與罐區(qū)等，改造后，原油加工生產(chǎn)能力將增長35%。2015 年 TP 公司與 SONATRACH 解除 EPCC 合同，工程停建，項目停建時的工程總進(jìn)度完成78.34%，施工進(jìn)度僅完成56.10%。

2016 年底，中國石油工程建設(shè)公司（簡稱CPECC） 通過國際招標(biāo)接手阿爾及利亞煉廠改擴建EPCC 項目。2017 年 7 月現(xiàn)場開工，CPECC 煉廠項目部對業(yè)主移交的19 棟建筑物進(jìn)行了現(xiàn)場檢查和驗收，發(fā)現(xiàn)部分建筑物存在不同程度的混凝土空鼓、離析和露筋現(xiàn)象，其中SRR2 建筑物的混凝土結(jié)構(gòu)離析現(xiàn)象最為嚴(yán)重。SRR2 是年產(chǎn)100 萬t/a渣油催化裂化裝置（RFCC） 的控制室，建筑面積722 m2，為整體抗爆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。項目移交時，該建筑物的主體結(jié)構(gòu)已全部澆筑完畢，但在梁、板和柱等部位多處存在大面積的混凝土離析和露筋現(xiàn)象，質(zhì)量檢查判定為不合格，需要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)。

2 建筑物主要技術(shù)參數(shù)

2.1 相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)設(shè)計文件的統(tǒng)一規(guī)定，建筑物墻壁和頂面的壓力（等效靜態(tài)值） 應(yīng)不小于0.21bar（1bar=0.1MPa）。根據(jù)超壓計算結(jié)果（采用TNO 多能量法），SRR2建筑設(shè)計考慮側(cè)面超壓（Pso） 值為0.81bar，等效時間為80ms。相應(yīng)技術(shù)要求詳見《建筑物爆炸荷載設(shè)計規(guī)定》，文件編號為9952T-000-JSD-1700-0003。

2.2 建筑物主要參數(shù)

SRR2單體建筑面積722m2，建筑物外墻為500mm厚鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，屋頂板為300mm厚鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，頂板梁最大截面1400mm×800mm，建筑物總高度7.2m，主體結(jié)構(gòu)全部使用C35混凝土澆筑。

建筑物屋面平面如圖1 所示。

圖1 建筑物屋面平面尺寸

建筑物屋面混凝土板及梁截面如圖2 所示。

圖2 屋面板及梁截面（B1～B5）

3 現(xiàn)場質(zhì)量問題

如圖3 所示，在SRR2 的結(jié)構(gòu)主梁、屋面混凝土板、柱子頂部以及梁板柱的交接處均有大面積的混凝土離析，部分主梁有貫穿性的混凝土離析，800mm厚的結(jié)構(gòu)梁內(nèi)部全部是孔洞，更有多處混凝土表面存在酥松等質(zhì)量問題。

圖3 現(xiàn)場問題主要照片

4 主要施工方案

4.1 修復(fù)方案

面對如此大的質(zhì)量問題，必須找到如何在最短時間內(nèi)完成修復(fù)工作又保證質(zhì)量合格的方法。通過調(diào)研，決定采用壓力注漿工藝對缺陷部位進(jìn)行修補完善，并選用了當(dāng)?shù)氐囊患覍I(yè)公司進(jìn)行實施。

壓力注漿是指利用液壓或氣壓把能夠凝固的漿液均勻地注入填料層中，借用注漿設(shè)備施加壓力，通過鉆孔輸送到受注層段中的一種施工技術(shù)。壓力注漿實質(zhì)是通過漿液在受注層中滲透、擴散、充填和擠密等方式，驅(qū)走松散顆粒間的水分和空氣后填充其位置，經(jīng)過一定時間后，漿液將原來松散的土粒膠結(jié)成一個整體，從而達(dá)到加固受注層和抗?jié)B防水的目的[1-3]。

4.2 施工流程

施工流程如圖4 所示。

圖4 施工流程

4.3 主要施工步驟及關(guān)鍵控制點

（1） 采用超聲波對建筑物的主體混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷，確認(rèn)需要修復(fù)的位置和方法。

（2） 外觀目視檢查修復(fù)位置的混凝土表面，對酥松的混凝土表層進(jìn)行剔鑿并用壓縮空氣把所有的混凝土碎塊、灰塵清理干凈。

（3） 對裸露的鋼筋以及剔鑿后的鋼筋進(jìn)行噴砂除銹，所有的銹蝕、油污等必須清理干凈，達(dá)到Sa2.5 級，并使用壓縮空氣進(jìn)行吹掃除塵。

（4） 采用MasterSeal?180 進(jìn)行噴涂，對鋼筋表面進(jìn)行鈍化處理。表面噴涂時，必須保證所有鋼筋表面全覆蓋，涂層厚度必須滿足材料性能要求和相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范要求。材料的主要性能指標(biāo)：在25℃時的使用時間為30min；在25℃情況下的初步養(yǎng)護(hù)時間24h，最終養(yǎng)護(hù)時間為7 d；固化狀態(tài)下，12 h 的抗壓縮性大于4MPa，4d 的抗壓縮性大于65MPa。

（5） 鋼筋表面鈍化后，開始安裝模板，模板安裝要牢固可靠，并用填縫劑或密封條等把模板與混凝土之間的縫隙密封合格，防止漏漿。

（6） 采用具有高流動性的補償收縮砂漿SIKAGROUT-212 SCELLEMSNT 進(jìn)行澆筑填充，填充過程中注意控制填充的速度，必須保證每個修補點一次填充完整。填充后要養(yǎng)護(hù)7 d 方可拆模和進(jìn)行下道工序，使用的材料SIKAGROUT-212 主要性能見表1、表2。

表1 材料黏結(jié)力

表2 材料固結(jié)時間

（7） 砂漿固化后開始鉆注漿孔，并安裝注射針頭，孔位分布必須覆蓋到每一個邊角處，而且鉆孔必須保證修補砂漿能達(dá)到舊混凝土和恢復(fù)混凝土的交界處（接縫之間）?？孜?、孔距誤差不得大于5 cm，孔斜不大于2°。終孔后必須洗孔，如果驗孔不合格，必須重新掃孔并沖洗干凈，用壓縮空氣清孔排渣，嚴(yán)禁采用水作為沖洗液。注漿深度的確定應(yīng)結(jié)合薄弱層的特點或構(gòu)造物的活動荷載或沉降要求等因素綜合確定。

（8） 壓力注射環(huán)氧樹脂MasterInject?1315，其A、B 兩種組分按照A∶B=5∶3 的配比混合均勻后開始注漿。壓力注射環(huán)氧樹脂過程中，要注意根據(jù)吸漿量的大小調(diào)整注漿的方法，并及時請示技術(shù)人員確定灌漿方案，必須保證每個注射點的注射飽滿度。

環(huán)氧樹脂材料為不透水、無收縮材料，其主要性能參數(shù)：混合材料密度為1.1 kg/L；使用時間在20℃時為50 min，在40℃時為30 min；材料干燥時間在20℃時為6 h，在40℃時為3 h；最終硬化時間在35℃時為10 d；材料的適用溫度-20 ～60℃；黏結(jié)強度在2 h 時大于21 MPa，14 d 時大于46 MPa；抗拉強度在3 d 時大于21 MPa，7 d 時大于22 MPa；抗壓強度在24 h 大于68 MPa，3 d時大于70 MPa，7 d 時大于71 MPa；抗彎強度在24 h 時大于 54 MPa，3 d 時大于 70 MPa，7 d 時大于85 MPa；材料體積揮發(fā)性為1.50%。

（9） 灌漿時應(yīng)從第一枚針頭開始，逐枚針頭進(jìn)行灌漿，當(dāng)漿液冒出時立即停止，移動到第二枚繼續(xù)灌漿，依次向前進(jìn)行。在灌注過程中，如注漿后發(fā)現(xiàn)漿液在兩端或原界限仍有延伸或有其他裂縫等的交叉，須在該位置補孔，重新注漿。對于注漿量大或注漿時間長，可能存在較大的空洞時，最好進(jìn)行二次注漿，第二次注漿要與第一次間隔一段時間，但須在漿液凝結(jié)前完成。

（10） 注漿時應(yīng)嚴(yán)密注視注漿機工作壓力表，若壓力讀數(shù)超過額定壓力，應(yīng)停機待壓力降低后再進(jìn)行，若壓力始終居高不下，應(yīng)檢查鉆孔是否與裂縫交叉[4-5]。

（11） 注漿完成后24 h，可拆除注射針頭，并對混凝土的表面進(jìn)行清理，保證混凝土的外觀成型符合要求。

5 修復(fù)后混凝土檢測

混凝土注漿完成后，采用超聲波檢測的方法（GEO-RADAR） 對注漿的效果進(jìn)行檢測。超聲波檢測是一種輕型和非破壞性的物理探測過程，可以精確連續(xù)地探測地下物質(zhì)狀況，并對成像進(jìn)行分析研究。

5.1 工作原理

超聲波檢測是基于聲波脈沖的形式傳播，雷達(dá)天線要在物體表面以恒定的速度移動，當(dāng)發(fā)射的波遇到兩種材料界面或一種材料內(nèi)部出現(xiàn)異常構(gòu)造時，其部分能量被反射到頂部，而另一部分繼續(xù)往深處傳播，接收器接收到反射波后，通過中央處理器轉(zhuǎn)換成連續(xù)圖像。分析和確定混凝土內(nèi)部缺陷超聲波檢測原理如圖5 所示。

圖5 超聲波檢測原理示意

5.2 檢測結(jié)果

對于SRR2 的檢測，由業(yè)主、CPECC 和試驗單位共同確定的14 個點進(jìn)行檢測，檢測的結(jié)果為：其中 9 個點 （1、4、5、6、7、8、11、12、14） 沒有任何異常，3 個點（2、10、13） 檢測到或多或少的不均勻性，2 個點（3、9） 存在混凝土離析，其中1 個點（10） 在深度20 cm 的位置存在一個小孔洞。后又對存在混凝土離析的點進(jìn)行二次注漿，再經(jīng)檢測合格。修復(fù)后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)滿足抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的要求。

6 實施效果

通過嚴(yán)格的管理和過程控制，上述的壓力注漿工藝對抗爆建筑物的鋼筋混凝土修復(fù)效果明顯，用時少、施工方便，為壓力注漿的應(yīng)用和推廣提供了較好的驗證。鋼筋混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)離析和外觀表面問題經(jīng)壓力注漿處理后檢測結(jié)果合格，均能滿足技術(shù)規(guī)范要求。

7 結(jié)束語

壓力注漿工藝為抗爆建筑混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的處理開辟了蹊徑，修復(fù)時間短，效果顯著，也為其他混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)積累了經(jīng)驗。此后該煉廠存在質(zhì)量缺陷的其他3 棟建筑物及8 臺大型混凝土罐修復(fù)也應(yīng)用了此項工藝，修復(fù)后經(jīng)超聲波檢測和滲漏試驗合格，為項目順利實施提供了保證。