扩建工程桥梁拼接植筋技术的应用

2022-11-07

随着经济建设和交通事业的飞速发展, 现有高速公路上的交通量日益增长, 大量早期建成投入运营的公路桥梁, 存在着交通拥挤、组织困难、行车速度减慢、日常养护难以正常展开等问题, 严重制约了快速通道的作用, 成为公路运输线上的“瓶颈”。为恢复道路使用功能, 发挥快速通道资源优势, 高速公路扩建、扩容刻不容缓, 利用原有道路拓宽改建, 提高原有桥梁的荷载等级和使用功能, 节约工程投资, 是改建工程通常采用的有效途径。

扩建工程施工中新老结构物拼接处理, 是加宽工程必须要解决的重要问题之一。它不仅关系到新老桥结构受力是否合理, 还对工程的造价、行车的安全性、舒适性产生影响。本文针对沪宁高速公路扩建工程桥梁拓宽中新老桥结构连接的植筋技术予以探讨, 对以后类似工程施工具有一定的借鉴作。

1 工程概况

沪宁高速公路扩建工程采用“两侧拼接加宽为主、局部分离加宽”的方法, 将全线主线由原双向四车道扩建为双向八车道, 加宽后八车道整体路基宽42.5米, 桥梁宽41.5米。我公司承建施工苏州段A3和B1标扩建工程中桥梁上部结构多以板式结构、组合工字梁、T梁、箱梁结构为主, 根据桥梁拓宽技术设计, 主线桥梁采取上部构造相互连接、下部构造不连接的方式进行拓宽。为提高拼接处构造的可靠性, 减少大量的凿除工作 (新老结构的拼接需拆除原桥外侧边板25cm的悬臂) 和通行能力的影响, 最终选择了切割原桥外侧边板的悬臂, 在连接缝处加强配筋, 并广泛采用植筋技术将新老结构连接的方案。

2 植筋施工技术工作原理

植筋技术是是在已有混凝土结构或构件上以适当的直径和深度钻孔, 并采用专用植筋胶, 利用其粘结和锁键原理使新增的设计钢筋与原混凝土粘接牢固, 使作用在植筋上的拉力通过化学粘接剂 (植筋胶) 向混凝土中传递, 从而形成整体受力体 (起到预埋钢筋的作用) 。它是近年来发展的一项新型钢筋混凝土结构加固技术, 是一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术。

3 植筋施工技术工艺流程

准备→钻孔→孔洞清理 (除尘、干燥) →钢筋处理→调制植筋胶和注胶→钢筋埋植→固化、保护→检验。

4 植筋施工使用机具设备

电锤、钢筋探测仪、空气压缩机、气枪、植筋胶注射器、毛刷 (或钢丝刷) 。

5 植筋施工过程控制

5.1 准备

(1) 检查作业面有无缺陷:检查切割面及板梁顶面是否有裂缝。如有, 采取必要的修补、加固措施。

(2) 用钢筋探测仪测出植筋处混凝土的钢筋位置, 核对、标记钢筋部位, 以便钻孔时避让钢筋。

(3) 按照设计图纸尺寸在被植筋结构的混凝土面上, 根据拼接的梁板配筋图, 用红油漆标出植筋的实际位置, 做好标识。

5.2 钻孔

(1) 在植筋位置, 放好样, 利用电锤进行钻孔 (严禁使用气锤, 气锤易造成混凝土局部疏散、开裂) 。

(2) 钻孔直径D应与植筋直径d匹配, 孔深、孔径根据具体设计要求确定, 并参考厂商提供的植筋胶性能参数, 通常孔深、孔径及用胶量如表1所示。

(3) 在钻孔过程中, 如遇到钻孔部位钢筋太密而无法按设计要求的位置钻孔时, 可以在旁边钻一附加孔洞植筋, 原钢筋仍按原位置放置。

5.3 孔洞清理 (除尘、干燥)

钻批量孔完成, 孔深、孔径合检查合格后将孔内粉尘用压缩空气吹出, 然后用毛刷、棉布将孔壁刷净, 再次压缩空气吹孔反复进行3~5次, 直至孔内无灰尘碎屑, 用丝棉将孔口临时封闭, 避免水流入孔内或其它杂物落入其中, 保持孔洞干燥。若有废孔, 清净后用植筋胶填实。雨天施工时, 要用清洁的水清洗孔壁, 长时间浸泡的孔, 要用电锤钻头扫一下孔壁后再洗孔。

5.4 钢筋处理

植筋锚固长度为应满足设计要求及规范规定, 预留长度应能满足设计要求的搭接长度, 视具体情况而定, 且相邻两根错开35d。钢筋加工完毕, 应进行除锈处理。钢材锚固长度范围的铁锈、油污应清除干净 (新钢筋的青色氧化外皮也应除去) , 并打磨出金属光泽, 采用角磨机、钢丝轮片施工速度较快。

5.5 调制植筋胶和注胶

根据植筋胶生产厂家的使用说明、种类要求进行配置, 注胶要一次完成。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, 第一次打出的胶不用, 待胶流出成均应灰色方可使用。注胶时, 将搅拌头插入孔的底部开始注胶, 注入孔内约2/3即可。每次扣动胶枪后, 停顿5~6秒钟, 再扣动下一次胶枪。注射下一个孔时, 按下胶枪后面的舌头, 因为胶枪可自动加压, 避免胶继续流出, 造成浪费。更换新的胶时, 按下胶枪后面的舌头拉出拉杆, 将胶枪取出。胶应现配现用, 每次配胶量一般不宜大于3公斤。

5.6 钢筋埋植

(1) 将经过除锈处理的钢筋插入灌有结构胶的孔内, 并向同一方向旋转着缓缓插入孔底 (小钢筋可反复的插入拔出) , 使胶与钢筋全面粘结, 并防止孔内胶外溢。按照植筋胶固化时间表规定的时间进行操作, 使得植筋胶均匀附在钢筋的表面及缝隙中插好固定后的钢筋不可再扰动, 待植筋胶养生期结束后再进行钢筋焊接、绑扎及其他各项工作。插筋、养护期间, 桥上应避免震动的影响。

(2) 结构胶初凝时间很快, 从拌胶到植筋完毕整个工序应在30分钟内完成, 植筋完成24小时后即可进行下道工序施工。结构胶初凝结硬后, 不可再用于植筋。如果对初凝时间有特殊要求, 可根据使用时的环境温度及所需的锚固件使用要求, 通过增减B料 (固化剂) 的用量来控制胶的初凝时间。B料用量的多少对锚固强度没有明显影响。

5.7 固化、保护

(1) 植筋胶有一个固化过程, 植筋后夏季12小时内 (冬季24小时内) 不得扰动钢筋, 若有较大扰动宜重新植筋。

(2) 植筋胶在常温、低温下均可良好固化, 若固化温度25℃左右, 2天即可承受设计荷载;若固化温度5℃左右, 4天即可承受设计荷载, 且锚固力随时间延长继续增长。

5.8 检验

植筋后3到4天可随机抽检, 检验可用千斤顶、锚具、反力架组成的系统作拉拔试验。一般加载至钢材的设计力值, 检测结果直观、可靠。

6 植筋施工操作要求及注意事项

(1) 植筋孔按设计要求布孔定位后, 施工单位应配备钢筋探测仪, 用钢筋探测仪测定孔位处有无受力钢筋, 有钢筋时位置适当变更。尽量避免伤及原有钢筋, 植筋应控制对原结构物内钢筋的破坏低于15%。植筋前应检查有无裂缝, 在裂缝处不宜植筋。

(2) 植筋孔位置和直径除应满足设计要求外, 还必须满足下列基本要求:净边距>钢筋保护层厚度, 并且必须植入原构造箍筋内侧;被植入钢筋的结构物深度≥植筋孔深+40mm。

(3) 钢筋要采取机械切断, 端面不允许采用氧割。钢筋搭接单面焊≥10d, 植完筋后在外露10d以外处施焊, 这样对胶的影响不大, 但施焊应在植完筋后24小时以后进行。

(4) 钢筋植入深度以C25混凝土对应控制值进行控制, 高于此标号混凝土, 仍按此标号控制, 植入深度应扣除混凝土表面剥落层及出现裂缝层。

(5) 施工中会遇到结构尺寸较小情况 (如边距、间距及厚度) , 为避免对混凝土工作面产生过大震动, 钻孔时应尽量避免使用依靠凸轮传动原理工作的电锤, 宜使用电动、气锤原理工作的冲击钻。

(6) 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与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。所以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在孔壁上的灰尘。

(7) 夏季施工气温较高时, 宜选在日温差较低时施工, 如时间操作较长, 可在表面洒水、孔内灌水方式降温, 吹干孔内水分后再进行灌胶植筋。

(8) 冬季气温低时, 施工场所平均温度低于0℃, 在植筋胶使用前可采用碘钨灯、电炉或水浴等增温方式预热至30℃~50℃后使用;施工场所平均温度低于-5℃, 也可对锚固部位进行加温0℃以上, 并维持24小时以上。如A胶偶有结晶变稠等现象, 可对A胶用水浴加热至50℃左右, 待结晶消除搅匀即可, 对胶性能影响甚小, 不影响使用, 但要保证搅拌时间, A、B胶配胶工具不宜混用。

(9) 植筋胶完全固化后虽为无毒级材料, 但未固化前个别组分还是对皮肤、眼睛有刺激性, 而且附着的胶固化后也不易清除, 所以施工人员应注意适当的劳动保护如配备安全帽、工作服、手套等。人体如有接触应尽快用清水冲洗干净。

(10) 结构胶宜在阴凉处密闭保存, 保质期8个月。

7 质量检测

7.1 施工前抗拔破坏试验

在施工之前, 须做植筋锚固强度试验, 以抗拔力为主要试验控制参数, 在满足按设计所要求相应孔深的前提下, 钢筋达到屈服强度而不被拔出的控制要求。

7.2 施工后抗拔非破坏试验

同规格的钢筋每100根随机抽样l组, 每组3根, 进行试拉。如达到安全拉力钢筋不被拉出, 混凝土完好说明植筋施工质量合格。

8 结语

植筋技术设备简单, 操作方便, 效果可靠, 施工要点在于钻孔深度、孔径及垂直度一定要符合设计要求, 在施工中植入的钢筋一定要保持洁净, 严格选用植筋胶。沪宁高速公路扩建工程于2004年10月桥梁结构物拼接植筋结束, 于2005年10月全线通车至今, 未出现任何质量问题。实践证明, 采用植筋施工工艺, 减少大量的拆除工作, 施工方便, 工作效率高, 锚固结构的整体性能良好, 增强了新老结构的整体性。相信在以后的改、扩建工程施工中植筋施工技术会得到更广泛的应用。

摘要：如何对旧桥进行拓宽拼接是既有运营高速公路改建中的一个重难点。本文结合沪宁高速公路 (苏州段) 改建工程中桥梁拓宽拼接施工实际, 介绍拼接施工方案中植筋技术的工艺应用。

关键词：高速公路,旧桥拼接,植筋技术