锚喷混凝土加固双曲拱桥植筋工艺参数研究.pdf

Br i d g e a n d n i l e Ma c h in e 桥 r y C 机 on械 s t r u c & t i o n 施 Te 工 ch n 技 o l o 术 g y RM CM T h I 一 锚喷混凝土加固双 曲拱桥植筋工艺参数研究 S t ud y o n Pa r a m e t e r s o f P l a nt i ng S t e e l Ba r s f o r Re i nf o r c e m e n t o f Do u bl e - c ur v a t u r e Ar c h Br i d ge by S pur t i ng Co nc r e t e 杨 大余 ， 于金 良z ， 张凯 YANG Da yu ，YU Ji n l iang ，ZHANG Ka 1 中 交 第 一 公 路 勘 察 设 计 研 究 院 有 限 公 司 ， 陕 西 西 安 7 1 0 0 7 5 2 陕 西 省 高 速 公 路 建 设 集 团 公 司 ， 陕 西西 安 71 0 0 7 5 1 CCCC F i r s t Hi gh w a y Con s u l t a n t s Co L t d ， Xi a n 71 00 7 5， Sh a a n xi ， Ch i n a 2Shaan xi Expr es sw a y Const r uc t i on G r oup Com pan y， Xi an 71 0075，Shaanxi ，Chi na 【摘要 】 分析 了锚 喷混凝+ m固双 曲拱桥 中， 植筋的钢筋种类 、 锚 固长度及粘结形式对植 筋锚 固强度的影响， 得出 合 理 优 化 的植 筋 参 数 ， 为加 固设计 提供 参 考 。通 过 对试 验 后 的锚 杆 破 坏 特征 分析 ， 总 结植 筋 工 艺 各环 节对 锚 杆 锚 固 强 度 的 影响 。 得 出结 论 ： 在 合 理 的锚 固 长度 下 ， 锚 杆 破坏 在 钢 筋和 结构 胶 粘 结 处发 生 时 ， 锚 固力 越 大 ， 植 筋 粘 结强 度越 安 全 可 靠 。 【 Ab s t r a c t】I n r e i n f o r c i n g d o u b le c u r v a t u r e a r c h b r i d g e b y p la n t i n g s t e e l b a r s i n s p u r t i n g c o n c r e t e ， t h e i n f l u e n c e s of s t eel bar t ype，anchor age l engt h and bondi ng s t yl e on t he anchor age st r engt h w er e anal yz ed，and t he r eason abl e and opt i m ized par am et er s f or pl an t i ng s t eel ba r s w er e obt ai ned， w hi ch pr ovided r ef er enc e t o r ei nf or cem en t des i gnThr ough analyz i ng t he des t r uct ion char ac t er i st i cs o f t es t an chor bolt t he i n f l uences of var i ous as pec t s of plant i ng t echnol ogy on bolt anchor age st r engt h w er e sum m ar i z edThe r esul t s show t hat w i t h r eas onabl e anchor age l engt h， and w hen t he dest r uc t i on oc cur s at t he bondi ng spot of s t eel and s t r uct ur al si l i cone， t he anchor age f or c e i s l ar ger and t he bond st r engt h of plan t i ng st eel is m or e r el i abl e 【 关 键 词 】 加 固设计 ； 植 筋 ； 锚 固长度 ； 粘 结强 度 【 K e y wo r d s】 r e i n f o r c e me n t d e s i g n ； p l a n t i n g s t e e l b a r ； a n c h o r a g e l e n g t h ； b o n d s t r e n g t h 中 图 分 类 号 ： U4 4 5 7 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 -0 3 3 X( 2 0 1 1 ) 0 6 - 0 0 6 7 0 3 0 引 言 中 国桥 梁 工 程 的发 展 已具 有相 当规模 ，公 路 交通 量 不 断增 加 ， 行 车 密度 及 车 辆 载重 越来 越 大 公 路桥 梁 负荷 日趋 加 重 。早 期 修建 的双 曲拱 桥 。 由于 当时设 计荷 载 标 ； 隹较 低 ， 在 现 在 的 大交 通 量和 重 荷载 条 件 下 ， 加 上 长期 的 自然条 件 因素 影 响 大部 分该 类 型桥 梁 出现 不 同程 度 的 病 害 ， 其 维修 与加 固 问题 也显 得 日益 重 要 E 。 锚 喷混凝 土加 固是 目前 最 常用 的加 固方法 之一 ， 其 基 本原理 是 通过 增加 混凝 土和 受 力钢筋 与原 结构 紧密 结合 组成 “ 喷射 混 凝土 ( 内含 补 强钢 筋 网 ) 一 锚杆 一 原 结 构 ” 的整 体 组合 结 构 。其 中锚 杆 耍 既能够 挂设 钢筋 网 。 又能 增加 新 旧混凝 土 的粘结 ， 还 要承担 新增 混凝 土和 钢筋 网 的质 量 3 l。 因此 锚杆 的设计 与 施 工是 整 个加 固工程 的 关键 ， 锚 杆 植 筋 设计 与施工 工 艺非 常重要 。本 文结合 工程 实际 在 加 固 施 工桥 梁 现场 及 试验 块上 分别 进行 不 同设 计参 数 的植 筋 拉拔 力 试验 研 究 ， 确 定 合理 优 化 的植 筋锚 固 形式 ， 提 高植 筋粘 结 强度 ， 并 分析锚杆 的破 坏 特征 ， 为 施工 提供借 鉴 ， 确 保桥 梁加 固工程 安全可 靠 。 1 试 验 方 法 ( 1 )在 施 工 现 场 随 机 抽 取2 0 根 已植 好 的 锚 杆 ， 拱 肋 试 拉 1 0 根 为一 组 数据 ， 植 入 深度 为 1 0 c m， 外 留5 c m； 拱 波 试 拉 1 0 根 为一 组数 据 ， 其 植 入深 度 为8 C I T I ， 外 留5 c m。 ( 2 )实验 室 制作5 个 混凝 土试 验块 ， 其 尺寸 为 ： 4 0 c mX 6 7 RM CM 桥 隧 机 械 施 工 技 术 B ridg e an d T u nn el M achin ery & C on stru ction T echn o lo gy 4 0 e ra 5 0 o m， 全部 用C 3 0 5 昆 凝 土 浇注 。第一种 方案是 在浇 注 混 凝 土 过 程 中 ， 同 时 预 埋 直 径 为 1 0 i n I l l 的 R2 3 5 光 圆 钢 筋 和直 径 为1 2 mm 4 3 HRB 3 3 5 螺纹钢筋 ； 第 二种 方案是待 混凝 土 经过 标准 养 生 强度 达 到 1 0 0 后 ， 在试 验 块 各表 面 分别 植 入 1 0 和 O1 2 钢 筋 ，植 筋 钻 孔直 径 分 别 为 1 2 mm和 1 4 h i m。试验块每 个面上 布置5 根 ， 呈梅 花形 布置 ， 预埋 筋和植 筋 的锚 固深 度有4 、 6、 8 、 1 0、 1 2 C 1 1 3 ， 均外露5 c m。 试 验 拉拔 仪 采用 Y X一 锚 杆 拉 力仪 粘 结 剂 采用 环 氧 树 脂 2 试 验 成 果 分 析 2 1 钢 筋种 类 对 粘 结 强 度 的 影 响 由 图 1 可 以 看 出 ： 随 着 锚 固 长 度 的 增 加 ， 植 入 的 光 圆 钢 筋与 混凝 土 的粘 结 强度 逐 渐增 大 ， 变化平 缓 ： 植 入 的 螺 纹 钢 筋 与 混 凝 土 的 粘 结 强 度 有 突 变 锚 固 长 度 在 4 8 c m 范 围 内 ， 粘 结 强度 逐 渐增 加 ， 锚 固长度 在8 1 2 c m范 围 内 粘 结 强 度 逐 渐 降 低 ， 在 锚 固 长 度 8 c mB , 达 到 最 大 值 ： 光 圆 钢 筋 表 面 光 滑 、 在 植 筋 胶 的 粘 结 作 用 下 、 能 够 与 混 凝 土 很 好 地 结 铺 固 长 度 c m 图 1光 圆 钢 筋 与 螺 纹 钢 筋 粘 结 强 度 对 比 由 图 2可 以 看 出 ： 对 于 植 入 的 1 2 螺 纹 钢 筋 ， 锚 固 长 度 在4、 6 、 8 c m时 ，锚 固长 度相 问的 测试 点 粘结 强 度值 较 接 近 ： 锚 固长度 在 1 0 c mS D 1 2 c m时 锚 固长 度相 同的 测试 点 粘 结 强度值 变化较 大 比较 离散 ： 螺 纹钢 筋 的螺 纹 间有 一_ 羔 州 测试点数 图2不 同 锚 固 长 度 l 2 钢 筋 粘 结 强 度 变化 缝 隙 ， 导致 植 筋 胶流 入 ， 影 响植 筋胶 的粘 结质 量 ， 造 成 螺 纹钢 筋 与 混凝 土 的粘结 强度 值 离散 性 大 ，施工 质 量 不 易 保证 因此综 合 比较 分析 ， 为保 证粘 结 强度 的 可靠 性 ， 建 议 植 筋 采 用 光 圆 钢 筋 2 2 锚 固长 度 对 粘 结 强 度 的 影 响 由图3 可 以 看 出 ：浇注 混凝 土 时预 先 埋 入 的 l O 钢 筋 ， 与 混 凝 土 的 粘 结 强 度 值 随 着 锚 固 长 度 的 增 加 而 增 大 接近 线性 变化 ： 锚 固长 度越 长 ， 混凝 土 与钢 筋 的接触 面 积 越 大 它们 之 间的 咬合作 用越 强 与 混凝 土 的粘 结 强度 越 大 ： 待 混 凝 土 达 到 强 度 后 植 入 的 q S l O N筋 ， 与 混 凝 土 的 粘 结强度 值 随 着锚 固 长度 的增 加 而增 大 锚 固 长度 在 1 0 l 2 cnl范 围 内 ， 曲 线 趋 于 缓 和 ， 这 段 锚 固 长 度 范 围 内 对 粘 结 强度 的影 响 不是 很显 著 整体 接近 抛 物线 变化 。 因为锚 固 长度 越 长 ， 植 筋 成 孔 越 深 ， 清孔 越 难 ， 残 留 混凝 土 灰 渣 较 多 ， 影 响植 筋胶 的粘 结 效果 ， 造 成 钢 筋与 混凝 土 不 能够 均 匀接触 影 响粘 结 强度 。 山 删 螺 4 2 4 6 8 l 0 1 2 锚 固长度 m 图 3预 埋 1 O钢 筋 与 植 人 l O钢 所 粘 结 5 茧匿 经 比较 分析 ， 在 锚 喷混凝 土加 固双 曲拱桥 设计 中 ， 建 议锚 杆 植 筋 不要采 用 过长 的锚 固长度 不仅 可 以减 少 钢 筋 用 量 降 低 造 价 ， 还 可 以 减 小 对 原 有 结 构 的破 坏 4 J 2 3 加 固 施 工 现 场 植 筋粘 结强 度 检 验 由 图 4可 以 看 出 ： 浇 注 混 凝 土 时 预 先 埋 入 的 1 0 钢 筋 和 待 混凝 土 达 到强 度后 植 入 的 l O 钢筋 在 同等 锚 固 长 度 条件 下 后 者 与混 凝 土 的粘 结 强度 比前者 大 约为 其两 倍 说 明植 入钢 筋 与 混凝 土之 间通 过植 筋 胶 的粘 结 是 可 靠 的 ； 同样 的锚 固长 度 条件 下 ， 试 验块 上植 入 的O1 0 钢筋 和 在 旧桥 加 固现 场 拱 肋上 植 入 的01 0 钢 筋 ，其 与 混凝 土 粘 结强 度 基 本相 同 说 明植 筋 01 0 光圆 钢 筋设 计 安全 可 靠 ， 能 够 满足 桥梁 的加 固设计 需要 。 3 植 筋 粘 结 破 坏 特 性 分 析 由被拔 出的锚 杆观 察 分析 ，注 胶 的饱 满程 度 将 直接 影 响其 拔 出 的破 坏 形 式和 锚 固力 的 大小 。 注 胶越 饱 满 ， 破 坏 将从 钢 筋 和 结 构胶 粘 结 处 发 生 ， 锚 固力 越 大 ： 相 反 ， 若 测试 点数 ( a )锚 固长度 1 0 c m 测试 点 数 ( b)锚 固长度8 c m 图4现 场 植 筋 1 O 钢 筋 粘 结 强 度 检 验 注 胶 不 饱 满 ， 破 坏 将 从 混 凝 土 和 结 构 胶 粘 结 处 发 生 锚 固 力越 小。 理 想 的破 坏形 式 应 该是 沿结 构 胶 中 间破 坏 ， 这 种 破 坏 的 特 征 是 ： 锚 固 力 比 前 两 种 都 大 ， 达 到 极 限 破 坏 时 有 明 显 的脆 声 ， 锚杆 表 面 小 有均 匀 的结 构 胶 。 桥隧 机械 施工技 术 B r i d g e a n d T u n n e l Ma c h in e r y& Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y 4 结 语 RM CM 通 过 以上 分析研 究 采 用锚 喷混凝 土 加 固双 曲拱桥 时 建议 植 筋 锚 杆 采 用 1 0 光 圆 钢 筋 ；对 于 1 0 光 圆钢 筋 ， 植 筋锚 固越 长 ， 其 与 混 凝 土 的粘 结 强 度 越 大 ， 但锚 固 长 度 在 1 0 1 2 e m范 围 内 ， 粘 结 强 度 增 长 趋 于 缓 和 ， 这 段 锚 固长度 范 围 内对粘 结强 度 的影 响 不是 很 显著 。 因 此 ， 为减 小植 筋 钻 孔 对原 有 结构 的破 坏 同时 降低 工 程造 价 ， 建议 拱 肋植 筋锚 固长度 1 0 c m， 拱 波植 筋 锚 固长 度 8 c m。浇注 混 凝 土 时预 先 埋入 的q O l O 钢 筋 和待 混凝 土 达 到强 度后 植 入 的 l 0 钢 筋 ， 在 同等 锚 固长 度 条件 下 。 后 者与 混 凝 土 的 粘 结 强度 是 前者 的 两倍 左 右 。说 明植 入钢 筋 与 混凝 土 之 间 通过 植 筋胶 的粘 结是 安 全可 靠 的 ，能够 满 足桥 梁 的加 固 设 计 需 要 。 参考 文 献 ： 1 林荣安 ， 于金 量 ， 翟敏 刚 碳纤 维材料在 桥梁结构加 固中的应 用 【 J 筑路机械与施工机械化 ， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 5 ) ： 2 0 2 2 2 黄平明 ， 王 达 喷射混凝 土在梁桥加 固中的应用 J 长安大 学 学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 6 ) ： 3 9 4 2 3 刘来君 ， 赵 小星 桥 梁加 固设 计与施 工技 术 M 北京 ： 人民 交通 出版 社 2 0 0 3 4 张望喜 ， 易伟建 ， 王力力 ， 等 连 续梁桥拓展 多跨 双 曲拱桥 的分析 与控 制U建筑科学与工程学报 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 1 ) ： 2 5 3 0 收 稿 日期 ： 2 01 0 -1 0-1 7 责 任 编 辑 ： 王 玉 玲 ( 上 接 第 6 6页 ) 平会 随 之 降低 将 旧水 泥 混凝 土 路面 实 施碎 石 化 处理 ， 是 项 快 速 变刚 为 柔 、 延 长路 面 使 用寿 命 、 经 济 有 效 的原位 利 用 再 生技 术 。 ( 2 )挖坑 法 检 测碎 块 粒 径 对路 面结 构破 坏 较 大 且 操 作 困难 ，弯 沉检 测 结 合端 部 或 侧面 测 量裂 缝 间距 是 一 种 行 之有 效 的 方法 ( 3 )在 一 个 评 定 段 内 ， 取 所 有 弯 沉 检 测 值 作 为试 验 样 本 计 算 顶 面 综 合 回 弹模 量 较 试 槽 法 ( 3 mx 2 m面 积 上 集 中布 点 ) 更 具代 表 性 。 ( 4 )对于 设计 为 刚性 路面 的 高速 公路 或 一级 公路 。 设 计 时 宜预 留加铺 路面 结构 的净空 高度 运 营前 期充 分利 用 刚性 路面养 护成 本低 、 承载 能力 强 、 使用 寿命 长 的优点 ， 待 路面 服 务 水平 降低 到 一 定程 度 时 ， 将 其 变刚 为柔 ， 变 ( 路 ) 面 为基 ( 层 ) ， 使 其 成 为一 条标 准 的柔 性 路面 ， 从 而延 续 路 面使 用寿命 。作 为 公路养 护 的一种模 式 ， 水 泥混凝 土路 面 碎石 化原位 利用 技术值 得业界 进一步 研究和 探讨 。 参考 文 献 ： 1 耿九光 ， 陈忠达 ， 李龙 ， 等 水泥一 乳 化沥青冷再生 混合料 配合 比设计 【 J 长安大学学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 9， 2 9 ( 1 ) ： 1 0 1 4 2 王艳 ， 倪富健 ， 李再新 水泥稳定碎石混合料疲 劳性 能L J 交通 运输 工程 学报 ， 2 0 0 9 ， 9 ( 4 ) ： 1 O 1 4 3 DB 3 7 T 1 1 6 0 -2 0 0 9 ， 旧水泥混凝土路 面碎石化技 术规程 s 4 J T G E 6 0 -2 0 0 8 ， 公路路基路面现场测试规程 s 收 稿 日期 ： 2 01 0 -0 8 -2 4 责 任 编 辑 ： 王 玉 玲 6 9