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某道路桥梁加固设计方案

一、桥梁主要病害

依据检测报告,南干道桥主要病害如下:

1、桥面系

桥面系局部存在较多横向、斜向裂缝。桥面栏杆破损、开裂、变形情况严重。

桥面

2、上部结构

上部结构混凝土劣化、破损,其中第234511跨梁底渗水现象明显。第2跨和第5跨曾采用粘贴钢板法进行加固,目前钢板与空心板连接未见异常,钢板表面锈蚀现象明显。

桥下

3、下部结构存在混凝土劣化、破损及蜂窝麻面现象。

蜂窝

4、桥面线形测量结果

桥面实测线形比较平顺,未见异常突变点,实测纵坡0.80%

线形图

道路桥实测线形图

二、加固前结构验算

依据检测报告,加固前桥梁验算 过程及主要结论如下:

1、检算内容

1)承载能力极限状态检算

2)正常使用极限状态检算

(3)检算结论

1)本桥人行道板和车行道板的斜截面抗剪强度均能够满足规范要求,但其正截面抗弯强度均不能满足规范要求;

2)本桥除人行道板混凝土法向拉应力不满足A类预应力混凝土受弯构件的抗裂要求外,人行道板其他各项应力指标和车行道板各项应力指标均满足规范对于A类预应力混凝土受弯构件的容许应力要求。

三、加固设计思路

1、 加固设计原则

1)设计科学合理,经济环保,满足技术与使用安全的要求;

2)尽量不增加结构自重,不对主要承重构件造成损伤;

3)加固后桥梁能满足设计荷载标准的使用要求,并有一定的安全储备;

4施工简便,快捷,加固施工过程对交通影响减小;

5)加固后桥梁耐久性强、养护方便。

2、 加固设计目标

通过科学真实地评价桥梁的实际承载能力,提出加固维修建议性方案,维修与加固结合治理桥梁病害,体现安全性与经济性兼顾的原则,并根据病害发展情况随时修正补充设计,彻底修复病害,并使得加固设计满足以下两点:

1)恢复加固范围内桥梁结构达到城-B荷载等级,保证桥梁的强度、刚度和耐久性,切实起到修缮作用,保证安全正常运营。

2)维修加固方案技术合理,造价经济,施工便捷。

四、原有结构加固设计要点及注意事项

1、常规病害处治方案

1)桥面防水处治方案

由于部分空心板铰缝损坏,造成桥面污水下渗,对桥梁结构耐久性造成较大影响,结合南干道桥桥面交通组织困难的现状,本次加固设计采用在板底对铰缝注浆的方式进行处治,其施工要点如下:

工艺流程

工艺流程图

1) 采用高压水清洗板梁铰缝

采用电动钢丝刷清理板缝,再用高压水从板梁底部对板缝内进行清洗,并将板缝内的泥沙、碎屑、油污等杂物清理干净。

2) 预埋注胶管、测量管

从板梁底部将注胶管(φ10PVC线管)插入铰缝内,并要求尽量插到离原铰缝填料底部1cm处,便于胶液顺畅灌入铰缝内。测量管要求插到离原铰缝填料底部3cm处。注胶管、测量管沿铰缝宜2m布置一根。

3) 封堵板缝

当车辆通过时板梁间有连续的跳台时,应采用塑料片加环氧砂浆将板缝底部进行封堵;当不跳台时,可以只用环氧砂浆封堵。

4) 板缝灌注灌封胶

用专用的压力灌注器从注胶管灌注灌封胶,注胶至测量管流胶即停止注胶,排空注胶管与测量管。

5) 铰缝灌注灌缝胶

待板缝内灌缝胶固化后用专用压力灌注器从注胶管灌注JN-G拼梁灌封胶,注胶至桥面对应的纵向裂缝全范围内或板缝两端封堵处渗胶时方可停止。如对应的桥面纵向裂缝局部渗胶,应排空注胶管胶液,待固化的胶液封堵桥面局部纵向裂缝后进行再次注胶,确保注胶饱满。施工时应采用间歇式注浆方式,其瞬时压力不应大于0.5MPa,稳定压力不应超过0.35MPa,应确保灌缝胶液均匀、密实填充至铰缝内部。

6) 设置排水管

依据设计图纸在每片空心板两端进行钻孔,并设置排水管。

2)桥面栏杆处治

考虑到桥面栏杆混凝土劣化严重,变形、破损已达20%以上,故本次加固整治拟对全桥人行道栏杆进行更换,新的人行道栏杆样式与南区路周边人栏杆保持一致。

3)其它病害处治

1)对混凝土表面出现的劣化、破损、露筋等现象,先用人工对表面松散混凝土凿除后,对外露钢筋进行除锈后,再利用聚合物砂浆进行修复。

2)对于上部结构、下部结构混凝土表面裂缝宽度大于0.15mm者,利用专用灌缝胶进行修补,对于裂缝宽度小于0.15mm者,利用修补胶进行表面封闭。

3)清除墩台身的杂草、灌木。

混凝土裂缝直接封闭工艺

对于宽度<0.15mm的混凝土裂缝,采用裂缝封闭胶直接封闭的方法。

流程:

裂缝检查及标注 裂缝表面处理 涂抹裂缝封闭胶封闭

工艺及要点:

(a) 裂缝的检查及标注

参照桥梁检测报告中对裂缝分布的描述,在现场核实裂缝数量、长度及宽度,并在梁上进行标注,据此进行封闭胶的具体计算和安排。

(b) 裂缝表面处理

沿裂缝将两边35cm范围内的灰尘、浮浆用砂轮机打磨干净,然后擦洗干净,清除裂缝周围的灰尘、油污。

(c) 裂缝表面涂抹封闭胶封闭

在裂缝两边35cm范围内,用毛刷、灰刀涂抹封闭胶,对混凝土裂缝进行封闭。

混凝土裂缝压力灌浆

对于宽度≥0.15mm的混凝土裂缝,采用压力灌注裂缝灌浆胶封闭裂缝的方法,将裂缝灌浆胶压注入结构物内部裂缝中去,以达到封闭裂缝,恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性的目的,使混凝土构件恢复整体性。

流程:

裂缝检查及标注 清缝及裂缝表面处理 粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭 压气实验 灌注混凝土裂缝灌浆胶 灌注完毕待灌浆胶固化后拆除灌浆嘴 涂混凝土裂缝灌浆胶封闭

工艺及要点:

(a) 裂缝的检查及标注

参照桥梁检测报告中对裂缝分布的描述,在现场核实裂缝数量、长度及宽度,并在梁上进行标注,据此进行灌浆胶、埋嘴等方面的具体计算和安排。

(b) 钻孔

在裂缝表面进行骑缝钻孔,以此作为灌浆导向孔。沿裂缝走向钻孔,凡裂缝交叉处均应在交叉地方钻孔。

(c) 清孔及裂缝表面处理

所有孔眼必须用高压空气吹洗干净,使其不让灰渣阻塞,之后沿裂缝从上而下将两边35cm范围内的灰尘、浮浆清理干净,将构件表面整平,凿除突出部分,然后擦洗干净,清除裂缝周围的油污,清洗时注意不要将裂缝堵塞。

(d) 粘贴灌浆嘴及裂缝表面封闭

1) 粘贴灌浆嘴底盘的铁锈必须除净,并擦洗干净,然后将环氧胶泥均匀涂抹在底盘周围,厚度12毫米,与孔眼对准粘贴在裂缝上。灌注嘴的间距根据缝长及裂缝的宽窄以30厘米为宜,一般宽缝可稀,窄缝宜密,每一道裂缝至少必须各有一个进浆孔和排气孔。

注意,灌浆孔眼必须对中保证导流通畅,灌浆嘴应粘贴牢靠,四周抹成鱼脊形进行封闭。

2) 裂缝表面封闭

为使混凝土裂隙完全充满液浆,并保持压力,同时又保证液浆不大量外渗,沿裂缝两边35cm范围内用灰刀压抹环氧胶泥进行封闭。

(e) 压气实验

封闭带硬化后,需进行压气试验,以检查封闭带是否严封,压缩气体通过灌浆嘴,气压控制在0.20.4MPa,此时,在封闭带上及灌浆嘴周围可涂上肥皂水,如发现通气后封闭带上有泡沫出现,说明该部位漏气,对漏气部位可再次封闭。

试气对于竖向缝可从下向上,水平缝由低端往高端进行。

(f) 灌浆操作

a) 灌注裂缝采用空气泵压注法,压浆罐与灌浆嘴用聚氯乙烯高压透明管相连接,连接要严密,不能漏气。

b) 在灌浆过程中应注意控制压力,裂缝宽度较大时,如果进浆通畅时,压力宜控制在0.2MPa,如果裂缝进浆不畅,可把泵压控制在0.4MPa

c) 灌注次序:对于水平裂缝,宜由低端逐渐向压向高端;对于竖向裂缝由下向上逐渐压注;从一端开始压浆后,另一端的灌浆嘴在排出裂缝内的气体后喷出液浆与压入的浆液浓度相同时,可停止压浆,在保持压力下封堵灌注嘴。

贯通缝如果当面灌后另一面未见出浆,可在另一面压灌一次,对于未贯通缝必须见到邻近嘴子喷浆。

d) 其他工作

对于已灌完的裂缝,待浆液固化后将灌浆嘴一一拆除,并将粘贴灌浆嘴处用环氧胶泥抹平,最后对每一道裂缝表面再涂一层聚合物水泥浆,确保封闭严密,并使其颜色与原混凝土结构表面尽量保持一致;灌浆工作完毕后,用压缩空气将压浆罐和注浆罐和注浆管中残液吹净,并吹洗管路及工具,以备下次使用。

露筋、钢筋锈蚀处治

(a) 人工凿除钢筋周围松散不密实的混凝土,直至露出新鲜混凝土骨料

(b) 高压水清理混凝土表面,用钢丝刷对钢筋除锈;

(c) 混凝土表面和钢筋干燥后,对钢筋人工刷涂一层环氧浆液;

(d) 用环氧砂浆填塞凿开区域,然后捣实、抹平;

(e) 如果填补体积较大,可在环氧砂浆中拌和一定比例的洁净碎石。

2、空心板加固方案

依据检测报告,目前南干道桥空心板正截面抗弯承载能力无法满足规范要求,同时人行道板混凝土法向拉应力无法满足预应力混凝土A类构件使用要求,需进行加固处理。结合桥梁目前病害情况,采用在板底增加高强度的抗拉材料来提高结构的极限承载能力;同时通过对新增的梁底高强度材料施加预拉力,来提高梁底混凝土压应力储备。

在梁底增加高强材料采用预应力碳纤维板加固技术,在梁底布置250mm×1.4mm的碳纤维板,碳纤维板先张拉然后粘贴到梁底,碳纤维板的设计强度2400MPa,张拉控制应力1400MPa,张拉端及锚固端采用成品波形锚具锚固。其施工要点如下:

1)钻孔、植筋,安装锚固块

a.在安装碳纤维板张拉端和固定端锚固块的位置按照设计图纸要求钻孔并植入高强度螺杆。钻孔前应注意用钢筋探测仪标出钢筋位置,调整钻孔位置,避免钻孔损伤主钢筋和预应力钢筋;

b.根据植入的高强螺杆位置在锚固块钢板上钻孔。建议采用塑料泡沫板拓印高强螺杆的位置,保证在锚固块钢板上开孔位置的准确;

c.安装锚固块。在螺杆固化达到设计强度后,先对锚固块钢板与混凝土梁的接触面进行打磨、清洁等表面处理,然后涂抹粘钢胶,将锚固块粘贴在梁底,并用螺母将锚固块固定在预先植入的高强螺杆上。

2)混凝土表面处理

a.在锚固块安装完成后,在混凝土表面上划出两个锚固块的中心位置的连线,连线左右各30mm范围内为预应力碳纤维板粘贴位置,然后将混凝土表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化部分清除,并进行清洗、打磨,待表面干燥后,用修补材料将混凝土表面凹凸部位修复平整。特别是第2~5跨板底已粘贴钢板应进行清除后,方可进行预应力碳纤维板施工;

b.根据碳纤维板粘贴位置附近确定卡板位置及卡板植筋位置。在卡板植筋位置应注意避开并避免损伤主钢筋和预应力筋。

3)碳纤维板现场下料、夹持

禁止在雨天或空气湿度大于80%的条件下施工,且碳纤维粘贴应在5~35℃环境温度条件下进行,胶黏剂的选用应满足使用环境温度的要求。

a.根据锚固块的位置进一步复核碳纤维板的下料长度;

b.根据下料长度截取碳纤维板;

c.碳纤维板的两端的夹持长度内,用丙酮将碳纤维板两面擦洗干净;

d.配制特制快速粘结胶,将其涂抹在碳纤维板夹持长度内的上下表面,然后放入齿夹具锚中,并迅速用电动扳手将齿夹具锚的上下齿板拧紧;

e.在碳纤维板的粘贴表面,先用丙酮擦洗干净,并涂抹碳纤维板粘结胶;同时在梁底混凝土的粘贴表面也涂抹相同的碳纤维板粘结胶。

4)碳纤维板安装、预应力张拉、粘贴

a.通过连接螺杆将两端已经被锚具夹持的碳纤维板安装在锚固块上;

b.用套筒将张拉螺杆和连接螺杆相连接,并安装反力钢板;

c.在反力钢板与锚固块只见放入千斤顶;

d.驱动千斤顶油泵,将碳纤维板进行预应力张拉。预应力张拉应采用张拉力和伸长量双控,误差控制在6%以内;

e.在碳纤维板的粘贴表面,先用丙酮擦洗干净,并涂抹碳纤维板粘结胶;同时在梁底混凝土的粘贴表面也涂抹相同的碳纤维板粘结胶;

f.待碳纤维板张拉完成后,拧紧后锚固螺母,方可以拆下千斤顶和反力钢板等;

g.用卡板将碳纤维板紧贴混凝土表面,遇碳纤维板与混凝土表面仍有较大间隙的地方,补充碳纤维板粘接胶,是空隙被粘接胶填满。最终粘贴好的碳纤维板空鼓率应不大于5%

5)碳纤维板及锚具、锚固区防护

在碳纤维板、锚固块、锚具、连接螺杆等表面涂抹一层碳纤维板胶,厚度为5mm以上,目的是对钢构件、碳纤维板材料进行防护;

6)施工安全及注意事项

a.施工中应严格遵守执行《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)、《公路养护安全作业规程》(JTG H302004)、《公路工程施工安全技术规程》进行施工,做到专用设备,专职使用;

b.为保证施工安全、结构安全及工作的顺利开展,在施工前必须对施工机具、临时设备及其它保障措施进行详细检查、核对,在确保万无一失后方可施工;

c.碳纤维板为导电材料,使用碳纤维板时应尽量远离电气设备及电源。 使用中应避免碳纤维板的弯折。 碳纤维板配套树脂的原料应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射, 树脂的配制和使用场所,应保持通风良好。现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施;

d.在碳纤维板张拉的过程中,要对梁体挠度的变化进行观测,如果挠度变化有异常情况,应停止张拉,并检查原因。

3、其它病害

由于桥梁现场情况复杂,部分桥梁受力构件使用情况无法检测,特别是桥梁支座使用情况检测报告未对其进行说明,由于条件限制后期项目组现场调查时未能对期进行观察,故本次加固设计未对支座进行病害处治,项目实施阶段随加固工程工作的开展,施工单位应对包括支座在内的其余受力构件进行检查,若发现异常,设计单位将对加固方案进行优化。

五、主要材料

1碳纤维板

加固用的碳纤维板材应符合《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)、《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)有关材料要求的规定且应符合《结构加固修复用碳纤维片材》(GB/T 21490-2008)的要求,碳纤维板力学性能要求见表8-1,碳纤维板几何尺寸要求见表8-2

8-1 碳纤维板力学性能

项目

性能指标

抗拉强度标准值ff,kMPa

≥2400

伸长率(%

≥1.7%

受拉弹性模量EfMPa

≥160000

层间剪切强度(MPa

≥50

碳纤维复合材料与

混凝土正拉黏接强度(MPa

≥2.5

且为混凝土内聚破坏

8-2 碳纤维板尺寸偏差

长度

mm

宽度

mm

厚度

mm

010

00.5

00.1

结构加固用裂缝修补胶(注射剂)、胶黏剂等须选用正规厂家的合格产品,且应符合中华人民共和国国家标准《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)和《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)有关材料要求的规定,并在厂家的指导下使用。

2、 加固用胶

8-3 碳纤维板胶黏剂的性能指标

检验项目

性能指标

试验方法标准

胶体性能

抗拉强度(MPa

≥40

GB/T2568

受拉弹性模量(MPa

≥2500

伸长率(%

≥1.5%

抗弯强度(MPa

≥50且不得呈脆性(破裂状)破坏

GB/T2570

抗压强度(MPa

≥70

GB/T2569

粘结能力

-钢拉伸抗剪强度标准值(MPa

≥15

GB/T7124

-钢不均匀扯离强度(kN/m

≥16

GJB94

-粘抗拉强度(MPa

≥33

GB/T6329

与混凝土的正拉粘接强度(MPa

≥2.5且为混凝土内聚破坏

GB50367-2006

不挥发物含量(固体含量)(%

≥99

GB/T2793

注:表中的性能指标,除标有标准强度值外,均为平均值。

8-4 底胶的性能指标

检验项目

性能要求

试验方法标准

-钢拉伸抗剪强度标准值(MPa

≥14

GB/T7124

与混凝土的正拉粘结强度 (MPa

≥2.5且为混凝土内聚破坏

GB50367-2006

不挥发物含量(固体含量)(%

≥99

GB/T2793

混合后初黏度(23°C时)(mPa·s

≦6000

GB/T12007.4

胶体抗拉强度(MPa

≥30

GB/T2568

胶体抗弯强度(MPa

≥40且不得呈脆性(碎裂状)

破坏

GB/T2570

与混凝土的正拉黏接强度(MPa

≥2.5且为混凝土内聚破坏

GB50367-2006

注:1、表中的性能指标,除标有标准强度值外,均为平均值。

8-5 裂缝修补胶(注射剂)安全性能指标

检验项目

性能指标

试验方法标准

-钢拉伸抗剪强度标准值(MPa

≥10

GB/T7124

抗拉强度(MPa

≥20

GB/T2568

受拉弹性模量 (MPa

≥1500


抗压强度(MPa

≥50

GB/T2569

抗弯强度(MPa

≥30且不得呈脆性(破裂状)破坏

GB/T2570

不挥发物含量(固体含量)(%

≥99

GB/T14683

可灌注性

在产品使用说明书规定的压力下能注入宽度0.1mm的裂缝

现场试灌注固化后取芯样检查

可灌注性

在产品使用说明书规定的压力下能注入宽度0.1mm的裂缝

现场试灌注固化后取芯样检查

用于混凝土锈胀、露筋修补,应采用符合《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J2220084.6.5条规定的胶黏剂,按一定比例与干燥、洁净的细砂拌和而成。

3张拉、锚固系统

设计采用的碳纤维板张拉、锚固系统应采用技术成熟的波形锚具,锚固用高强螺栓直径不宜大于12mm,锚具安装在空心板底板上可承受不低于163.2kN水平拉力,成品锚固系统进场前应进行现场拉拔试验,锚固效果达到设计要求后方可使用。

4化学锚栓

1)预应力张拉端、固定端的锚固应满足中华人民共和国行业标准JGJ145-2004《混凝土结构后锚固技术规程》及国家标准《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》(GB50550-2010)中的相关规定,锚栓应通过法定机构的全面认证及防开裂混凝土适用性认证。

2)所有锚栓应采用适用于裂缝混凝土的防开裂化学锚栓。螺杆直径12mm,有效埋深≥70mm,抗拉设计荷载不小于17.3kN,抗剪设计荷载不小于27.2kN。锚栓应采用8.8级钢,防腐蚀标准为热浸镀锌防腐,

3)锚栓系统应具有抗风动荷载、抗地震性能,通过法定机构的认证。

4)防开裂化学锚栓系统应具有抗疲劳荷载,应通过不少于200万次疲劳荷载测试。防开裂化学锚栓系统应具有耐湿热老化性能、耐冻融性能、耐双面焊性能,并通过国内机构的安全性认证和测试。

5化学锚栓应具有一定的耐火性能,提供经国际防火测试机构测试的2小时耐火承载力测试报告。

6注射式锚固胶粘剂应采用改性环氧类产品,须通过毒性检验并应提供实际无毒测试报告。且应不含乙二胺等对人体有害物质,严禁掺和护发性和非反应性稀释剂, 锚固剂为开裂混凝土用于锚栓的配套锚固剂,不得以普通锚固剂代替。

7)锚栓应通过EOTAICC-ES国际官方认证机构的全面认证及开裂混凝土适用性认证。

8-6 高强螺栓螺杆性能指标

锚栓尺寸

M12

有效锚固深度(mm

72

混凝土型号

拉力设计荷载(KN

剪力设计荷载(KN

钢材类型

Gvz电镀锌

Gvz电镀锌

钢材等级

8.8

8.8

C25

17.3

27.2

注: 表中的性能指标除标有标准值外,均为平均值。

表8.7 锚固用胶黏剂安全性能指标

性能项目

性能要求

A级胶

胶体性能

劈裂抗拉强度(MPa

≥8.5

抗压强度(MPa

≥60

抗弯强度(MPa

≥50

粘结能力

钢-钢(钢套筒法)拉伸抗剪强度标准值(MPa

≥16

约束拉拔条件下带肋钢筋

与砌体的粘结强度(MPa

C30  Φ25  L=150mm

≥11

C60  Φ25  L=125mm

≥17

不挥发物含量(固体含量)(%)

≥99

5、钢结构防腐

为确保钢构件的耐久性,本工程所使用的钢构件在出厂前均要求进行热镀锌处理,镀锌平均厚度不小于85μm,局部厚度不小于70μm,具体工艺应满足《GB/T 2518-2008 连续热镀锌钢板及钢带》中的相关技术要求。

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