基于橋梁改造的新舊混凝土結(jié)構(gòu)植筋加固粘接技術(shù)研究

項沛 崔力寧 楊彤

摘 要：隨著橋梁承受荷載的增加與老化程度的加深，一些橋梁已成危橋，其使用安全性得不到保障，因此對其進(jìn)行加固與改造是非常必要的。植筋技術(shù)是一種在混凝土結(jié)構(gòu)中植入鋼筋進(jìn)行粘接加固的橋梁改造技術(shù)，在實際加固工程中較受歡迎。闡述了舊危橋梁新舊混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的基本要求與方法，植筋技術(shù)原理與加固步驟，探究了新舊混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)加固實踐，并對該技術(shù)應(yīng)用下新舊混凝土結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行實驗設(shè)計與測試，提出舊危橋梁加固改造措施和建議。

關(guān)鍵詞：橋梁改造；新舊混凝土；植筋技術(shù)；抗剪強(qiáng)度；粘接加固

中圖分類號：TQ437+.1；TG494???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0098-04

Research on planting reinforcement bondingtechnologyof old and new concrete structures based onbridge reconstruction

XIANG Pei1，CUI Lining2，YANG? Tong1

（

1.Xian Railway Vocational & Technical Institute，xian 710026，China

）

Abstract：With the increase of bridge load and the deepening of the aging degree，some Bridges have become dangerous bridge，the use of safety is not guaranteed，so it is very necessary to strengthen and transform.The technique of planting reinforcement is a bridge reconstruction technique in which the reinforcement is inserted into the concrete structure to reinforce the bridge.Based on this，the paper expounds the basic requirements and methods of reinforcement design of old and new concrete structures of old and dangerous Bridges，and introduces the principle of reinforcement technology and reinforcement steps.The practice of reinforcing old and new concrete structures by planting reinforcement technology is explored，and the shear strength of new and old concrete joints is designed and tested experimentally.Finally，the measures and suggestions for the reinforcement and reconstruction of the old dangerous bridge are put forward in order to provide reference suggestions for the reinforcement and reconstruction of the concrete structure of the old dangerous bridge.

Key words：bridge reconstruction;new and old concrete;planting reinforcement technology;shear strength;to reinforce

鐵路、公路橋梁的承載力會因使用壽命的增加、使用功能的改變或者事故損傷等原因逐年下降，無法滿足人們對于橋梁的交通需求。因此，對舊危橋梁的加固改造工程需要被重視。植筋技術(shù)有著施工簡便、工作量少、加固效果好的優(yōu)勢，通過鉆孔、植入鋼筋、連接鋼筋與澆筑混凝土等步驟對新舊混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘接加固［1］。加固后的新舊混凝土結(jié)構(gòu)能否實現(xiàn)協(xié)同作用，在于混凝土結(jié)合面能否將剪力有效傳遞，結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度是關(guān)鍵因素。采用經(jīng)典的“Z”型試件設(shè)計了新舊混凝土結(jié)合面抗剪性能測試實驗，整體上試件結(jié)合面表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗剪性能。

1 新舊混凝土結(jié)構(gòu)加固原理與方法

1.1 結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的基本要求

1.1.1 設(shè)計前掌握結(jié)構(gòu)的受力特征

新舊混凝土結(jié)構(gòu)加固后的受力特征與加固前會有很大的差異，尤其是在一次受力和二次受力上，如果沒有完全掌握原舊危橋梁的受力特征，加固后的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的實際二次受力分析結(jié)果可能出現(xiàn)較大的偏差。通過新舊2種混凝土材料的結(jié)合對舊危橋梁進(jìn)行維修加固，2個結(jié)合面間的抗剪性能是影響舊危橋梁共同受力工作的關(guān)鍵因素，因此，結(jié)構(gòu)加固設(shè)計應(yīng)注重結(jié)合面抗剪強(qiáng)度的提升。

1.1.2 對結(jié)構(gòu)加固材料的要求

不同的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)下采用不同的加固材料，加固材料的一般使用要求為各項力學(xué)性能要高于原結(jié)構(gòu)。在加固設(shè)計時也應(yīng)綜合考慮到其他因素，例如，橋梁混凝土的收縮性、膠粘劑的粘接性能、加固鋼材的比例極限等。

1.1.3 加固結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求

加固部分要盡量與混凝土結(jié)構(gòu)原有外形相協(xié)調(diào)，以保證混凝土結(jié)構(gòu)加固后外觀的一致性。加固方案要充分考慮加固后新舊材料之間力的傳遞路徑是否合理［2］。新增加固材料的類型、細(xì)部構(gòu)造也要滿足特定要求，例如，植入鋼筋的強(qiáng)度利用系數(shù)、構(gòu)件的焊接與彎折等。

1.2 新舊混凝土結(jié)構(gòu)連接植筋粘接加固方法

舊危橋梁改造中，混凝土結(jié)構(gòu)加固的基本方法有多種，例如，增大截面加固法、外粘型鋼加固法、外包鋼構(gòu)架加固法以及植筋錨固等，各種加固方法有著不同的適用范圍和應(yīng)用特征［3-4］。鋼筋植入是一種改造舊危橋梁、加固混凝土結(jié)構(gòu)的新技術(shù)，該技術(shù)的實施首先需要確定舊混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點，標(biāo)出所需植入鋼筋的位置，然后依次完成鉆孔、清孔、注膠、植筋步驟，借助植筋膠使植入的鋼筋與原有混凝土可靠粘接，然后連接鋼筋后澆筑新的混凝土，有效連接新舊鋼筋混凝土，達(dá)到加固、修補以及擴(kuò)建原有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的目的［5］。植筋錨固示意圖如圖1所示。

2 新舊混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)加固實踐

2.1 定位

植筋加固施工前必須依照舊危橋梁建筑工程圖紙對其受力特點、內(nèi)部鋼筋位置進(jìn)行嚴(yán)格、準(zhǔn)確分析，確定植筋方案，包括鋼筋數(shù)量、規(guī)格以及植入加固位置，并對植筋位置進(jìn)行標(biāo)識和定位。需要特別注意的是，植筋位置要避開原有橋梁結(jié)構(gòu)中的鋼筋。

2.2 鉆孔

植筋位置確定后，需要在植筋標(biāo)識點上鉆孔?？讖降拇笮?、孔洞的深度都是影響混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋錨固連接效果的關(guān)鍵因素，要嚴(yán)格按照GB 50367—2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鉆孔。通常在一定范圍內(nèi)，鋼筋直徑越大，可承載的拉拔力越大，植入深度越深，鋼筋與混凝土結(jié)構(gòu)的粘接效果越好，鋼筋植入孔內(nèi)的長度應(yīng)不低于80 mm，植筋技術(shù)參數(shù)表如表1所示［6］。

2.3 清孔

植筋之前需要對孔洞中的雜質(zhì)、灰塵進(jìn)行徹底清除，以保障植筋膠與混凝土結(jié)構(gòu)的較強(qiáng)粘接力。清孔后沒有緊接著注膠的情況下，需要將孔口封閉，以免進(jìn)入石子、砂粒。

2.4 鋼筋表面處理

同樣，待植入鋼筋的表面也需要進(jìn)行清潔處理，以提升其與植筋膠的粘接強(qiáng)度?？墒褂娩摻z球、砂紙等工具清理鋼筋表面鐵屑和雜質(zhì)，利用化學(xué)溶劑對鋼筋表面油污進(jìn)行深度清潔，處理后的鋼筋要及時植入混凝土［7］。

2.5 注膠

將配置好的植筋膠放入膠槍中，從孔洞底部開始并均勻向上注膠。通常注膠量要達(dá)到孔內(nèi)三分之二的位置，這樣可避免注膠過量造成浪費，也能保證混凝土結(jié)構(gòu)連接鋼筋所需。注膠過程中注意膠槍內(nèi)植筋膠的存量，及時補充新膠。

植筋膠的種類也是影響鋼筋與混凝土結(jié)構(gòu)粘接強(qiáng)度的重要因素之一，植筋膠通?？煞譃闊o機(jī)植筋膠和有機(jī)植筋膠2大類。

2.6 植入鋼筋

鋼筋在植入孔洞的過程中要保持慢速、同向轉(zhuǎn)動，直到達(dá)到指定植入深度，以便于將孔洞和植筋膠內(nèi)的空氣順利排除。通常植入鋼筋后會有部分植筋膠溢出，要及時清除，以保證新舊混凝土粘結(jié)界面質(zhì)量。植筋固化時間表如表2 所示。

植入鋼筋后需要在原有混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上噴射新的混凝土。首先在舊混凝土表面灑水保持界面的濕潤狀態(tài)，然后控制好新混凝土的水灰配比，逐段逐層對混凝土界面進(jìn)行噴射。新噴射的混凝土濕潤度與光澤度要符合建筑標(biāo)準(zhǔn)。噴嘴與舊混凝土表面呈垂直角度并間隔80～100 cm距離進(jìn)行有序噴射，通常為從下往上的順序以螺旋狀呈圓形噴射前進(jìn)，對噴射層的厚度要嚴(yán)格把控。

3 植筋法在新舊混凝土結(jié)合面的抗剪性能

3.1 實驗設(shè)計

對舊危橋梁加固改造后，基于鋼筋連接的新舊混凝土結(jié)構(gòu)能否實現(xiàn)協(xié)同工作，在于混凝土結(jié)合面

能否將剪力有效傳遞。新舊混凝土結(jié)合面是橋梁加固改造后的主要薄弱環(huán)節(jié)，相較于整澆混凝土的抗剪強(qiáng)度，結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度會低很多［10］。對舊危橋梁植筋法加固改造中新舊混凝土結(jié)合面的抗剪性能進(jìn)行研究，采用經(jīng)典的“Z”型試件模擬橋梁混凝土結(jié)構(gòu)，試件長540 mm，寬340 mm，厚度為100 mm，試件平面圖如圖2所示。

如果需要對試件進(jìn)行補強(qiáng)，也可在試件的左下角和右上角植入鋼筋。試驗采用HRB335型鋼筋，分別采用10、12、14 mm3種規(guī)格鋼筋對混凝土試件進(jìn)行植筋，選擇4種植筋深度，分別為100、140、180、220 mm。檢測植筋后結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度。舊混凝土的強(qiáng)度等級為C25，新混凝土強(qiáng)度等級為C30，在每個新舊混凝土結(jié)合界面中植入2根鋼筋，鋼筋間隔120 mm，鉆孔孔徑比應(yīng)植入鋼筋的直徑大2 mm，采用同種環(huán)氧植筋膠進(jìn)行鋼筋與混凝土的連接加固。對試件新舊混凝土結(jié)合面進(jìn)行鑿毛處理，結(jié)合面的粗糙度為1.5～3.0 mm［11］。

3.2 實驗結(jié)果

為減小誤差每類試件澆筑3個，抗剪強(qiáng)度取平均值。采用液壓萬能壓力試驗機(jī)測量試件結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度。正式測量前對試件進(jìn)行預(yù)加載。正式測量時以每級加載5 kN的方式對試件進(jìn)行分級加載，并保持恒載10 min，然后逐步卸載。不同鋼筋規(guī)格、植筋深度下新舊混凝土結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度結(jié)果如表3所示。

由表3可知，相同植筋深度下，植筋率越大，新舊混凝土結(jié)合界面的抗剪強(qiáng)度也相應(yīng)增大，適當(dāng)增加結(jié)合界面的植筋率，可提升混凝土結(jié)構(gòu)連接鋼筋粘接強(qiáng)度；植筋率相同情況下，植筋深度越大，新舊混凝土結(jié)合界面的抗剪性能越強(qiáng)，但是植筋深度對抗剪強(qiáng)度的增加效率有一定的局限，達(dá)到一定深度后，抗剪強(qiáng)度的增加幅度越來越小。整體上，采用植筋法加固橋梁混凝土結(jié)構(gòu)，可有效增強(qiáng)新舊混凝土粘結(jié)面的抗剪強(qiáng)度，有效提高了舊危橋梁加固改造的安全性與可靠性［12］。

4 舊危橋梁混凝土結(jié)構(gòu)加固改造策略

4.1 做好區(qū)域環(huán)境勘察工作

對橋梁路段加固，不僅要掌握橋梁建筑工程受力特點，也要對區(qū)域環(huán)境、地質(zhì)情況、橋梁病害進(jìn)行有效勘察和分析。要對舊危橋梁的加固改造基礎(chǔ)要求有充分的掌握，并結(jié)合原有橋梁工程圖紙和區(qū)域水文資料，對比分析加固前與加固后的強(qiáng)度變化，對舊危橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的加固改造措施進(jìn)行優(yōu)化。加固改造設(shè)計階段也要對橋梁的病害情況進(jìn)行分析，檢查橋梁局部位移、基礎(chǔ)沉陷、伸縮縫等情況，掌握病害類型并給出有效的解決策略。要對橋面進(jìn)行專業(yè)檢測，以靜載試驗為基礎(chǔ)，評估橋梁結(jié)構(gòu)的受力情況，根據(jù)橋梁的老化、變形情況或者荷載情況，對橋梁進(jìn)行加固改造設(shè)計［13］。

4.2 落實施工過程檢測

在舊危橋梁加固施工階段，要做好加固改造設(shè)計專家與施工團(tuán)隊的技術(shù)交底工作。施工團(tuán)隊要嚴(yán)格以專項方案為基礎(chǔ)進(jìn)行加固改造，不能擅自改變施工方案。施工單位也應(yīng)做好安全防護(hù)措施，最好對施工現(xiàn)場進(jìn)行封閉管理，采取有效安全措施、預(yù)防火災(zāi)措施。應(yīng)選擇專業(yè)的施工團(tuán)隊對舊危橋梁進(jìn)行加固改造，不僅要加強(qiáng)施工前的粘接測試，也要加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的監(jiān)督和管理，嚴(yán)格按照混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對施工過程進(jìn)行檢測，規(guī)范鉆孔、注膠、植筋等施工過程，加強(qiáng)對施工質(zhì)量的保障［14］。

4.3 做好橋梁竣工檢查工作

施工單位對橋梁加固改造完成后應(yīng)提交完善的檢查資料，建設(shè)單位、設(shè)計單位等相關(guān)單位要做好橋梁竣工檢查工作，按照檢測流程要求進(jìn)行檢查和驗收，進(jìn)行基礎(chǔ)的靜載檢測和數(shù)據(jù)分析工作，為后續(xù)橋梁的使用與維護(hù)提供依據(jù)。建設(shè)單位應(yīng)完善對橋梁加固改造檔案的管理，整理橋梁加固改造各類施工資料和文件，建立并健全項目檔案。在橋梁養(yǎng)護(hù)階段，建設(shè)單位要與養(yǎng)護(hù)單位進(jìn)行交底，在施工現(xiàn)場周邊設(shè)置限高、限載的醒目標(biāo)志，進(jìn)一步保障加固改造工程施工質(zhì)量［15］。

5 結(jié)語

交通量的不斷增加使得鐵路、公路橋梁的舊危橋梁數(shù)量不斷增加。植筋技術(shù)是一種改造舊危橋梁、加固混凝土結(jié)構(gòu)的新技術(shù)，新舊混凝土結(jié)構(gòu)通過連接鋼筋進(jìn)行粘接加固，且植筋技術(shù)應(yīng)用下新舊混凝土結(jié)合面的抗剪性能較好，該加固方法能夠提升橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，延長橋梁的使用壽命。舊危橋梁的加固改造工程中也應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域環(huán)境的勘察、落實施工過程的檢測以及做好竣工檢查工作，進(jìn)而保障舊危橋梁的加固改造效果。

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收稿日期：2023-02-07；修回日期：2023-08-20

作者簡介：項 沛（1986-），男，碩士，講師，研究方向：橋梁工程；E-mail：123918710@qq.com。

基金項目：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題（項目編號：XTZY19G12）。

引文格式：項 沛，崔力寧，楊 彤.基于橋梁改造的新舊混凝土結(jié)構(gòu)植筋加固粘接技術(shù)研究［J］.粘接，2023，50（11）：98-101.