公路桥梁加固补强新技术研究.doc

1、公路桥梁加固补强新技术研究摘要：随着科技的不断发展，新材料及新技术的不断推出与应用，这也使得对传统的桥梁加固补强技术进行反思及改进。新技术、新材料有着他本身独特的物理、化学性能，也使得加固补强技术有所不同。 本文进行桥梁加固补强的新技术的探讨，主要阐述了以碳纤维复合材料为代表的 FRP 加固技术以及植筋加固技术。 关键词：加固补强；新技术；复合材料；植筋； 中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 近年来随着科技的发展，许多新材料、新方法逐渐也逐渐运用到桥梁加固这一领域。其中比较突出主要有：纤维复合材料，其中包括碳纤维复合材料（CFRP，包括碳纤维片材、碳纤维板、碳纤维布）和

2、玻璃纤维（GFRP） ；植筋加固技术，通过对旧桥面的钻孔、铺筋，在旧桥面的上面铺装新桥面以充分利用旧桥面；SRAP 加固技术，通过应用 SR 加固材料（镀锌软钢丝+弹簧）和 AP 树脂砂浆（氧化铝聚糖树脂砂浆） ，通过改变混凝土桥梁结构或构件的受力特性而增加混凝土的结构承载能力。 新的技术、方法不同与常规的加固补强措施，其主要通过对材料、施工方法的创新而形成的一些的特殊的加固补强措施，其主要包括复合材料的加固技术（FRP） 、植筋加固技术及 SRAP 加固技术。下面就主要探讨这几种加固补强新技术。 2 复合材料的加固技术（FRP） 在复合材料的加固技术中，主要是碳纤维增强复合材料的应用。碳纤维

3、增强复合材料主要是碳纤及其聚合物基质组合而成的。这些复合材料，通常是将 CFRP 片材浸含在树脂系粘贴剂中，粘贴于混凝土构件受拉区表面，使其与混凝土基体成为整体，共同变形和受力，从而达到提高结构承载能力的目的。加固修补所用的材料主要是碳纤维片材和黏结剂两种。碳纤维片具有友谊的力学性能，碳纤维束分布排列均匀，加工成片材后起到整体均匀受力的作用；一般用于结构补强的碳纤维片是含有预浸树脂的，起作用是使纤维之间的相互约束、相互黏结成为共同受力的整体，碳纤维胡强混凝土结构是靠上涂和下涂环氧树脂对碳纤维片的反复渗透来完成的。黏结剂是将连续纤维状的碳纤维丝结合在一起，以充分发挥其抗拉强度，同时又与混凝土表面

4、黏合的黏结材料，碳纤维材料如图 2.1 所示。 图 2.1 碳纤维复合材料 以碳纤维材料为代表的高性能纤维符合材料为一种优质的结构材料，其性能主要轻质高强、腐蚀性好、易于施工、施工便捷、对结构影响小等优点，特别是提高结构或构件的承载力和延性方面具有独特的效果，因而在及结构加固、修复改造中得到了广泛的应用，主要力学性能指标见表 2-1。 表 2-1 碳纤维的力学性能 除此之外，碳纤维材料还有以下几种性能： 1 高强、高效。由于碳纤维具有高强度、搞弹模、延伸率小、质轻等特性，可充分利用其友谊的力学性能有小小的提高混凝土结构的承载力、延性、抗裂性能，达到高强、高效加固修复混凝土结构的目的。 2 施工

5、很渐变，加固施工周期短。碳纤维复合材料重量轻，一般采用手工作业，不需要大型施工机具。施工空间限制小，施工干扰少。在某些情况下可实现在线施工（不停擦汗年可进行加固施工） 。加固施工周期短，将碳纤维复合材料 结构构件的表面，到粘结胶固化，满足强度要求，构件可投入使用只需 35 天。 3 施工质量容易保证。碳纤维复合材料加固构件的施工质量好坏标准主要反应在碳纤维复合材料粘贴的迷失程度。由于碳纤维复合材料是柔性的，很容易粘贴在结构表面上，是碳纤维复合材料与混凝土表面粘贴迷失，一般情况下都可以保证碳纤维复合材料的有效粘贴面积不小于95%，达到碳纤维复合材料加固结构的质量要求。 4 超强的防水和防腐效果。

6、环氧树脂附着在混凝土结构表面，防水效果好，可防止钢筋锈蚀。碳纤维材料具有极佳的耐腐蚀性能，可以很好的避免建筑物受到各种酸、碱、盐对结构的腐蚀。 鉴于碳纤维复合材料的优异性能，其在工程加固中得到了广泛的应用，其广泛应用到工业、民用建筑、水利、电力、桥梁等工程中各类型结构和不同手里状态的构件。但其施工流程基本上是一样的。其具体流程如下：施工卸载表面处理涂抹底胶补胶灰找平渍胶涂布帖纤维布渍胶涂布帖纤维布养护等。 3 植筋技术 3.1 概述 在现有服役的公路桥中，很大一部分的桥面是钢筋混凝土桥面，有些在长期运营中损坏不是很多，基本完好，但是面对交通量的增长，这些旧桥不能达到现在的交通需求，开始出现桥面

7、破损情况，影响交通流量及通行车辆、人员的生命财产安全。因此，对这些旧桥面进行补强。针对这类桥面，在修复过程中，如果完全凿除旧桥面、铺装新桥面，这样既费工费时，有影响经济效益。因此，提出植筋技术。 所谓的植筋技术，就是在旧桥面的原路面上加铺一层新道面，这样既能充分利用旧道面，而且也能缩短施工工期，也能提高其经济效益。植筋技术，通过对旧桥面进行简单的清洁处理，然后平行旧桥面钢筋，按计算深度和规定的间距钻孔，再将钢筋植入孔内，再采用同级别的混凝土填孔，并浇筑新的桥面层。如图 3.1 所示 图 3.1 植筋加固技术 但是，这种桥面加固技术中。新旧桥面的连接是个薄弱环节，尤其是界面的抗剪强度。采用植筋技

8、术以后，界面的抗剪强度由三部分组成：界面混凝土内部的结合力、界面摩擦力、植筋的抗剪力。由于植入钢筋的影响，界面的抗剪强度大大提高，而且植入钢筋对旧桥面也起到了一定的加强作用。 该方法的缺点是计算比较复杂，不仅要计算新桥面层的厚度以满足承载要求，而且剪力植筋应有适当的埋深，需经过计算确定。另外，植筋点的选择也是一个问题，既要避开原钢筋，还要与原钢筋保持一定的距离，以满足钻孔操作要求。最后，就是植筋后要往孔内注入混凝土，虽然混凝土量比较少，但是混凝土的膨胀和收缩也是一个不得不考虑的问题。相比于这些缺点，植筋技术还有以下优点：比预埋件具有更高的可靠性和灵活性，其允许间距和边距均比预埋件小；剪拉承载力

9、提高，不易产生移位或拔出，且密闭性能良好，无需做防水处理；通过化学粘和古锭，不会对基材产生膨胀破坏，且对结构有补强做防水处理；施工工艺简单，安装快速省时，可有效的加快施工进度。因此，植筋技术得以在土木工程类施工里面得到广泛应用。 植筋技术的施工流程大概如下：定位防线材料准备机械钻孔清孔及验孔结构胶配制注入粘结剂植入钢筋并临时固定养护，粘接剂固化植入筋拉拔试验。 3.2 工程实例 三明市列东大桥桥长 235.19m，桥跨布置为 22.2m10，钻孔灌注桩基础，圆端形硅实体墩，上部采用装配式钢筋混凝土 T 形简支梁结构。大桥于 1959 年初建成并投入使用，历经了 40 多年的风风雨雨，已出现较为

10、严重的病害，无法满足正常运营使用的需求，主管部门邀请了桥梁专家和专业机构对大桥进行了病害诊断和分析，决定对大桥进行全面的加固改造，即全面更换桥梁支座，修补梁体的裂缝，重新施工桥梁栏杆、人行道板及桥面铺装层。由于人行道板原有的锚固钢筋已经出现严重腐蚀，必须新设锚固钢筋使其满足力学性能，在施工中，采用了以 ZLJGN化学粘结剂为结构胶的植筋新技术，达到了设计的预期效果。 植筋锚固件在歪理的作用下产生破坏形式主要有三种：植入筋拉剪破坏、基材破坏、植筋拔出。植筋设计主要确定孔径、孔深、间距、钢筋直径、锚固深度和植筋胶类型。钢筋毛骨理论长度一般按（3-1）计算 式中：为钢筋锚固长度；为钢筋强度的标准值；

11、A 为钢筋界面面积；为植入钢筋粘结强度；为钢筋直径。 理论锚固长度计算后，应进行现场试验或修正后作为设计的植入深度。本工程设计抗拔力的要求为 40KN，基材混凝土等级 C30，植入采用直径 20mm、级钢筋，ZLJGN 型结构胶，钻孔直径为 28mm，孔深为 30cm，锚固深度为 28cm，植入间距 820cm 不等，根据原基材钢筋和预埋件的实际位置进行调整。 施工工艺及施工要点植筋技术的施工工艺流程为：位防线材料准备机械钻孔清孔及验孔结构胶配制注入粘结剂植入钢筋并临时固定养护，粘接剂固化植入筋拉拔试验。 .施工准备 施工准备主要包括：钢筋的检查验收及取样试验；结构胶的选购和试验；打孔钻机、钻

12、头的进场检验；拉拔试验装置、计量器具的检验校正；钢筋除锈、下料；现场定位放线等工作。 .钻孔、清孔及验孔 现场定位放线后，用冲击钻在标定位置钻出设计的孔径和孔深，成孔后用较硬的毛刷刷落附着在孔壁上的灰尘，再用压缩空气将孔内杂物吹出，若遇雨天或孔内有水，还必须用海绵棒将水吸净，烤棒烘干。根据设计要求对钻孔进行检查和验收，成孔的孔壁应完好、无裂缝和蜂窝等现象，合格后用脱脂棉蘸丙酮擦洗孔壁，并将孔口用木塞封堵作为临时保护。 .结构胶配制、注入及钢筋植入 本工程采用 ZLJGN 型结构胶进行施工，结构胶分 A、B 两种，配制严格按配合比 进行计量调配，搅拌器具必须洁净、干燥，且不得油污，搅拌时必须按同

13、一方向搅拌，直至粘结剂颜色一致为止。结构胶调制完成后，应迅速将粘结剂从钻孔底开始向孔口注入，然后将已处理的钢筋插人注有粘结剂的孔中，钢筋要放在孔的中央位置并缓慢旋转插人孔内，按一定方向旋转数圈，使粘结剂与钢筋和混凝土表面粘结密实，注人孔内的粘结剂量，以插人钢筋后不外溢为宜。 .养护及固化后拉拔试验 植入筋应及时进行临时支架将其固定，在常温下自然养护 34 天，遇阴雨天气或潮湿环境，应采取措施防止植筋部位被水浸或水淋，保持通风，气温低时应保温加热，养护期内不得对植人钢筋有任何扰动。在2025粘结剂 7 天即可完全固化，完全固化后可对植筋进行无损伤拉拔试验，试验装置一般以油压千斤顶、槽钢分配梁、钢

14、筋夹具等组装而成，当试验值达到设计要求后，卸除荷载，形成资料。 .施工要点及注意事项 1）植筋施工前结构胶的粘结强度应通过现场试植筋方式进行试验，满足设计及规范要求后，方可正式展开植筋施工。植筋施工应尽量避开阴雨和低温天气，气温最低限值应符合粘结剂使用要求。 2）钻孔前应先对原结构中钢筋位置进行测定，以免钻孔时对原结构钢筋造成损伤。 3）植筋锚固的关键是清孔，孔内清理不干净或孔内潮湿均会对胶或混凝土的粘结产生不利影响，使其无法达到设计的粘结强度，影响锚固质量。 4）胶体配制时计量必须准确，否则胶体凝结时间不好控制，会造成胶体凝结固化后收缩，粘结强度降低。粘结剂的灌注应使用专用工具如气泵、注射枪

15、等深人成孔底部，通过挤压器将化学粘合剂在孔内从里到外渐渐填孔并排出空气，浆体不得有气泡存在。 5）钢筋表面应采用钢丝刷蘸 5%浓度的盐酸除锈，然后用清水冲洗晾干，再用丙酮溶液去油，经处理的钢筋应尽快植入孔内，以避免二次污染。插人钢筋时要注意向一个方向旋转，且要边旋转边插入，以使胶体与钢筋充分粘结，操作中要防止产生气泡。 6）结构胶、钢筋必须有检验报告，钻孔直径、孔深， 、钢筋锚固长度及外露长、间距必须符合设计及验收标准的要求，并经监理工程师确认方 可进行下道工序施工。 三明市列东大桥采用 ZLJGN 型结构胶植筋锚固技术，顺利完成了4852 根植筋，经抽样拉拔试验，合格率为 100%。桥梁经加

16、固改造后，运营使用已经 6 年多时间，未发现任何异常现象，实施效果良好。植筋锚固技术施工工艺简单，操作方便，省时高效，施工质量容易控制和保证，具有广阔的应用前景，但目前所使用的粘结剂价格相对较高，因此，开发低成本高性能的粘结剂，是植筋技术推广应用的关键。 4 小结 我国是一个发展中国家，按照混凝土结构老化的规律，需要加固的结构会逐年增多，特别是 20 世纪 80 年代以来，随着我国国民经济的发展，不仅大量老化混凝土结构需要加固，有些使用时间不长的结构也因功能改变等也需要加固改造。当今的混凝土结构加固可用日新月异来形容。更新的技术、更新的工艺、更新的材、更加深入更加成熟的研究成果,必将伴随着我们跨入新世纪而到来。 与传统技术相比，新材料和新技术方法存在这诸多优点，这也使得新材料和新方法在加固领域的应用拥有广大、光明的前景。 桥梁加固补强不仅仅关乎通行车辆、人员的生命财产安全，也是科技飞速发展的一个缩影，充分利用科学技术、材料、施工方法，才能更好的为经济的腾飞做好自己应有的贡献。