粘貼鋼板條加固技術(shù)在鋼筋混凝土圓管涵加固中的應(yīng)用

張 文

（內(nèi)蒙古綜合交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

1 引言

鋼筋混凝土圓管涵是公路建設(shè)一種常用的結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于國省干線上。隨著運(yùn)營年限的增加和運(yùn)營荷載等級的提高，國省干線上的鋼筋混凝土圓管涵普遍出現(xiàn)混凝土老化、開裂、破損等病害，給公路行車帶來安全隱患[1，2]。鋼筋混凝土圓管涵雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是國省干線上數(shù)量眾多，如全部拆除重建，勢必會中斷交通，影響運(yùn)營安全，同時(shí)會增加改造費(fèi)用[3-5]。本文首次將粘貼鋼板條加固鋼筋混凝土圓管涵技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程，此加固方法具有不需要中斷交通、不減小圓管涵過水面積、施工技術(shù)難度低及周期短等優(yōu)點(diǎn)。

2 加固應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

本次加固的鋼筋混凝土圓管涵位于110 國道烏海段?，F(xiàn)有110國道烏海段為二級公路，由于既有鋼筋混凝土圓管涵使用年限較長，且大重型車輛較多，部分圓管涵出現(xiàn)病害，為減少舊涵拆除對現(xiàn)有交通的影響及施工運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合計(jì)算分析，對110 國道烏海段內(nèi)不能滿足使用要求的鋼筋混凝土圓管涵進(jìn)行加固。

2.2 調(diào)查分析

2.2.1 既有鋼筋混凝土圓管涵調(diào)查

經(jīng)過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，既有鋼筋混凝土圓管涵普遍存在著混凝土開裂、破損、露筋、鋼筋銹蝕、管節(jié)不均勻下沉等病害，但總體而言整體性還算完好（如圖1～圖4所示）。

2.2.2 既有鋼筋混凝土圓管涵分析

圖1 某圓管涵現(xiàn)狀

圖2 管壁橫向裂縫

圖3 管壁縱向裂縫

圖4 管壁破損露筋

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，既有鋼筋混凝土圓管涵過水?dāng)嗝娉叽缒軌驖M足實(shí)際過水需求，故從使用功能上有進(jìn)行加固利用的可能性。部分圓管涵填土較厚，最厚達(dá)10m，如果進(jìn)行拆除重建，將造成交通中斷及施工運(yùn)營安全隱患[6]。為最大限度利用既有鋼筋混凝土圓管涵，避免大開挖造成交通中斷的后果，達(dá)到降低造價(jià)、縮短工期的目的，經(jīng)分析研究決定，擬采用粘貼鋼板條方法對既有鋼筋混凝土圓管涵進(jìn)行加固。圖5是2m管徑圓管涵加固示意圖。

圖5 2m管徑圓管涵加固示意圖

根據(jù)擬定的粘貼鋼板條加固方案，采用有限元分析軟件建立加固圓管涵的實(shí)體有限元模型（如圖6～圖7），在最不利工況下進(jìn)行計(jì)算分析[7，8]。

圖6 鋼筋混凝土圓管涵單元

圖7 加固鋼板單元

根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果（見圖8），鋼筋混凝土圓管涵采用粘貼鋼板條加固后，在填土壓力、自重和活載作用組合最不利工況下，承載能力和正常使用極限狀態(tài)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 加固后鋼筋混凝土圓管涵應(yīng)力圖

2.3 粘貼鋼板條加固施工工藝[9，10]

粘貼鋼板條加固施工分為清淤、鋼板條制作安裝、壓力注膠、表面防腐、檢查養(yǎng)護(hù)幾個(gè)步驟。

2.3.1 清淤

將既有鋼筋混凝土圓管涵內(nèi)的雜物、淤泥等進(jìn)行清理，并對既有鋼筋混凝土圓管涵內(nèi)的病害進(jìn)行仔細(xì)檢查核實(shí)，封閉裂縫、修補(bǔ)破損混凝土、對管節(jié)內(nèi)混凝土進(jìn)行打磨處理，處理后按照設(shè)計(jì)圖紙尺寸、位置在管壁內(nèi)植入螺栓。

2.3.2 鋼板條制作安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，采用等離子切割機(jī)將鋼板按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割，用折彎機(jī)對鋼板條進(jìn)行折彎，將鋼板打眼進(jìn)行第一次試掛。根據(jù)圓管涵現(xiàn)場實(shí)際形狀對個(gè)別螺栓和鋼板條形狀進(jìn)行微調(diào)固定，保證鋼板條和管壁內(nèi)側(cè)貼合緊密。

2.3.3 壓力注膠

為了保證鋼板條與管壁有效連接，共同受力，采用壓力注膠工藝對鋼板條和鋼筋混凝土管壁進(jìn)行粘結(jié)。壓力注膠前先用封邊膠將鋼板條周圍封閉，留出排氣孔，在鋼板低端粘貼注漿嘴并通氣試漏后，以不小于0.1MPa 的壓力壓入配置好的膠液，當(dāng)排氣孔出現(xiàn)漿液后停止加壓，并用封邊膠封堵，再以較低壓力維持10min以上。

2.3.4 鋼板表面防腐

膠液固化后對鋼板進(jìn)行除銹打磨，采用涂抹環(huán)氧膠液表面防銹。

2.3.5 檢查與養(yǎng)護(hù)

施工完畢后，應(yīng)對加固圓管涵加強(qiáng)檢測，并做詳細(xì)記錄，重點(diǎn)檢查加固鋼板條的變形和銹蝕，并定期進(jìn)行防腐保養(yǎng)。現(xiàn)110 國道烏海段鋼筋混凝土圓管涵加固工程已全部完成，施工速度快，節(jié)約了工期和經(jīng)費(fèi)，并且有效的避免了因大面積開挖施工而造成的交通中斷和施工運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，取得了預(yù)期效果（圖9）。

圖9 鋼筋混凝土圓管涵加固完成圖

3 結(jié)語

采用粘貼鋼板條對鋼筋混凝土圓管涵進(jìn)行加固，避免了開挖施工造成的交通中斷，縮短了施工工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。此次工程應(yīng)用是一次全新的嘗試，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和施工工藝的改進(jìn)，粘貼鋼板條方法在鋼筋混凝土圓管涵加固中必將會有更加廣闊的應(yīng)用前景。