城市地下橋涵加固方案比選及設(shè)計

喬琪

【摘要】本文介紹了針對城市地下橋涵工程加固的常用方法：增大截面加固法，粘貼碳纖維加固法，粘貼鋼板加固法，鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固法。綜合比選后，因鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固法具有以下優(yōu)點：“主動”式的結(jié)構(gòu)補強；對高溫、高濕環(huán)境具有很強的適應(yīng)性；具有較好的耐久性；基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀，且對被加固構(gòu)件表面平整度要求不高；與原混凝土材料相容性較好，工程最終采用該方法加固，并進行了加固方案設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】城市地下橋涵 鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固 比選設(shè)計

1工程概況

XX河明溝改暗涵工程為某城市地下橋涵工程，建于1994年，建成20多年，涵洞全長約1.7公里。該涵洞上部結(jié)構(gòu)為2跨蓋板，單孔凈跨6.0m，凈空2.5m。涵洞中墻采用混凝土澆筑，邊墻采用漿砌塊石砌筑，涵洞底部采用混凝土鋪砌。涵頂覆土厚度約1m，其上為城市次干路，瀝青混凝土路面。該地下橋涵工程長時間處在潮濕環(huán)境中導(dǎo)致混凝土材料惡化，引起鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)承載力，存在安全隱患。2012年經(jīng)檢測，（1）混凝土強度檢測結(jié)果：蓋板混凝土強度推定值介于21.2～31.3MPa；中隔墻混凝土強度推定值為34.2MPa。（2）鋼筋保護層厚度檢測結(jié)果：蓋板保護層厚度介于10～35mm的主筋占主筋總數(shù)的92%，不滿足規(guī)范中在此環(huán)境類別的鋼筋保護層40mm的要求。（3）檢測了10處蓋板內(nèi)部鋼筋均已發(fā)生銹蝕。（4）3處荷載試驗結(jié)果：2處荷載試驗結(jié)構(gòu)承載力滿足汽-20級荷載等級；1處結(jié)構(gòu)承載力滿足汽-10級荷載等級（混凝土破損、露筋面積占板底面積11%）。因此，該工程須更換或加固蓋板，以保證其上城市次干路車輛行人安全。

2加固方案比選

根據(jù)檢測的結(jié)果，對鋼筋銹蝕露筋面積大于10%的蓋板進行替換處理，對其余未替換的蓋板加固處理。常見的加固方法有以下幾種：增大截面加固、粘貼碳纖維加固、粘貼鋼板加固、鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固。

2.1增大截面加固法

增大截面加固法是在原有鋼筋混凝土構(gòu)件上植入鋼筋，新增加混凝土以增大截面面積，提高其強度、剛度的方法。常常應(yīng)用于鋼筋混凝土受彎或受壓構(gòu)件的加固，但要求原構(gòu)件混凝土強度等級不低于C10。具有工程案例豐富、受力可靠等優(yōu)點，卻具有增加原有結(jié)構(gòu)自重、現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大、養(yǎng)護周期長的缺點。

2.2粘貼碳纖維加固法

用結(jié)構(gòu)膠將碳纖維復(fù)合材料粘貼于構(gòu)件主要受接部位以此來提高混凝土構(gòu)件承載能力的一種加固方法。應(yīng)用于鋼筋混凝土受彎、受拉、軸心受壓、大偏心受壓構(gòu)件的加固。被加固構(gòu)件實測混凝土強度不得低于C15，且混凝土表面的正拉結(jié)強度不得低于1.5MPa，長期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃。其特點為能較好的抑制裂縫發(fā)展，不改變被加固結(jié)構(gòu)的尺寸，對結(jié)構(gòu)使用空間基本無影響，且不增加結(jié)構(gòu)自重，不破損原結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場基本無濕作業(yè)。

2.3粘貼鋼板加固法

用特制的膠粘劑將鋼板貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外表面的一種加固方法。粘結(jié)劑的強度高于混凝土本體強度，可以使加固體與原構(gòu)件形成一個較均勻的整體。應(yīng)用于混凝土受彎、受拉、大偏心受壓構(gòu)件的加固。被加固構(gòu)件實測混凝土強度不得低于C15，且混凝土表面的正拉黏結(jié)強度不得低于1.5MPa ，長期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃，對素混凝土構(gòu)件不適用。具有不改變被加固的原結(jié)構(gòu)的尺寸，滿足原結(jié)構(gòu)空間要求；不破壞原結(jié)構(gòu)；施工工期短，不影響結(jié)構(gòu)使用的優(yōu)點。但為了保證加固鋼材能與原構(gòu)件整體工作，還需專門的灌漿和粘結(jié)工藝，且板材還需提前切割成型。施工過程中，嚴格要求粘結(jié)材料的力學(xué)性能，保證外貼鋼材與原構(gòu)件協(xié)同工作，加固質(zhì)量存在一定的不確定性，且需要定期的防銹防護處理，后期維護費用較高。

2.4鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固法

鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿加固技術(shù)是一種用鋼絲繩網(wǎng)片與高強滲透性聚合物砂漿復(fù)合的加固方式。適用于加固鋼筋混凝土受彎或大偏心受壓構(gòu)件。在混凝土構(gòu)件表面綁扎鋼絲繩網(wǎng)片，通過用高性能聚合物砂漿作為保護和錨固材料，使其與原構(gòu)件共同工作、整體受力，以提高結(jié)構(gòu)承載力的一種加固方法。對高溫、高濕環(huán)境具有很強的適應(yīng)性；具有較好的耐久性，能有效提高被加固構(gòu)件的剛度，基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀，且對被加固構(gòu)件加固表面平整度要求不高，施工便捷，與原混凝土材料相容性較好。

2.5比選

增大截面加固雖能有效提高原有構(gòu)件的承載力，但其施工較復(fù)雜、周期長，針對本加固工程有縮涵洞凈空，減少過水面積的缺點，因此，不宜采用該方法進行加固。采用粘貼鋼板加固或粘貼碳纖維加固方法，雖可以達到加固要求，對涵洞凈空也影響不大，但這兩種加固方法均屬于結(jié)構(gòu)被動加固，加固材料受力具有滯后性，在加固實施階段鋼板或碳纖維基本不受力，結(jié)構(gòu)首先發(fā)生一定變形后，加固材料才能與既有結(jié)構(gòu)共同受力。工程運營階段，鋼板或碳纖維才逐步發(fā)揮作用。再者，采用粘鋼法加固的構(gòu)件還需定期防銹維護。碳纖維雖有高強度的特點，但彈性模量和普通鋼筋相近，在混凝土達到極限應(yīng)變時，碳纖維的材料性能不能完全發(fā)揮。相比以上幾種加固方法，鋼絲繩網(wǎng)片采用了“預(yù)張緊”處理，鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿加固外加層在外加荷載作用前便與原構(gòu)件緊密粘接在一起，共同承擔(dān)外加荷載作用，是一種“主動”式的結(jié)構(gòu)補強。鋼絲繩網(wǎng)片作為增強材料，分散性好，具有良好延展性、韌性，高性能聚合物砂漿具有較大的極限拉伸應(yīng)變和較高的抗拉強度。砂漿與原混凝土的毛細管能相互連通，水泥膠體能相互滲透，對界面產(chǎn)生自愈合效應(yīng)，與被加固的混凝土基材之間具有更好的相容性、相互滲透性、工作協(xié)調(diào)性。聚合物砂漿只是覆蓋在構(gòu)件表面的一個薄層，對原結(jié)構(gòu)自重影響很小，基本不改變原構(gòu)件幾何尺寸，與混凝土材料相似，能做到與原結(jié)構(gòu)同壽命。經(jīng)以上綜合比選后，該城市地下橋涵工程最終采用了鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固法對蓋板進行加固。

3加固設(shè)計

對既有蓋板采用鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固法加固（如圖1）。加固蓋板前，應(yīng)對其表面進行處理，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面。采用高強度鍍鋅6x7+IWS鋼絲繩直徑4.5mm，抗拉強度標(biāo)準值不應(yīng)小于1650MPa，抗拉強度設(shè)計值為1050MPa，受力鋼絲繩間距為30mm，構(gòu)造鋼絲繩間距為200mm。在鋼絲繩的端頭套上專用緊固環(huán)，將鋼絲繩網(wǎng)的一端先用固定銷栓固定，在另一端用緊線器加緊，進行張拉，使網(wǎng)處于繃緊待加固狀態(tài)。鋼絲繩張拉固定后，在鋼絲繩的縱橫交叉的空格處鉆孔用專用固定繩卡固定，固定繩卡間距為300mm，梅花型布置?？嚲W(wǎng)的松緊要求：以縱筋手捏有彈性，不得出現(xiàn)有彎曲和未繃緊現(xiàn)象，張緊應(yīng)力不小于100MPa。鋼絲繩網(wǎng)片完成后，分層噴射Ⅰ級聚合物砂漿。聚合物砂漿施工采用機械噴涂，在界面膠初凝前，將料均勻噴涂在被加固表面及鋼絲繩網(wǎng)片之間。砂漿噴涂應(yīng)分兩次進行，第一次噴涂厚度基本覆蓋上鋼絲繩即可，第二次噴涂應(yīng)在前次聚合物砂漿初凝后進行，去除表面浮砂等雜質(zhì)后再噴涂配套界面膠，第二次砂漿噴涂使砂漿總厚度達到30mm，且控制好聚合物砂漿距縱向鋼絲繩上表面不得少于15mm，表面壓實、抹平。常溫下，聚合物砂漿施工完畢6小時內(nèi)，應(yīng)采取塑料薄膜保濕養(yǎng)護措施，養(yǎng)護期間砂漿表面保持濕潤，養(yǎng)護時間不少于7天，養(yǎng)護用水應(yīng)達到普通混凝土或砂漿用水的要求。養(yǎng)護完畢后應(yīng)涂刷封閉劑，封閉劑涂刷厚度為0.8-1mm。

圖1 加固立面圖

4結(jié)語

采用鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固法對城市地下橋涵進行加固，不僅對既有結(jié)構(gòu)尺寸沒大的改變，不縮減凈空，且對城市地下橋涵上方的道路交通影響較小，對類似工程加固方案的選定有一定的參考價值。

參考文獻：

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