结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法

摘要

本发明公开了结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法，包括步骤1）预应力施加体系的安装和步骤2）粘贴闭合钢板条加固。本发明涉及修复现有混凝土结构裂缝、提高混凝土桥墩结构承载力的方法，是通过预应力施加体系使待加固桥墩处于预应力状态；接着用结构胶将闭合钢板条粘贴在桥墩上，并用高强锚栓将钢板条固定在桥墩上，通过闭合钢板条来承载桥墩预应力，使桥墩处于永久的三向受压状态，从而达到提高桥墩正常使用阶段的承载能力、刚度和抗裂性能的目的，避免桥墩开裂或裂缝开展带来的安全隐患。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土结构修复和加固技术领域，尤其涉及结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法。

背景技术

目前，在交通基础建设领域中，混凝土仍然是一种不可缺少的工程材料。其具有强度高、耐久性好等优点，但是，影响混凝土结构使用寿命的因素有很多：①施工质量不佳导致的混凝土前期强度不满足要求，混凝土内部产生微裂缝，并随着使用时间延续逐渐发展；②设计荷载与使用条件不匹配，特别对于桥梁结构，随着车流量的增加，经常出现超出设计荷载标准的超载车辆，造成结构承载能力不足；③混凝土自身老化和外界环境，也是混凝土结构强度和刚度降低的一个重要因素，结构长期在雨水、冻融和振动等条件反复作用下微裂缝易产生疲劳发展。在外观表现上，混凝土承载力不足会导致裂缝的发生和开展。同时，混凝土裂缝的发生和开展会进一步降低混凝土结构的承载力，由此形成恶性循环。因此，对于混凝土结构的加固，防止裂缝的发生或对已有裂缝控制其开展非常有必要。

目前，常用的混凝土结构加固方法有：体外预应力、外包型钢、粘贴钢板和粘贴纤维复合材料等。其中，仅体外预应力能够有效的提高混凝土结构正常使用阶段的承载力，其他三种仅能提高结构破坏阶段的极限承载力，但体外预应力加固后，对加固结构的体积、外形等美观性影响较大，不利于体外预应力加固措施的推广。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法，包括以下步骤：

1）预应力施加体系的安装：

①用高强锚栓将两组反力架沿桥梁中轴线对称地固定设置在桥墩横桥向两侧壁外的设计位置，高强锚栓一端穿接在反力架的端部外侧壁并经过螺母封端，高强锚栓另一端固定插接在桥墩侧壁；

②将两根精轧螺纹钢贯穿两根反力架端部侧壁的预留孔，并在精轧螺纹钢两端安装锚具和千斤顶，并利用液压千斤顶张拉精轧螺纹钢至控制预应力；

③两个反力架和两根精轧螺纹钢在桥墩侧壁外围成一圈，通过反力架将预应力传递给桥墩，使墩身混凝土结构裂缝强制闭合，并且使桥墩处于预应力状态；

2）粘贴闭合钢板条加固：

①桥墩处于预应力状态时，在桥墩四周侧壁位于反力架和精轧螺纹钢下方的位置，用化学锚栓和结构胶将钢板条与桥墩的墩身连接为整体；

②通过焊接方式将每四根钢板条围成一圈，形成闭合环，在桥墩上共固接有4-6组闭合环，闭合环能够对墩身起到环箍作用；

③待结构胶完全固化后，卸载反力架，桥墩在钢板条环箍作用下处于永久三向受力状态。

优选地，所述精轧螺纹钢端部的千斤顶具体是套筒式千斤顶，所述精轧螺纹钢端部的锚具包括分别设置在千斤顶两端的工作锚和工具锚，所述精轧螺纹钢分别通过夹片套接在工具锚和工作锚的锥孔中，所述千斤顶两端分别设限位板，其中工作锚卡在反力架外壁的镗孔中，工作时千斤顶顶出工具锚，通过工具锚带动精轧螺纹钢向外张拉，在精轧螺纹钢两端施加相同的张拉预应力，使桥墩原有裂缝闭合并达到预设预应力要求即可。

优选地，所述钢板条预先钻取有化学锚栓孔和结构胶灌胶孔，所述桥墩与钢板条的接触面位置设有对应的化学锚栓孔，所述桥墩与钢板条先通过结构胶稍粘结，采用水平仪调整位置使钢板条顶边位于完全水平方向，再通过化学锚栓固定。

优选地，所述钢板条与桥墩在粘接前需要进行表面处理，主要是打磨并清洗钢板条和桥墩侧壁面。

进一步地，粘接时用抹刀在已处理好的混凝土表面和钢板条上同时涂抹结构胶，再用木锤使钢板条和混凝土表面贴合紧密。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

使用本发明提出的修复加固方法，加固后的混凝土桥墩结构具有预应力结构的类似特征。在桥墩中建立的预应力来自反力架施加的预应力，并由闭合钢板条的环箍约束作用永久保持。结合使用本发明修复和加固的桥墩的工程应用案例效果分析得出：

①本发明是将传统的粘贴钢板和体外预应力加固方法有机结合，同时具有粘贴钢板的经济效益和体外预应力提高混凝土结构承载力的作用。

②经本发明修复和加固后的桥墩，断面基本未发生改变，桥墩线形能够恢复至加固前，加固痕迹不明显，有利于加固方法推广。

③本发明所述反力架体系可以重复利用，同时，粘贴钢板条钢材用量仅为粘贴钢板的1/2，大大的节约了材料成本。

④使用本发明修复加固一个上截面尺寸为1.6m×5.5m、高为6m左右的花瓶形桥墩，所需的施工时间为3~4天，施工效率较高。

附图说明

图1为本发明提出的结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法的流程图；

图2为采用本发明提出的结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法形成的加固修复结构的主视图；

图3为采用本发明提出的结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法形成的加固修复结构的侧视图；

图4为采用本发明提出的结合体外预应力与粘钢板条的混凝土桥墩加固修复方法形成的加固修复结构的俯视图；

图中：1反力架、2螺纹钢、3高强锚栓、4钢板条、5结构胶、6化学锚栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，为了实现混凝土桥墩结构在预应力状态粘贴钢板条修复和加固的目的，具体工艺流程如下：

①结合待加固混凝土桥墩结构的原设计资料和结构的检测及评价，设计加固参数。

②对待加固结构和钢板条贴合面进行表面处理，主要是打磨和清洗。

③在带加固结构和钢板条的相应位置钻化学锚栓孔和结构胶灌胶孔（灌胶孔仅在钢板条上）。

④用吊车将反力架吊装至待加固桥墩墩顶，并用高强锚栓固定反力架。

⑤将精轧螺纹钢穿过反力架，并用液压千斤顶施加控制预应力。

⑥用抹刀在已处理好的混凝土表面和钢板条上同时涂抹结构胶。

⑦用紧固件使钢板条和混凝土表面贴合紧密，用化学锚栓拧紧加固，并焊接闭合钢板条。

⑧结构胶固化达到规定强度后，卸除预应力施加体系。

⑨对钢板条暴露面进行防腐处理。

为了更清晰地表达本发明的结构特征、技术方案、有益效果，接下来结合工程应用实例，详细说明：

（1）加固背景简述：现有一座上截面尺寸为1.6m×5.5m、高为6m左右的花瓶形桥墩，自桥墩上截面发现10条沿墩身的竖向边缘裂缝，最大裂缝长度为90cm，最大裂缝宽度为0.55mm。采用本发明对桥墩进行裂缝修复并加固。

（2）加固主要材料参数：反力架长度为2.1m/个，共2个；精轧螺纹钢6.1m/根，共2根；自墩顶向下设置5道宽15cm、净距10cm、厚5mm的钢板条，外包钢板条由4块钢板组成。

（3）设计加固参数：精轧螺纹钢标准抗拉强度为f

（4）加固步骤：

①用高强锚栓将反力架固定在桥墩横桥向两侧。

②张拉预应力，使桥墩部分裂缝闭合，并使桥墩处于预应力状态。

③采用化学锚栓和结构胶将钢板条固定于墩柱表面，并通过焊接闭合钢板条。

④48h后，结构胶完全固化，释放预应力，卸载预应力施加体系。

⑤钢板条表面涂装防护。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。