城市地下橋涵加固方案比選及設計

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，鋼絲繩網片-聚合物砂漿外加層加固法。綜合比選后，因鋼絲繩網片-聚合物砂漿外加層加固法具有以下優點：“主動”式的結構補強；對高溫、高濕環境具有很強的適應性；具有較好的耐久性；基本不改變原結構外觀，且對被加固構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計。

【關鍵詞】城市地下橋涵 鋼絲繩網片-聚合物砂漿外加層加固 比選設計

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。該涵洞上部結構為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境中導致混凝土材料惡化，引起鋼筋銹蝕，影響結構承載力，存在安全隱患。2012年經檢測，（1）混凝土強度檢測結果：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果：蓋板保護層厚度介于10～35mm的主筋占主筋總數的92%，不滿足規范中在此環境類別的鋼筋保護層40mm的要求。（3）檢測了10處蓋板內部鋼筋均已發生銹蝕。（4）3處荷載試驗結果：2處荷載試驗結構承載力滿足汽-20級荷載等級；1處結構承載力滿足汽-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

根據檢測的結果，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。常常應用于鋼筋混凝土受彎或受壓構件的加固，但要求原構件混凝土強度等級不低于C10。具有工程案例豐富、受力可靠等優點，卻具有增加原有結構自重、現場濕作業工作量大、養護周期長的缺點。

2.2粘貼碳纖維加固法

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

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構外表面的一種加固方法。粘結劑的強度高于混凝土本體強度，可以使加固體與原構件形成一個較均勻的整體。應用于混凝土受彎、受拉、大偏心受壓構件的加固。被加固構件實測混凝土強度不得低于C15，且混凝土表面的正拉黏結強度不得低于1.5MPa ，長期使用的環境溫度不應高于60℃，對素混凝土構件不適用。具有不改變被加固的原結構的尺寸，滿足原結構空間要求；不破壞原結構；施工工期短，不影響結構使用的優點。但為了保證加固鋼材能與原構件整體工作，還需專門的灌漿和粘結工藝，且板材還需提前切割成型。施工過程中，嚴格要求粘結材料的力學性能，保證外貼鋼材與原構件協同工作，加固質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鋼絲繩網片-聚合物砂漿外加層加固法

鋼絲繩網片-聚合物砂漿加固技術是一種用鋼絲繩網片與高強滲透性聚合物砂漿復合的加固方式。適用于加固鋼筋混凝土受彎或大偏心受壓構件。在混凝土構件表面綁扎鋼絲繩網片，通過用高性能聚合物砂漿作為保護和錨固材料，使其與原構件共同工作、整體受力，以提高結構承載力的一種加固方法。對高溫、高濕環境具有很強的適應性；具有較好的耐久性，能有效提高被加固構件的剛度，基本不改變原結構外觀，且對被加固構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件的承載力，但其施工較復雜、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構被動加固，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，結構首先發生一定變形后，加固材料才能與既有結構共同受力。工程運營階段，鋼板或碳纖維才逐步發揮作用。再者，采用粘鋼法加固的構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變時，碳纖維的材料性能不能完全發揮。相比以上幾種加固方法，鋼絲繩網片采用了“預張緊”處理，鋼絲繩網片-聚合物砂漿加固外加層在外加荷載作用前便與原構件緊密粘接在一起，共同承擔外加荷載作用，是一種“主動”式的結構補強。鋼絲繩網片作為增強材料，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，對界面產生自愈合效應，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、工作協調性。聚合物砂漿只是覆蓋在構件表面的一個薄層，對原結構自重影響很小，基本不改變原構件幾何尺寸，與混凝土材料相似，能做到與原結構同壽命。經以上綜合比選后，該城市地下橋涵工程最終采用了鋼絲繩網片-聚合物砂漿外加層加固法對蓋板進行加固。

3加固設計

對既有蓋板采用鋼絲繩網片-聚合物砂漿外加層加固法加固（如圖1）。加固蓋板前，應對其表面進行處理，直至完全露出混凝土結構新面。采用高強度鍍鋅6x7+IWS鋼絲繩直徑4.5mm，抗拉強度標準值不應小于1650MPa，抗拉強度設計值為1050MPa，受力鋼絲繩間距為30mm，構造鋼絲繩間距為200mm。在鋼絲繩的端頭套上專用緊固環，將鋼絲繩網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，使網處于繃緊待加固狀態。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。繃網的松緊要求：以縱筋手捏有彈性，不得出現有彎曲和未繃緊現象，張緊應力不小于100MPa。鋼絲繩網片完成后，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片之間。砂漿噴涂應分兩次進行，第一次噴涂厚度基本覆蓋上鋼絲繩即可，第二次噴涂應在前次聚合物砂漿初凝后進行，去除表面浮砂等雜質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，應采取塑料薄膜保濕養護措施，養護期間砂漿表面保持濕潤，養護時間不少于7天，養護用水應達到普通混凝土或砂漿用水的要求。養護完畢后應涂刷封閉劑，封閉劑涂刷厚度為0.8-1mm。

圖1 加固立面圖

4結語

采用鋼絲繩網片-聚合物砂漿外加層加固法對城市地下橋涵進行加固，不僅對既有結構尺寸沒大的改變，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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