浅谈植筋技术在桥梁拼接施工中的应用

巫向忠

沪宁高速公路扩建工程采用“两侧拼接加宽为主,局部分离加宽为辅”的设计方案,将主线双向四车道扩建加宽为双向八车道。桥梁拼接设计时采用同结构、同类型、同跨径、上联下不联的方法予以拼接加宽。为保证新老桥梁有效地刚性连接起来,使新老混凝土共同受力,不产生纵向裂缝,在沪宁高速公路扩建工程桥梁拼接时采用了植筋技术。

1 概述

扩建工程中桥梁加宽拼接时,由于原桥梁结构没有预留钢筋,因而采用植筋技术进行处理,植筋技术就是在以老桥混凝土为基材的梁体上进行一定深度和直径的钻孔,并运用高强度的化学粘结剂(俗称结构胶),利用其自身粘结的锚固力,使钢筋与老桥混凝土有效地锚固在一起,起到预埋件的作用。由于其通过化学粘合固定,不但对基材不会产生膨胀破坏,而且对结构物还有一定的补强作用,且施工简便迅速、安全、环保。因此,植筋技术在沪宁高速公路扩建工程桥梁(包括小型构造物)拼接加宽施工中广泛应用。

2 植筋技术的特点

植筋是指利用电锤钻孔,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粘结在一起,以满足结构传递受力要求,植筋技术具有以下特点:1)对以原桥梁梁体作为固定的基材不产生膨胀力,适宜边距、间距小的部位。2)施工快捷简便,容易掌握,硬化时间短,可以缩短施工工期。3)承载力(剪力、拉力)高。

3 材料要求

3.1 植筋胶

1)无毒副作用,不易流淌,固化时间短,能快速承载。2)材料固化无收缩、抗疲劳、耐老化,使用寿命在50年以上。3)耐高温,能够承受新老结构物拼接时焊接钢筋所产生的高温,植筋胶液不因高温而失效。4)适用于潮湿环境施工。5)抗冻性能强。在植筋施工前必须查验植筋胶生产厂家的检测报告,以确定其产品质量符合要求。植筋胶性能指标见表1。

表1 植筋胶性能指标表

3.2 钢筋

植筋采用的钢筋,无特殊要求时均采用Ⅱ级钢筋,并要求采取机械切断,端面不允许采用氧割。

4 植筋原理

在高速公路扩建工程施工中新老桥梁之间如何连接,才能使混凝土共同工作受力是一个难点,通过向老的结构件中种植钢筋就是为了给新老连接部位增加配筋,将钢筋植入混凝土结构,相当于在结构体中预埋了钢筋,在老的混凝土构件不会产生膨胀破坏的前提下,采用具有良好粘结性能的高强植筋胶,把钢筋与混凝土牢固地粘结在一起,以形成整体联合工作。对拼接部位而言具有补强作用,同时能保证有效地传递应力,恢复或提高拼接后结构体的整体承载能力及结构的强度和刚度,以达到加固补强的目的。植筋所用的粘结材料抗腐蚀、耐老化、粘结强度远大于结构体本身的混凝土强度,且固化速度快,能使植入钢筋尽早承受外力作用。

5 植筋施工

首先要对植筋部位进行清理,凿除老桥防撞护栏,带有翼板的梁板要先切去翼板,在切割面上植筋。将新老桥结合部位混凝土凿毛,并清除表面浮屑后再开始植筋施工。

1)准备:检查被植筋混凝土表面是否完好,用钢筋探测仪测出植筋处于混凝土内的位置,以便钻孔时不至于碰到钢筋。

2)钻孔:按设计要求在施工面划定钻孔植筋的位置,放好样,利用电锤钻孔(严禁使用气锤钻孔,防止出现混凝土局部疏散、开裂)。孔的深度一般为钢筋直径的15d或根据具体设计要求而定。按照技术参数表中资料要求,根据孔径和对应深度打孔,检查孔径及孔深,满足要求即可终孔。植筋技术参数表详见表2。

表2 植筋技术参数表

3)清孔和钢筋处理:钻孔成批量后,清除孔内灰尘,利用压缩空气或用水清孔,用毛刷刷三遍、吹三遍,确保孔壁无尘。钢筋处理:用钢丝刷除去锈渍,然后用乙醇或丙酮清洗干净,晾干后使用。

4)配胶和注胶:根据植筋胶生产厂家的使用说明、种类要求配置,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,待胶流出成均匀灰色方可使用。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 s～6 s,再扣动下一次胶枪,注射下一个孔时,按下胶枪后面的舌头,因为胶枪为自动加压,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。

5)插筋:插入处理好的钢筋,插入钢筋时需用手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。按照植筋固化时间表的规定时间进行操作,使得植筋胶均匀附着在钢筋的表面及缝隙中,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。

6)养生:在室外自然温度下进行养护,养护期间不得扰动钢筋,温度低于5℃,应改用耐低温改性植筋胶,养生时间一般在24 h以上。

6 植筋施工注意事项

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破坏低于15%。植筋前应检查有无裂缝,在裂缝处不宜植筋。2)破坏性试验(施工前的试验):现场先选取不参与受力、非重要位置进行植筋,达到强度要求后,进行抗拔试验,检验标准以钢筋屈服或混凝土被拉裂为合格,然后才可以批量生产。现场抗拔试验(施工后的验收试验):为非破坏性抗拔试验(即达到设计值),同规格的钢筋每100根随机抽样一组,每组为3根,进行试拉,如达到安全拉力钢筋不被拉出,说明植筋施工质量合格。3)施工中会遇到混凝土尺寸不能满足要求的情况(如边距,间距及厚度),为避免对混凝土工作面产生过大振动,钻孔时应尽量避免使用依靠凸轮传动原理工作的电锤,应使用电动、气锤原理工作的冲击钻。4)在胶固化期内禁止扰动钢筋。5)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,要用较为清洁的水清洗孔壁,清洗后孔内积水不用排出,但要注意,经长时间浸泡的孔,要用电锤钻头扫一下孔壁后再洗孔。6)夏季施工气温较高时,混凝土表面温度可能达到60℃～70℃,如需要获得较长操作时间,可在孔内灌水降温,吹干孔内水分后进行灌胶植筋。尽量避免雨天施工。

7 结语

沪宁高速公路扩建工程桥梁施工质量经验收符合设计要求,工程实践证明通过高性能的植筋胶,将钢筋植入老桥梁体混凝土内,加强新老桥之间的连接,该方法经济适用,技术可靠,工艺简便,能保证桥梁拼接的施工质量,是高速公路扩建工程解决桥梁拼接的有效方法之一。

[1]余常俊.植筋技术在高速公路扩建工程的应用[J].公路,2006(9):241-244.

[2]崔明堂,陆小燕.浅析植筋技术在加固改造中的运用与质量控制[J].山西建筑,2009,35(19):156-157.