既有桥梁墩身植筋加固技术
2015-07-09
【引言】
随着国家经济的飞速发展，在国家加大力度投资基础设施建设的政策指导下，我国的交通事业蒸蒸日上，对交通基础设施的需求迅猛增长。我国现有公路桥梁有很多是根据20世纪70年代或80年代初期颁布的设计标准建造的，其设计荷载均较低。随着各种重型车辆，尤其是工程用重型运输车的不断出现，公路桥梁负荷日趋加重，加之旧桥部分老化、破损或受原设计标准的限制，已不能适应现代交通运输的要求。由于设计、施工及使用过程中各种因素的影响，有相当数量的桥梁损坏严重，或处于超期运营状态，或早已不符合现代行车标准的要求，其中很大一部分桥梁已被定为危桥，急需做维护加固处理。
1、工程实例
既有包兰线桥梁墩台加固工程， 乌海地区施工范围为K279+388-K420+388，线路长度141km，需加固桥梁有40座，共计209个墩台需加固处理。设计加固方案为对原桥墩四周包裹15cm 厚钢筋混凝土加固层。按照设计文件，结合现场施工调查，决定运用植筋技术对既有墩身进行加固处理。
2、植筋技术简介
2.1、植筋原理。植筋，即在设计部位按设计孔径钻至规定深度后，进行清孔，再注入植筋胶，插入钢筋，使钢筋与混凝土通过植筋胶可靠地锚固在一起。其锚固效果等同于预埋钢筋，从而满足结构传递受力要求的一种施工技术。
2.2、植筋特点。(1)高粘结强度，以小孔径、浅埋深，达到高的负载力；(2)基材无应力，可进行小边距及小间距施工；(3)耐高温，可近距离焊接施工；(4)施工工艺简单，操作简便，固化时间短，可快速承载，节省施工时间，安全经济。
2.3、优缺点。采用植筋技术，对旧桥面进行简单的清洁处理，然后平行旧桥面钢筋，按计算深度和规定间距钻孔，再将钢筋植人孔内，再采用同级别的混凝土填孔，并浇筑新的桥面层。在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。采用植筋技术以后，界面的抗剪强度由三部分组成：界面混凝土内部结合力、界面摩擦力、植筋的抗剪力。由于植人钢筋的影响，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人混凝土，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。
2.4、一般原则。（1）植筋的锚固应使结构内部应力通过后植钢筋充分传递给混凝土，并应避免混凝土产生剥离和劈裂破坏。（2）混凝土保护层厚度、钢筋间距以及箍筋的情况也应予以考虑。（3）当采用植筋锚固时，其基本原则是保证钢筋屈服，并假定在使用极限状态的粘结应力均匀地布置在整个钢筋长度上。（4）设计目的是保证钢筋延性破坏，而避免混凝土（受压或受拉状态）脆性破坏或劈裂破坏。
3、植筋的施工方法
3.1、施工准备工作。（1）地面以下墩台身开挖。地面以下墩身部分采用人工配合挖掘机开挖，人工清底至墩台顶面。开挖前采用电缆探测仪与人工挖探沟相结合的方式先探明地下电缆情况。（2）墩身凿毛。凿除原墩台表面勾缝及松动砌石，露出结构基层，防止墩台身受损，凿毛采用人工剔凿方法。（3）防止墩台身位移观测控制。墩台身地面以下部分在开挖至回填完成期间必须做好墩台身位移观测控制，好观测记录，当发现有位移，进行回填处理及时上报。观测方法可采用在地面沿墩台身纵横轴线打位移观测桩，在墩台身纵横周线与控制桩桩头水平位置用红色油漆画十字线，采用定期拉尺丈量的方法观测控制，观测间隔不得大于2小时。
3.2、影响因素。植筋技术的成败主要取决于混凝土基材质量、钢筋质量、粘结剂强度、钢筋植入混凝土深度(锚固长度)、施工温度等因素。（1）混凝土基材本身强度如果很低或很破碎，植入钢筋再结实也没有意义。所以根据《混凝土结构加固技术规范》规定，混凝土强度低于一般不宜采用此种工艺进行加固。（2）钢筋一般选用I级、Ⅱ级钢筋，其强度应符合现行国家标准，即《普通碳素结构钢技术条件》的规定。（3）胶粘剂的强度是植筋技术的关键，根据已有的试验结果得知，粘结剂的自身强度及粘接强度均能满足使用要求。（4）施工温度。植筋的施工温度直接影响粘结剂的固化时间。一般情况下，植筋所用粘结剂的固化时间随温度的升高而缩短；植筋的环境湿度直接影响粘结剂的固化时间和力学性能的发挥，故应确保环境温度不致过高。
3.3、施工工艺。准备一钻孔一清孔(孔除尘、孔干燥)一钢筋处理一配胶一注胶一插筋一养生。(1)植筋前的准备工作。(2)钻孔。① 按设计要求在施工面划出钻孔植筋的位置，按照技术参数利用电锤钻孔(严禁使用气锤，防止混凝土出现局部疏散、开裂)。②孔深、孔径根据设计具体要求确定，以植筋胶厂商提供的配套资料作为参考。(3)清孔。利用压缩空气或用水清孔，用毛刷刷3遍，吹3遍，确保孔壁无尘。清孔时不仅要采用吹气筒或气泵等工具，同时也必须采用毛刷等设备清除附着在孔壁上的灰尘。在雨天施工时，要用清洁的水清洗孔壁。但注意，经长时间浸泡的孔，要用电锤钻头扫一下孔壁后再洗孔。(4)钢筋处理。①检查钢筋是否顺直，对锈蚀的钢筋用钢丝刷除去锈渍，用乙醇或丙酮清洗干净，晾干使用；⑦ 不同规格、不同长度的钢筋分开存放。(5)配胶和注胶。首先将植筋胶直接放入胶枪中，将搅拌头旋到胶的头部，扣动胶枪直到胶流出为止。(6)插筋。插入处理好的钠筋，此时需用手将其旋转着缓缓插入孔底，使胶与钢筋全面粘结，并防止孔内胶外溢。(7)养生。在室外温度下自然养护。
4、注意事项
4.1、结构胶完全固化后为无毒材料，但未固化前对皮肤、眼睛有刺激性，而且胶固化后也不易清除，施工人员应注意适当的劳动保护，配备安全帽、工作服、手套等。人体直接接触后用清水冲洗干净。
4.2、周围环境温度越高，每次配胶量越大，可操作时间越短。预估适用期内的每次配胶量，以避免不必要的浪费。
4.3、植筋锚固关键是清孔。孔内清理不干净或孔内潮湿均会对胶与混凝土的粘结产生影响，将无法达到设计的粘结强度，影响锚固质量。
4.4、胶体配制时计量必须准确，否则胶体凝结的时间不好控制，甚至会造成胶体凝结固化收缩，粘结强度降低；胶体配制好后应立即放入孔内。
4.5、插入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。
植筋技术设备简单，操作方便，效果可靠，其施工要点在于钻孔深度、孔径及垂直度一定要保证符合设计要求，且施工中植入钢筋一定要保持洁净，对植筋胶的选用一定要严格，施工前必须先做试验，若能保证以上措施，植筋效果能达到要求。总的来说，植筋技术的应用研究，不仅能够解决既有工程结构由于使用功能变化、不可抗力(指地震等自然灾害)、结构老化等原因而需结构加固的问题，而且，还能解决由于设计缺陷、装潢、施工遗漏等原因造成的需结构加固问题。同时，随着更多需结构加固工程和改造工程的出现和植筋技术被广泛的应用及其可靠性被工程界和广大业主的认可，为植筋技术的应用和研究提供了有利条件。
随着工程经验的不断丰富，我国的植筋加固技术也不断的向前发展，通过对最新加固规范的了解，使结构设计人员对植筋加固技术有了系统地认识，为日后植筋加固技术的应用提供了可考的理论依据，从而便于结构设计人员的把握。
