CN112813792A - 一种喷射uhpc结合植筋加固拱桥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，包括如下步骤：1）在拱圈拱肋侧面和底面植筋；2）在1）中进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和底面以形成UHPC基础层；3）当UHPC基础层稳定后，在进行植筋处理的位置挂设钢筋网；4）再次在1）中进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面以形成厚度为第二设定值的UHPC加固层。本发明能有效减小加固层的厚度，同时减少拱桥的加固工序，提高施工速度并降低工程造价。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法。
背景技术
拱桥是中国最常用的一种桥梁型式，其式样之多，数量之大，为各种桥型之冠，特别是公路桥梁，据不完全统计，中国的公路桥中7%为拱桥。
拱桥在长时间使用后，由于受到河水的冲刷腐蚀、外界环境的变化、承受载重增长、石料风化等原因会造成拱桥部分区域的损坏，从而导致拱桥的承载能力下降，因此我们需要对这部分拱桥进行加固处理。
现有技术在对拱桥进行加固处理时，主要采样的是增设加固层的方式，而加固层通常采样的是模筑现浇钢筋混凝土加固层和模筑现浇UHPC加固层等方法。
在上述对拱桥进行加固处理的方法中，模筑现浇钢筋混凝土加固层的力学性能相对较低，导致加固层尺寸较大，新增的恒定荷载对承载能力的损耗较大，加固效果以及承载能力难以达到预期的效果，同时，由于普通混凝土的弹性模量相对较低，由刚度分配原则可知，新增截面分担的荷载较少，不利于拱桥整体承载能力的提高。
而模筑现浇UHPC加固层施工工艺往往较为繁琐，需要搭建脚手架和设置模板，以及需要对施工处的水域进行处理，施工速度较慢和造价较高，且加固层不能一次成型，分次浇筑会留下细微的施工缝隙，对其防渗性能影响较大。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能有效减小加固层的厚度，同时减少拱桥的加固工序，提高施工速度并降低工程造价的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，包括如下步骤：
步骤1）在拱桥的拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面待加固位置进行植筋处理；
步骤2）在步骤1）中进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面以形成厚度为第一设定值的UHPC基础层；
步骤3）当UHPC基础层稳定后，在进行植筋处理的位置挂设钢筋网；
步骤4）再次在步骤1）中进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面以形成厚度为第二设定值的UHPC加固层。
本发明在对拱桥进行加固时，采用植筋处理结合UHPC材料两次喷射的处理方式，可以有效减小整个加固层的厚度，同时UHPC材料以其超高的力学性能以及防渗透性能还可以减少钢筋的锈蚀和设置；其中植筋不仅只包括UHPC材料内部的植筋，还包含拱桥待加固界面的植筋，由此保证了加固层与拱桥粘结界面的强度，使加固层不会过早脱离加固面从而有效的发挥强度以达到加固的目的。
同时本发明的UHPC材料采用喷射处理工艺，与传统的模筑工艺相比，可以减少拱桥加固时脚手架的搭建和模板安装等工序，从而减少施工量和材料消耗，在有效提高施工速度的同时降低了施工成本，同时由于采用喷射工艺，使得加固层可以一次成型，不会留有施工缝隙，对其防渗性能有了进一步的提高，具有较强的经济效益和社会效益。
因此，本发明能有效减小加固层的厚度，同时减少拱桥的加固工序，提高施工速度并降低工程造价。
优选的，所述UHPC材料中各组分和重量份数为：硅酸盐水泥750～800；钢纤维30～40；石英砂1350～1550；硅粉50～80；矿渣灰320～370；速凝剂45～55；高效减水剂18～25；拌和用水230～270。
这样，本发明为了使所使用的UHPC材料能更好的满足喷射工艺的要求，相较于常规UHPC材料的配方进行了优化，调整了钢纤维、石英砂、硅粉以及矿渣灰等的用量，并加入了高效减水剂和速凝剂；其中本发明的UHPC材料中降低了钢纤维的用量，因为加固拱桥主要利用的是UHPC材料的超强抗压性能，对抗拉性能没有太大的需求；增加了石英砂的用量用以增加UHPC材料的流动性，以使得UHPC材料便于喷射；降低了硅粉的用量，因为硅粉中的碳会降低UHPC材料的流动性，不利于喷射；增加了矿渣灰的用量在保证UHPC材料的强度的同时节约成本；同时，通过加入高效减水剂和速凝剂，可以减少UHPC材料的凝固时间，使其早期强度得到加强且只需要常规养护即可，减少养护时间，缩短施工工期。
因此，本发明中的UHPC材料通过对配方的优化，使得其能够更好的满足喷射工艺和拱桥的加固需求，同时还能大大的减少养护时间和施工工期。
优选的，所述钢纤维的直径为0.10mm～0.20mm，长度为10mm～15mm；所述硅酸盐水泥的粒径为10μm～50μm；所述矿渣灰的粒径为1nm～10nm；所述石英砂的粒径为0.20 mm～0.35mm，且所述石英砂中二氧化硅的含量不小于99.7％。
这样，本发明还进一步对UHPC材料中各组成的参数做出了要求，以使得得到的UHPC材料能更好的满足喷射工艺和拱桥的加固需求。其中过长的钢纤维不利于材料的喷射，因此将钢纤维的直径限定为0.10mm～0.20mm，长度限定为10mm～15mm；同时石英砂中二氧化硅的含量不小于99.7％，利用石英砂中的二氧化硅来增加材料强度的目的；另外，对UHPC材料中的其他组分的粒径也进行限制，以使得拌制的UHPC的孔隙率较小，密度较大强度较高。
优选的，所述UHPC材料的制作方法为：
A、将设定重量份数的硅酸盐水泥和石英砂放入强制式搅拌机搅拌2-5分钟；
B、将设定重量份数的硅粉和矿渣灰加入步骤A中的强制式搅拌机内继续搅拌2-5分钟；
C、将设定重量份数的高效减水剂、拌和用水和速凝剂加入步骤B中的强制式搅拌机中继续搅拌4-6分钟，得到混合外加剂；
D、将步骤C得到的混合外加剂加入步骤B中的强制式搅拌机内再搅拌8-12分钟；
E、将钢纤维分多次加入步骤D中的强制式搅拌机内搅拌8-12分钟；
F、完成UHPC材料的制作。
优选的，步骤1）中在对待加固位置进行植筋处理前，先对拱圈的裂缝位置进行封闭处理；且封闭处理的方法为：对宽度不大于0.2mm的裂缝采用封缝胶进行处理，对宽度大于0.2mm的裂缝采用化学压力灌浆补强进行处理。
优选的，步骤1）中植筋的方法为：配置结构植筋胶；在植筋的位置钻孔并将结构植筋胶注入到孔内；将用于植筋的钢筋除锈后插入到孔内并通过结构植筋胶进行固定，且用于植筋的钢筋为带肋钢筋且直径不小于16cm。
优选的，步骤3）中挂设的钢筋网包括第一钢筋形成的在横向和纵向的间距均为12-16cm的第一钢筋网层，且在所述第一钢筋网层的任意相邻两个第一钢筋之间还连接有间隔40-60mm分布的多个第二钢筋。
这样，可以有效减少喷射混凝土的下坠。
优选的，还包括步骤5）：在UHPC加固层终凝后对其进行常温洒水养护，养护时间不少于7天。
这样，为了使UHPC材料中的硅酸盐水泥充分水化，较少和防止收缩产生的裂缝，在喷射UHPC终凝后开始常温洒水养护，且养护时间不少于7天，具体养护时间以及喷水的次数，可以根据水泥品种和当地的空气湿度进行确定。
优选的，步骤2）中第一设定值为3-6cm，第二设定值为8-12cm。
优选的，步骤1）中，在进行植筋处理前，先在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面进行凿毛处理并把尘渣清理干净，然后在设计植筋的位置进行钻孔、清灰后再进行植筋处理。
相较于现有技术，本发明的优点在于：
1、使用UHPC材料连续喷射完成的UHPC加固层，可有效减小加固层的厚度，其超高的力学性能以及防渗透性能还可以减少钢筋的锈蚀和设置。
2、使用UHPC材料并通过喷射工艺形成加固层加固拱桥，可以减少拱桥加固的工序，有效提高施工速度和降低工程造价，具有较强的经济效益和社会效益。
3、使用UHPC材料连续喷射完成的UHPC加固层，由于其超高的力学性能和放渗透性能以及其超低的孔隙比，使得加固后的拱桥承载能力以及耐久性能都能得到可靠的保证。
附图说明
图1为采用本发明喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法加固后的拱桥的半剖视图；
图2为本发明喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法中的植筋示意图；
图3为本发明喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法中加固部位截面示意图；
图4为本发明喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法中的钢筋网布置示意图。
附图标记说明：拱圈拱肋侧面凿毛1、拱圈拱肋侧面植筋2、拱圈拱肋底面凿毛3、拱圈拱肋底面植筋4、拱圈拱肋底面UHPC加固层5、拱圈拱肋侧面UHPC加固层6、第一钢筋7、第二钢筋8。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一种喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，包括如下步骤：
步骤1）拆除拱桥桥面护栏、人行道板及桥面铺装。
在拆除过程采用对称拆除，同时对拱桥的主拱圈进行应力应变监测，根据监测来调整拆除顺序。
护栏拆除后，应在两侧设置彩带和防落网，防止施工工人坠落。
步骤2）检查拱桥上拱圈的裂缝并对其进行封闭处理。
先对拱桥上拱圈的裂缝进行处理，清除裂缝表面以及裂缝中的灰渣和松散层：其中对缝宽小于0.2mm的裂缝采用腻子铲涂抹封缝胶的处理方式；对缝宽大于0.2mm的裂缝采用化学压力灌浆补强的处理方式。
其中化学压力灌浆补强的步骤如下：a.沿着裂缝方向埋设灌浆咀；b.将裂缝用封缝胶封闭严实；c.等到封缝胶固化后，沿着裂缝涂抹肥皂液，从灌浆咀中压入空气，若无气泡折封闭良好，否则重新封闭；d.接通管路，打开灌浆咀阀门灌浆，保证灌浆压力逐渐上升到0.3±0.1MPa后维持2分钟再关闭灌浆咀；e.当裂缝浆液初凝后且不再外流时，拆下灌浆咀等设施，再用封缝胶抹平封口。
步骤3）在拱桥的拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面待加固位置进行植筋处理；其中先将拱圈拱肋侧面进行凿毛处理并把尘渣清理干净，再在拱圈拱肋底面进行凿毛处理并把尘渣清理干净，然后再在设计植筋的位置钻孔、清灰后再植筋。
待裂缝养护至设计强度后，在拱圈拱肋侧面以及底面进行凿毛处理，保证拱圈拱肋侧面凿毛1的界面和拱圈拱肋侧面凿毛3的界面粗糙度不小于2mm；然后在设计位置钻孔，若与裂缝重合需轻微调整钻孔位置，钻孔完毕后用高压水枪冲刷表面以及钻孔，去除灰渣和松散层，再进行干燥处理，干燥后在孔内注入植筋胶再插入钢筋固定，其中植筋深度为15cm，钢筋外露长度8cm，所用钢筋为带肋钢筋且直径不小于16cm，其中拱圈拱肋侧面植筋2和拱圈拱肋底面植筋4处的结构示意图可具体参见附图1所示。
步骤4）在进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面以形成厚度为第一设定值的UHPC基础层，其中第一设定值为3-6cm；等植筋稳定后在拱圈拱肋侧面及底面喷射UHPC基础层。
喷射UHPC基础层之前在所需喷射UHPC基础层的拱下方铺设塑料薄膜或塑料板用以收集掉落的UHPC，喷射UHPC时，应先送风，再后开机、给料，供料需连续均匀，同时在喷嘴处加入速凝剂同时喷射（液体速凝剂参量在3%-4%），料斗需要保持足够的存料，喷枪口尽量与受喷面保持90°的倾角以及1m至1.5m的距离。
步骤5）当UHPC基础层稳定后，在进行植筋处理的位置挂设钢筋网。
待喷射的UHPC基础层稳定后，在拱圈拱肋侧面和底面挂设钢筋网，钢筋网挂设在步骤（3）中所植钢筋中，其中挂设的钢筋网包括第一钢筋7形成的在横向和纵向的间距均为12-16cm的第一钢筋网层，且在第一钢筋网层的任意相邻两个第一钢筋7之间还连接有间隔40-60mm分布的多个第二钢筋8，以有效减少喷射混凝土的下坠，其中第一钢筋7的直径为12mm，第二钢筋8的直径为2mm。
步骤6）再次在进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面以分别形成厚度为第二设定值的拱圈拱肋侧面UHPC加固层5和拱圈拱肋底面UHPC加固层6；其中第二设定值为8-12cm。
其中，UHPC加固层的喷射方法与步骤4）中UPHC基础层的喷射方法类似，故在此不再赘述。
步骤7）在UHPC加固层终凝后对其进行常温洒水养护，养护时间不少于7天。
为了使硅酸盐水泥充分水化，较少和防止收缩产生的裂缝，在喷射UHPC终凝后开始常温洒水养护，养护时间以及喷水的次数，取决于水泥品种和空气湿度，但在任何情况下，养护的时间都不得小于7天。冬季施工时，气温应保持在5℃以上，才能进行喷射混凝土作业。
步骤8）设立桥面护栏、铺设人行道板及桥面铺装。
在本实施例中，UHPC材料中各组分和重量份数为：硅酸盐水泥750～800；钢纤维30～40；石英砂1350～1550；硅粉50～80；矿渣灰320～370；速凝剂45～55；高效减水剂18～25；拌和用水230～270。
这样，本发明为了使所使用的UHPC材料能更好的满足喷射工艺的要求，相较于常规UHPC材料的配方进行了优化，调整了钢纤维、石英砂、硅粉以及矿渣灰等的用量，并加入了高效减水剂和速凝剂；其中本发明的UHPC材料中降低了钢纤维的用量，因为加固拱桥主要利用的是UHPC材料的超强抗压性能，对抗拉性能没有太大的需求；增加了石英砂的用量用以增加UHPC材料的流动性，以使得UHPC材料便于喷射；降低了硅粉的用量，因为硅粉中的碳会降低UHPC材料的流动性，不利于喷射；增加了矿渣灰的用量在保证UHPC材料的强度的同时节约成本；同时，通过加入高效减水剂和速凝剂，可以减少UHPC材料的凝固时间，使其早期强度得到加强且只需要常规养护即可，减少养护时间，缩短施工工期。
因此，本发明中的UHPC材料通过对配方的优化，使得其能够更好的满足喷射工艺和拱桥的加固需求，同时还能大大的减少养护时间和施工工期。
在本实施例中，钢纤维的直径为0.10mm～0.20mm，长度为10mm～15mm；硅酸盐水泥的粒径为10μm～50μm；矿渣灰的粒径为1nm～10nm；石英砂的粒径为0.20 mm～0.35mm，且石英砂中二氧化硅的含量不小于99.7％。
这样，本发明还进一步对UHPC材料中各组成的参数做出了要求，以使得得到的UHPC材料能更好的满足喷射工艺和拱桥的加固需求。其中过长的钢纤维不利于材料的喷射，因此将钢纤维的直径限定为0.10mm～0.20mm，长度限定为10mm～15mm；同时石英砂中二氧化硅的含量不小于99.7％，利用石英砂中的二氧化硅来增加材料强度的目的；另外，对UHPC材料中的其他组分的粒径也进行限制，以使得拌制的UHPC的孔隙率较小，密度较大强度较高。
在本实施例中， UHPC材料的制作方法为：
A、将设定重量份数的硅酸盐水泥和石英砂放入强制式搅拌机搅拌2-5分钟；
B、将设定重量份数的硅粉和矿渣灰加入步骤A中的强制式搅拌机内继续搅拌2-5分钟； C、将设定重量份数的高效减水剂、拌和用水和速凝剂加入步骤B中的强制式搅拌机中继续搅拌4-6分钟，得到混合外加剂；
D、将步骤C得到的混合外加剂加入步骤B中的强制式搅拌机内再搅拌8-12分钟；
E、将钢纤维分多次加入步骤D中的强制式搅拌机内搅拌8-12分钟；
F、完成UHPC材料的制作。
本发明在对拱桥进行加固时，采用植筋处理结合UHPC材料两次喷射的处理方式，可以有效减小整个加固层的厚度，同时UHPC材料以其超高的力学性能以及防渗透性能还可以减少钢筋的锈蚀和设置；其中植筋不仅只包括UHPC材料内部的植筋，还包含拱桥待加固界面的植筋，由此保证了加固层与拱桥粘结界面的强度，使加固层不会过早脱离加固面从而有效的发挥强度以达到加固的目的。
同时本发明的UHPC材料采用喷射处理工艺，与传统的模筑工艺相比，可以减少拱桥加固时脚手架的搭建和模板安装等工序，从而减少施工量和材料消耗，在有效提高施工速度的同时降低了施工成本，同时由于采用喷射工艺，使得加固层可以一次成型，不会留有施工缝隙，对其防渗性能有了进一步的提高，具有较强的经济效益和社会效益。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）在拱桥的拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面待加固位置进行植筋处理；
步骤2）在步骤1）中进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面以形成厚度为第一设定值的UHPC基础层；
步骤3）当UHPC基础层稳定后，在进行植筋处理的位置挂设钢筋网；
步骤4）再次在步骤1）中进行植筋处理的位置将UHPC材料喷射在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面以形成厚度为第二设定值的UHPC加固层。
2.根据权利要求1所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，所述UHPC材料中各组分和重量份数为：硅酸盐水泥750～800、钢纤维30～40、石英砂1350～1550、硅粉50～80、矿渣灰320～370、速凝剂45～55、高效减水剂18～25、拌和用水230～270。
3.根据权利要求2所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，所述钢纤维的直径为0.10mm～0.20mm，长度为10mm～15mm；所述硅酸盐水泥的粒径为10μm～50μm；所述矿渣灰的粒径为1nm～10nm；所述石英砂的粒径为0.20 mm～0.35mm，且所述石英砂中二氧化硅的含量不小于99.7％。
4.根据权利要求2所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，所述UHPC材料的制作方法为：
A、将设定重量份数的硅酸盐水泥和石英砂放入强制式搅拌机搅拌2-5分钟；
B、将设定重量份数的硅粉和矿渣灰加入步骤A中的强制式搅拌机内继续搅拌2-5分钟；
C、将设定重量份数的高效减水剂、拌和用水和速凝剂加入步骤B中的强制式搅拌机中继续搅拌4-6分钟，得到混合外加剂；
D、将步骤C得到的混合外加剂加入步骤B中的强制式搅拌机内再搅拌8-12分钟；
E、将钢纤维分多次加入步骤D中的强制式搅拌机内搅拌8-12分钟；
F、完成UHPC材料的制作。
5.根据权利要求1所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，步骤1）中在对待加固位置进行植筋处理前，先对拱圈的裂缝位置进行封闭处理；
封闭处理的方法为：对宽度不大于0.2mm的裂缝采用封缝胶进行处理，对宽度大于0.2mm的裂缝采用化学压力灌浆补强进行处理。
6.根据权利要求1所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，步骤1）中植筋的方法为：配置结构植筋胶；在植筋的位置钻孔并将结构植筋胶注入到孔内；将用于植筋的钢筋除锈后插入到孔内并通过结构植筋胶进行固定，且用于植筋的钢筋为带肋钢筋且直径不小于16cm。
7.根据权利要求1所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，步骤3）中挂设的钢筋网包括第一钢筋形成的在横向和纵向的间距均为12-16cm的第一钢筋网层，且在所述第一钢筋网层的任意相邻两个第一钢筋之间还连接有间隔40-60mm分布的多个第二钢筋。
8.根据权利要求1所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，还包括步骤5）：在UHPC加固层终凝后对其进行常温洒水养护，养护时间不少于7天。
9.根据权利要求1所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，步骤2）中第一设定值为3-6cm，第二设定值为8-12cm。
10.根据权利要求1所述的喷射UHPC结合植筋加固拱桥的方法，其特征在于，步骤1）中，在进行植筋处理前，先在拱圈拱肋侧面和拱圈拱肋底面进行凿毛处理并把尘渣清理干净，然后在设计植筋的位置进行钻孔、清灰后再进行植筋处理。
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