南山區(qū)碳纖維加固設計-前景結(jié)構(gòu)加固

道路橋梁的結(jié)構(gòu)病害以及加固道路橋梁作為重要的交通樞紐，其安全問題在近年來受到廣泛的關注。道路橋梁一般由路基、路面、隧道和橋梁等工程設施組成，在使用過程中會出現(xiàn)下沉、裂縫等結(jié)構(gòu)問題，需要進行加固處理以保證使用的安全。

　?。ㄒ唬?、道路橋梁結(jié)構(gòu)病害的原因

　　道路橋梁結(jié)構(gòu)在使用中需要承載巨大的重力，因此對結(jié)構(gòu)的強度和承載能力的具有很高的要求，道路橋梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)病害的主要原因有以下幾個方面：橋梁的混凝土自身存在缺陷，混凝土的使用不合格或者在施工中出現(xiàn)違規(guī)操作，導致混凝土結(jié)構(gòu)強度下降，出現(xiàn)裂縫和鋼筋銹蝕等問題；道路橋梁設計時對未來的交通流量估計不足，道路橋梁的荷載設計不足，造成橋梁在使用過程中的嚴重超載，加速了道橋的損壞；道橋結(jié)構(gòu)在設計時所采用的板橋結(jié)構(gòu)不合理等問題造成橋梁的機構(gòu)在使用中容易出現(xiàn)變形；道路橋梁在施工過程中，沒有按照設計規(guī)范和技術(shù)要求進行施工，導致問題隱患；道路橋梁的地質(zhì)條件較差，在設計施工對地質(zhì)的勘察和處理不當，軟土、凍土、滑坡等地質(zhì)災害一旦出現(xiàn)，對道路橋梁的損失非常嚴重；自然災害也是導致道橋病害的一大原因，地震、臺風、洪水等自然災害對道橋的破壞很大，在實際的設計和施工中可以根據(jù)實際情況對道橋進行加固處理，預防自然災害的損害。

　?。ǘ⒊Ｒ姷牡缆窐蛄航Y(jié)構(gòu)病害類型

　　1、裂縫

　　現(xiàn)代橋梁建筑普遍采用鋼筋混凝土澆灌的方式建造，裂縫是混凝土工程最常出現(xiàn)的問題之一。裂縫的出現(xiàn)會致使混凝土的強度降低，承載力減弱，在橋梁荷載較大時會產(chǎn)生嚴重的后果，造員安全和經(jīng)濟的巨大損失。道路橋梁出現(xiàn)裂縫的原因很多，總結(jié)起來大體上可分為以下幾種：一是施工過程中造成的質(zhì)量隱患。如使用的原材料不合格，水泥的標號低，或長時間放置而水泥變性；施工操作不規(guī)范，特別是在澆筑過程中澆筑不均勻致使混凝土整體結(jié)構(gòu)不平衡；在澆筑后沒有及時的保養(yǎng)，雨水和氣溫等外界因素影響澆筑結(jié)果等。

　　2、鋼筋銹蝕

　　現(xiàn)代橋梁建設大量的使用鋼筋來加固橋體，鋼筋的使用壽命直接影響著橋梁的使用壽命，橋梁鋼筋銹蝕是較為常見的橋梁安全隱患之一。鋼筋銹蝕的原因有很多，如原材料、環(huán)境，其他如鋼筋應力的狀態(tài)等因素都會引起鋼筋的銹蝕。在實際操作中，引起鋼筋銹蝕的原因很復雜，道路橋梁鋼筋的防腐工作是一項系統(tǒng)的復雜的工程。

　　3、墩臺基礎病害

　　道橋的墩臺作為橋梁的基礎，起到承載橋梁結(jié)構(gòu)和交通荷載的重要作用，受到外界風力、地下水、撞擊等因素的影響，容易出現(xiàn)位移和下沉等問題，嚴重影響道橋的結(jié)構(gòu)安全。日益增大的交通流量對于老舊的道路墩臺產(chǎn)生的影響很大。

　　4、主梁裂縫、變形等問題

　　道橋主梁在長期的使用后，會在懸臂梁的根部或者錨跨梁的中部等位置出現(xiàn)裂縫。主梁的裂縫變形一般是由于超過橋梁荷載的大型車輛經(jīng)過所產(chǎn)生的，裂縫在遇到雨水時會加大雨水到橋梁內(nèi)部混凝土和鋼筋的腐蝕，對橋梁的結(jié)構(gòu)安全留下安全隱患。

　　（三）、道路橋梁結(jié)構(gòu)病害的加固方式

　　1、加大截面橫面積

　　加大截面橫面積，即外包混凝土加固法，通過增加混凝土結(jié)構(gòu)的橫截面積來增加其荷載能力，起到加固處理的作用。加大橫截面積可以通過增加主梁的梁肋的寬度和高度以及加厚橋面板來實現(xiàn)。加大橫截面積來進行道橋結(jié)構(gòu)的加固的方法，具有工藝簡單、加固效果好、適應性強和施工技術(shù)成熟等優(yōu)點，在實際的工作中運用廣泛。

　　2、橋面鋪裝加固法

　　重新澆筑混凝土面板、局部的鑿補修復和橋面補強層加固是橋面鋪裝加固的主要三種形式。重新澆筑混凝土面板加固法是指將原有的行車道鋪裝全部拆除，進行重新的澆筑施工。這種加固方法主要適用于道路橋梁病害較為嚴重或者預期的施工未達到要求的效果的情況；局部鑿補修復法是指當橋面出現(xiàn)碎裂、脫落等病害時，對出現(xiàn)病害的區(qū)域進行加固處理。首先是對破損面進行鑿毛，脫落的松散物，鑿毛的深度要達到露出骨料的要求，然后對修補處進行浸濕和采用不同型號的水泥砂漿進行涂刷，以增加混凝土之間的凝聚力；橋面補強層加固法的方法主要是在原有橋面的基礎上重新加鋪一層鋼筋混凝土，不但可以起到對裂縫、剝離等病害的加固修補，還可以加高梁板的高度，改善橋梁結(jié)構(gòu)的荷載分布，增強其抗彎能力，從而提高橋梁的荷載能力。

　　3、碳纖維增強塑料加固法

　　碳纖維增強塑料具有很高的強度，利用的樹脂將碳纖維黏貼于橋梁結(jié)構(gòu)的受拉表面，碳纖維與混凝土結(jié)構(gòu)一起，起到承受荷載的作用，分擔了混凝土的鋼筋應力，從而起到對道橋的加固處理效果。碳纖維增強塑料加固法具有耐腐蝕、性能良好，可更加受力情況進行多層或者多角度的加固，加固不會對橋梁的原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害，也不會增加橫截面接和自重等，是較為理想的道路橋梁加固處理技術(shù)。但黏貼樹脂對溫度較為敏感，在超過60℃的溫度中會出現(xiàn)軟化情況，強度降低，因此在陽光直射和橋面溫度可能過高的地方不宜采用樹脂作為粘貼劑。

　　總結(jié)：

　　道路橋梁由于在施工中留下的隱患和長期的使用，會產(chǎn)生一系列的結(jié)構(gòu)病害。作為重要的交通基礎設施，在管理和維護中對常見的道路橋梁結(jié)構(gòu)病害進行研究，掌握各種加固處理技術(shù)，才能在實際的工作中及時的對道路橋梁病害進行加固處理，保證交通的安全。

結(jié)構(gòu)加固比新建更復雜？結(jié)構(gòu)加固加固能夠提高結(jié)構(gòu)安全性與耐久性，具有令人矚目的發(fā)展前景與潛力。結(jié)構(gòu)加固在滿足結(jié)構(gòu)正常使用的條件下，保證建筑節(jié)能與環(huán)保，對土地資源的節(jié)約、節(jié)約型社會的建立有不可磨滅的作用。在國外的一些發(fā)達國家中，建筑加固改造投入的費用已經(jīng)能達到建筑業(yè)總投資的50%，占據(jù)了極高的比重。加固行業(yè)在我國起步要稍晚一些，還屬于新興行業(yè)的范疇，在技術(shù)儲備與人員的角度相對來說要略遜一籌。而另一方面，結(jié)構(gòu)加固需要考慮到原有結(jié)構(gòu)狀態(tài)、新舊結(jié)構(gòu)協(xié)同工作等多個方面，因此全套的加固流程，要顯得較為復雜。

檢測鑒定是結(jié)構(gòu)加固加固的首步，加固補強，混凝土結(jié)構(gòu)是否需要加固，應經(jīng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定進行確認?，F(xiàn)今我國發(fā)布的標準《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》與《民用建筑可靠性鑒定標準》，是通過實測、驗算并輔以評估做出的結(jié)論，可用作結(jié)構(gòu)可靠性鑒定。檢測和鑒定應由具備相應資質(zhì)的檢測機構(gòu)和鑒定單位完成，并出具檢測報告和鑒定意見書。檢測鑒定是加固改造重要的依據(jù)之一，應得到足夠的重視。

設計是結(jié)構(gòu)加固加固中最復雜的一環(huán)，結(jié)構(gòu)的加固效果不僅與采用方法有密切的關聯(lián)，同時與原結(jié)構(gòu)的狀態(tài)也離不開關系。對結(jié)構(gòu)的局部進行加固，雖然能夠提高該部分的受力性能，也并不代表結(jié)構(gòu)整體就會更加安全。加固后的安全性還取決于原結(jié)構(gòu)方案與布置是否合理，構(gòu)造措施是否妥當?shù)?。另一方面，在進行加固設計時，需注意結(jié)構(gòu)的連接以及協(xié)同工作，同時在設計中考慮施工可行性，提出施工注意事項與施工順序。因此，在進行加固設計時，需要專業(yè)人員對結(jié)構(gòu)整體把控、綜合考慮，對設計人員的專業(yè)素質(zhì)有較高的要求。

與新建結(jié)構(gòu)施工相比，結(jié)構(gòu)加固施工要明顯容易一些。結(jié)構(gòu)加固中眾多新方法無需采用大型機械與濕作業(yè)，因而施工效率也要高得多。然而，簡單并非代表可以降低要求，結(jié)構(gòu)加固中依舊有多個要點需要注意，例如基材表面處理不會造成加固完全失效。施工中必須嚴格依據(jù)規(guī)范執(zhí)行，以保證加固工程的質(zhì)量與效果。施工中，實際工程統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，因加固材料性能不符合要求所造成的安全問題在加固工程中占據(jù)了很大的比重，后果是及其嚴重的。加固材料必須經(jīng)過系統(tǒng)的安全性檢驗與鑒定，具體可以參考《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》。

植筋技術(shù)加固原理及施工質(zhì)量的控制與發(fā)展1、背景 ：在民用及工業(yè)建筑中，有很多時候需要進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件、機器設備等的連接，而這些構(gòu)件、設備的安裝往往在主體結(jié)構(gòu)施工時因為種種原因無法同時進行，因此，設計上多數(shù)情況是在設計、施工時考慮預埋板或鋼筋。使用預埋的方法存在一些缺點：施工中容易使預埋件偏位，造成浪費，而且，進行預埋比較費工費時，在現(xiàn)在的很多情況下，往往工期很緊，無法進行預埋。另外實際工程中，由于建筑功能改變，承受荷載增加或者因質(zhì)量事故等原因，使原結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如梁、板、柱、墻等承載力不足，或因布局改變，要新增梁、板、柱和墻，要擴大斷面新增鋼筋等，需要在建筑本身建好以后再使用一些方法將新的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、設備連接到這些建筑主體或者建筑上來，在這些情況下，采用鉆孔植筋技術(shù)能取得格外簡捷的效果。 

2、植筋技術(shù)加固原理 　　

植筋技術(shù)是在需連接的舊混凝土構(gòu)件上根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點，確定鋼筋的數(shù)量、規(guī)格、位置，在舊構(gòu)件上經(jīng)過鉆孔、清孔、注入植筋粘結(jié)劑，再插入所需鋼筋，使鋼筋與混凝土通過結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)在一起，然后澆注新混凝土，從而完成新舊鋼筋混凝土的有效連接，達到共同作用、整體受力的目的。　　由于在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上植筋錨固已不必再進行大量的開鑿挖洞，而只需在植筋部位鉆孔后，利用化學錨固劑作為鋼筋與混凝土的粘合劑就能保證鋼筋與混凝土的良好粘接，從而減輕對原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷，也減少了加固改造工程的工程量，又因植筋膠對鋼筋的錨固力，使錨桿與基材有效地錨固在一起，產(chǎn)生的粘接強度與機械咬合力來承受受拉載荷，當植筋達到一定的錨固深度后，植入的鋼筋就具有很強的抗拉力，從而保證了錨固強度。作為一種新型的加固技術(shù)，植筋技術(shù)不僅具有有方便、工作面小、工作效率高的特點，而且還具有適應性強、適用范圍廣、錨固結(jié)構(gòu)的整體性能良好、價格低廉等優(yōu)點。因此被廣泛應用于建筑結(jié)構(gòu)加固及混凝土的補強工程中。 　

3、植筋技術(shù)施工質(zhì)量關鍵控制點 筆者從一些加固實例及有關文獻中總結(jié)認為化學植筋的施工質(zhì)量關鍵控制點主要有以下方面： 　

3．1定位　　依照設計圖紙的要求，對所需植筋的部位進行定位放線。在所需植筋點作出明顯的標志，以便鉆孔。定位時，要結(jié)合設計圖紙及《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》的有關要求，盡量避免原結(jié)構(gòu)中鋼筋所處位置，以免鉆孔時鉆到原鋼筋，影響植入鋼筋的深度而減弱植筋的效果。 　　

3．2鉆孔 　　植筋定位要準確，鉆孔時要避免鉆斷原結(jié)構(gòu)鋼筋，做到一次鉆孔成功，檢查構(gòu)件混凝土強度，必須達到C20以上。按照設計要求確定鉆孔的位置、孔徑和深度，外側(cè)孔壁與鋼筋混凝土構(gòu)件邊緣間的寬度≥5mm以上，鉆孔后的孔壁應完好，無裂縫和蜂窩等。其質(zhì)量控制關鍵是鉆孔直徑和鉆孔深度一定要按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》的有關規(guī)定進行，不得按經(jīng)驗值估用。 　

3．3清孔 　　鉆孔后應立即清理，用刷子擦掃孔壁灰粉并用壓縮空氣吹凈鉆孔內(nèi)的灰粉，然后用干凈物體臨時封堵封孔口，以防塵土、砂粒等雜物落入。其質(zhì)量控制關鍵鉆孔后必須清掃干凈，以增強與化學膠的粘結(jié)力。 　　

3．4植筋表面處理　　植入鋼筋的規(guī)格、數(shù)量一般由設計單位進行計算確定。設計人員依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)工程加固所需的承載力或彌補結(jié)構(gòu)不足的實際情況，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》的有關要求確定所需植入鋼筋的規(guī)格、數(shù)量。另外，施工中需預埋、預插的鋼筋錯位或遺漏時，植入鋼筋的規(guī)格、數(shù)量同原設計要求。 植筋應先通過物理試驗，采用機械法或鋼絲刷擦除植筋部分表面鐵銹和氧化層，然后用酮(化學試劑)除去殘留油污，經(jīng)處理的鋼筋應盡快植入孔內(nèi)，避免二次污染。其質(zhì)量控制關鍵是鋼筋植入部分表面干凈，以增加與化學膠的粘結(jié)力。 　　

3．5化學粘合劑灌注 　　目前市場上供應的粘結(jié)劑種類、型號較多且性能各異，而粘結(jié)劑又是使植入鋼筋與基體混凝土牢固錨固在一起體現(xiàn)植筋效果的關鍵材料。因此，在實際施工中，選擇一種安全可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，性能較好的粘結(jié)劑是確保工程質(zhì)量的一項重要措施。大多數(shù)化學粘結(jié)劑均為雙組分材料，用長嘴器具深入成孔底部，通過擠壓器將化學粘合劑在孔內(nèi)從里到外漸漸填孔并排出空氣，注漿量為孔深的1/2～1/3。其質(zhì)量控制關鍵是從孔底開始注漿，漿體不得有氣泡存在。 　

3．6鋼筋植入　　將處理好的植筋緩緩慢旋入孔內(nèi)深度，其質(zhì)量關鍵是植筋必須緩慢旋入。 　　

3．7養(yǎng)護固化 　　已植入孔內(nèi)的鋼筋在常溫下養(yǎng)護，直至使用的化學粘結(jié)劑固結(jié)的規(guī)定時間。其質(zhì)量控制關鍵是保證固結(jié)時間，中間不得擾動。 　　植入鋼筋后，鋼筋與混凝土的連接應能滿足規(guī)范及施工、使用的要求。除了要保證連接的強度、耐久性外，還應具有可焊接性，以及能滿足一定的防火要求。 

4　植筋技術(shù)的缺陷及建議 　　

4．1鋼筋與混凝土共同受力主要了決于它們之間的粘結(jié)能力。植筋為后錨固方式，錨固鋼筋與握裹層混凝土問的狀態(tài)同先錨固鋼筋與握裹層混凝土間的狀態(tài)相比具有以下不利因素： 　　

4．1．1植筋時的鉆孔對周圍混凝土造成一定的損害； 　　

4．1．2清孔不干凈會使結(jié)構(gòu)膠與混凝土之間的粘結(jié)力顯著下降； 　　

4．1．3植筋操作中注膠不飽滿使實際錨固深度降低； 　　

4．1．4溫度、濕度、振動等條件對結(jié)構(gòu)膠耐久性的不利影響； 　　

4．1．5結(jié)構(gòu)膠本身的質(zhì)量穩(wěn)定性的問題。 　　

4．2在設計與施工中要盡量避免以上不利因素的影響，

4．2．1根據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》中所規(guī)定的鋼筋錨固深度要求，結(jié)合結(jié)構(gòu)膠的性能指標應盡可能的將植筋的錨固深度加固(尤其在后加牛腿、懸挑梁、板的情況下)不應片面按照廠家資料去做。 　　

4．2．2建設單位應選擇指專業(yè)施工公司進行施工。 　

　4．2．3施工現(xiàn)場應進行相當數(shù)量的植筋的檢測試驗。 　　

4．2．4對特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)件應采取其它措施配合并加大數(shù)量提高安全儲備。 　　

5　發(fā)展前景 　　在國外，植筋技術(shù)的應用范圍非常廣泛，但進入我國的時間卻不長，20世紀90年代，國外公司(主要是喜利得和慧魚)將這一技術(shù)引到中國，隨后國內(nèi)一些科研機構(gòu)和公司也對此進行了研究，總的說來，這一技術(shù)是一種新型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)，因此還有很多問題有待解決。 　　

5．1更好地解決在帶裂縫混凝土中工作的問題。對于使用粘接劑的后錨固技術(shù)，由于樹脂膠本身的抗拉強度很高，裂縫發(fā)生在孔壁和硬化的膠體之間，這就導致與孔壁表面的粘結(jié)區(qū)域易發(fā)生失效，粘結(jié)力減弱。因為這一原因，鋼筋或錨栓在開裂混凝土中承載力折減相當大。現(xiàn)在雖然已經(jīng)有一些公司生產(chǎn)出某產(chǎn)品解決這一問題，但并非十分有效，仍需進一步的研究。 　　

5．2錨固新材料的研究及應用?，F(xiàn)在的錨固材料大部分是金屬材料，另有少量的尼龍材料，但后者的承載力較低。在一些不能使用金屬，又對承載力有要求的場合，后錨固技術(shù)便難有用武之地。因此，有必要開發(fā)出一些新型的高強而又有特殊性能如絕緣、防靜電的錨固材料等。 　

5．3怎樣更好地減輕施工難度和強度。目前在施工的時候，鉆完孔普遍需要進行清孔，尤其是在使用粘接劑的時候，對清孔的質(zhì)量要求較高，另外在有水的環(huán)境下，還需抽干水，因此施工的難度和強度較大。如何設法減輕施工難度和強度也是一個需要進一步研究的課題。