既有橋梁墩身植筋加固技術
2015-07-09
【引言】
隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，在國家加大力度投資基礎設施建設的政策指導下，我國的交通事業(yè)蒸蒸日上，對交通基礎設施的需求迅猛增長。我國現(xiàn)有公路橋梁有很多是根據(jù)20世紀70年代或80年代初期頒布的設計標準建造的，其設計荷載均較低。隨著各種重型車輛，尤其是工程用重型運輸車的不斷出現(xiàn)，公路橋梁負荷日趨加重，加之舊橋部分老化、破損或受原設計標準的限制，已不能適應現(xiàn)代交通運輸?shù)囊?。由于設計、施工及使用過程中各種因素的影響，有相當數(shù)量的橋梁損壞嚴重，或處于超期運營狀態(tài)，或早已不符合現(xiàn)代行車標準的要求，其中很大一部分橋梁已被定為危橋，急需做維護加固處理。
1、工程實例
既有包蘭線橋梁墩臺加固工程， 烏海地區(qū)施工范圍為K279+388-K420+388，線路長度141km，需加固橋梁有40座，共計209個墩臺需加固處理。設計加固方案為對原橋墩四周包裹15cm 厚鋼筋混凝土加固層。按照設計文件，結合現(xiàn)場施工調(diào)查，決定運用植筋技術對既有墩身進行加固處理。
2、植筋技術簡介
2.1、植筋原理。植筋，即在設計部位按設計孔徑鉆至規(guī)定深度后，進行清孔，再注入植筋膠，插入鋼筋，使鋼筋與混凝土通過植筋膠可靠地錨固在一起。其錨固效果等同于預埋鋼筋，從而滿足結構傳遞受力要求的一種施工技術。
2.2、植筋特點。(1)高粘結強度，以小孔徑、淺埋深，達到高的負載力；(2)基材無應力，可進行小邊距及小間距施工；(3)耐高溫，可近距離焊接施工；(4)施工工藝簡單，操作簡便，固化時間短，可快速承載，節(jié)省施工時間，安全經(jīng)濟。
2.3、優(yōu)缺點。采用植筋技術，對舊橋面進行簡單的清潔處理，然后平行舊橋面鋼筋，按計算深度和規(guī)定間距鉆孔，再將鋼筋植人孔內(nèi)，再采用同級別的混凝土填孔，并澆筑新的橋面層。在這種橋面加固技術中，新舊橋面的連接是個薄弱環(huán)節(jié)，尤其是界面的抗剪強度。采用植筋技術以后，界面的抗剪強度由三部分組成：界面混凝土內(nèi)部結合力、界面摩擦力、植筋的抗剪力。由于植人鋼筋的影響，界面的抗剪強度大大提高，而且植入鋼筋對舊橋面也起到了一定的加強作用。
該方法的缺點是計算比較復雜，不僅要計算新橋面層的厚度以滿足承載要求，而且剪力植筋應有適當?shù)穆裆睿杞?jīng)過計算確定。另外，植筋點的選擇也是一個問題，既要避開原鋼筋，還要與原鋼筋保持一定的距離，以滿足鉆孔操作要求。最后，就是植筋后要往孔內(nèi)注人混凝土，雖然混凝土量比較少，但是混凝土的膨脹和收縮也是一個不得不考慮的問題。
2.4、一般原則。（1）植筋的錨固應使結構內(nèi)部應力通過后植鋼筋充分傳遞給混凝土，并應避免混凝土產(chǎn)生剝離和劈裂破壞。（2）混凝土保護層厚度、鋼筋間距以及箍筋的情況也應予以考慮。（3）當采用植筋錨固時，其基本原則是保證鋼筋屈服，并假定在使用極限狀態(tài)的粘結應力均勻地布置在整個鋼筋長度上。（4）設計目的是保證鋼筋延性破壞，而避免混凝土（受壓或受拉狀態(tài)）脆性破壞或劈裂破壞。
3、植筋的施工方法
3.1、施工準備工作。（1）地面以下墩臺身開挖。地面以下墩身部分采用人工配合挖掘機開挖，人工清底至墩臺頂面。開挖前采用電纜探測儀與人工挖探溝相結合的方式先探明地下電纜情況。（2）墩身鑿毛。鑿除原墩臺表面勾縫及松動砌石，露出結構基層，防止墩臺身受損，鑿毛采用人工剔鑿方法。（3）防止墩臺身位移觀測控制。墩臺身地面以下部分在開挖至回填完成期間必須做好墩臺身位移觀測控制，好觀測記錄，當發(fā)現(xiàn)有位移，進行回填處理及時上報。觀測方法可采用在地面沿墩臺身縱橫軸線打位移觀測樁，在墩臺身縱橫周線與控制樁樁頭水平位置用紅色油漆畫十字線，采用定期拉尺丈量的方法觀測控制，觀測間隔不得大于2小時。
3.2、影響因素。植筋技術的成敗主要取決于混凝土基材質(zhì)量、鋼筋質(zhì)量、粘結劑強度、鋼筋植入混凝土深度(錨固長度)、施工溫度等因素。（1）混凝土基材本身強度如果很低或很破碎，植入鋼筋再結實也沒有意義。所以根據(jù)《混凝土結構加固技術規(guī)范》規(guī)定，混凝土強度低于一般不宜采用此種工藝進行加固。（2）鋼筋一般選用I級、Ⅱ級鋼筋，其強度應符合現(xiàn)行國家標準，即《普通碳素結構鋼技術條件》的規(guī)定。（3）膠粘劑的強度是植筋技術的關鍵，根據(jù)已有的試驗結果得知，粘結劑的自身強度及粘接強度均能滿足使用要求。（4）施工溫度。植筋的施工溫度直接影響粘結劑的固化時間。一般情況下，植筋所用粘結劑的固化時間隨溫度的升高而縮短；植筋的環(huán)境濕度直接影響粘結劑的固化時間和力學性能的發(fā)揮，故應確保環(huán)境溫度不致過高。
3.3、施工工藝。準備一鉆孔一清孔(孔除塵、孔干燥)一鋼筋處理一配膠一注膠一插筋一養(yǎng)生。(1)植筋前的準備工作。(2)鉆孔。① 按設計要求在施工面劃出鉆孔植筋的位置，按照技術參數(shù)利用電錘鉆孔(嚴禁使用氣錘，防止混凝土出現(xiàn)局部疏散、開裂)。②孔深、孔徑根據(jù)設計具體要求確定，以植筋膠廠商提供的配套資料作為參考。(3)清孔。利用壓縮空氣或用水清孔，用毛刷刷3遍，吹3遍，確?？妆跓o塵。清孔時不僅要采用吹氣筒或氣泵等工具，同時也必須采用毛刷等設備清除附著在孔壁上的灰塵。在雨天施工時，要用清潔的水清洗孔壁。但注意，經(jīng)長時間浸泡的孔，要用電錘鉆頭掃一下孔壁后再洗孔。(4)鋼筋處理。①檢查鋼筋是否順直，對銹蝕的鋼筋用鋼絲刷除去銹漬，用乙醇或丙酮清洗干凈，晾干使用；⑦ 不同規(guī)格、不同長度的鋼筋分開存放。(5)配膠和注膠。首先將植筋膠直接放入膠槍中，將攪拌頭旋到膠的頭部，扣動膠槍直到膠流出為止。(6)插筋。插入處理好的鈉筋，此時需用手將其旋轉著緩緩插入孔底，使膠與鋼筋全面粘結，并防止孔內(nèi)膠外溢。(7)養(yǎng)生。在室外溫度下自然養(yǎng)護。
4、注意事項
4.1、結構膠完全固化后為無毒材料，但未固化前對皮膚、眼睛有刺激性，而且膠固化后也不易清除，施工人員應注意適當?shù)膭趧颖Ｗo，配備安全帽、工作服、手套等。人體直接接觸后用清水沖洗干凈。
4.2、周圍環(huán)境溫度越高，每次配膠量越大，可操作時間越短。預估適用期內(nèi)的每次配膠量，以避免不必要的浪費。
4.3、植筋錨固關鍵是清孔?？變?nèi)清理不干凈或孔內(nèi)潮濕均會對膠與混凝土的粘結產(chǎn)生影響，將無法達到設計的粘結強度，影響錨固質(zhì)量。
4.4、膠體配制時計量必須準確，否則膠體凝結的時間不好控制，甚至會造成膠體凝結固化收縮，粘結強度降低；膠體配制好后應立即放入孔內(nèi)。
4.5、插入鋼筋時要注意向一個方向旋轉，且要邊旋轉邊插入，以使膠體與鋼筋充分粘結。
植筋技術設備簡單，操作方便，效果可靠，其施工要點在于鉆孔深度、孔徑及垂直度一定要保證符合設計要求，且施工中植入鋼筋一定要保持潔凈，對植筋膠的選用一定要嚴格，施工前必須先做試驗，若能保證以上措施，植筋效果能達到要求?？偟膩碚f，植筋技術的應用研究，不僅能夠解決既有工程結構由于使用功能變化、不可抗力(指地震等自然災害)、結構老化等原因而需結構加固的問題，而且，還能解決由于設計缺陷、裝潢、施工遺漏等原因造成的需結構加固問題。同時，隨著更多需結構加固工程和改造工程的出現(xiàn)和植筋技術被廣泛的應用及其可靠性被工程界和廣大業(yè)主的認可，為植筋技術的應用和研究提供了有利條件。
隨著工程經(jīng)驗的不斷豐富，我國的植筋加固技術也不斷的向前發(fā)展，通過對最新加固規(guī)范的了解，使結構設計人員對植筋加固技術有了系統(tǒng)地認識，為日后植筋加固技術的應用提供了可考的理論依據(jù)，從而便于結構設計人員的把握。
