大截面加固

一、增大截面加固法

增大截面加固法又稱為“ 外包混凝土”加固法，通過增大混凝土構(gòu)件的截面和增加配筋，提高構(gòu)件的承載力和剛度。該方法可加固梁式橋，也可加固拱式橋梁。該法可分為構(gòu)件截面的單側(cè)、雙側(cè)、三側(cè)或四周外包加固。根據(jù)加固目的和要求的不同，可以是以增大斷面為主的加固，也可以是增配鋼筋為主的加固。

以增大斷面為主時，為了保證補加混凝土正常工作，亦需適當(dāng)配置構(gòu)造鋼筋。以增配鋼筋為主時，為了保證配筋的正常工作，亦需按鋼筋的間距和保護(hù)層等構(gòu)造要求決定適當(dāng)增大截面尺寸。加固中應(yīng)將新舊鋼筋以焊接，或用錨桿聯(lián)結(jié)補強鋼筋和原構(gòu)件，同時將舊混凝土表面鑿毛清洗干凈，確保新舊混凝土結(jié)合良好。

該法可使用普通混凝土，強度等級建議不低于C30，當(dāng)加固層較薄，鋼筋較密時，可用小石子混凝土，在條件許可時可采用鋼纖維混凝土加固。

二、梁橋加固增大截面加固法設(shè)計計算要點

外包混凝土加固橋梁時， 由于受到原構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變的影響， 加固計算不能簡單地應(yīng)用整體截面的有關(guān)公式。首先應(yīng)確定加固前構(gòu)件的實際應(yīng)力應(yīng)變水平，并考慮新混凝土與舊結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的程度， 然后進(jìn)行合理的計算。

1.受彎構(gòu)件加固計算要點

受彎構(gòu)件的外包混凝土加固設(shè)計， 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的實際情況， 對受壓區(qū)和受拉區(qū)采取不同的加固形式。

受壓區(qū)外包混凝土加固一般用于剛架拱、桁架拱等拱橋的斜腿、斜撐或弦桿的加固。

對受壓區(qū)進(jìn)行加固的受彎構(gòu)件，其承載力、抗裂度、鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度及變形計算和驗算可參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）中的方法進(jìn)行。

試驗研究表明，在相同彎矩作用下，二次受力疊合梁的受拉筋應(yīng)力、撓度和曲率都比相同截面與配筋的一次受力整澆梁的相應(yīng)值大得多。其次，二次受力疊合梁在第一次受力時是由疊合前的原混凝土承受壓力，而在二次受力時，主要由后澆混凝土承受壓力。這使后澆混凝土受壓應(yīng)變比相應(yīng)整澆梁小。因此，加固計算必須考慮疊合梁二次受力的特點進(jìn)行計算。

受拉區(qū)外包混凝土加固方法，一般用于梁式橋跨中部位、拱式橋的拱頂?shù)酌婧凸澳_頂面等受拉區(qū)。

對受拉區(qū)采用外包混凝土、增加鋼筋加固的受彎構(gòu)件，截面受力可按公路橋梁設(shè)計規(guī)范中一般受彎構(gòu)件的規(guī)定計算，但應(yīng)考慮以下不同點：

（1）新加部分承載力應(yīng)乘以共同工作系數(shù)ψ進(jìn)行折減。對于正彎矩截面的受彎構(gòu)件中ψ =0.9；對于斜截面受剪構(gòu)件ψ=0.7～0.9。

（2）加固結(jié)構(gòu)截面受壓區(qū)高度與一般受彎構(gòu)件的受壓區(qū)高度是不同的；

（3）當(dāng)新加鋼筋與原鋼筋相距較遠(yuǎn)時，受拉區(qū)混凝土可能會出現(xiàn)較大裂縫，應(yīng)采取適當(dāng)措施，滿足使用要求。

2.偏心受壓構(gòu)件加固計算要點

當(dāng)用外包混凝土加固鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件時，應(yīng)按整體截面以現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)公式進(jìn)行正截面承載力計算。其中，新增混凝土和縱向鋼筋的強度設(shè)計值應(yīng)按下列規(guī)定予以折減：

（1）受壓區(qū)新增混凝土和縱向鋼筋的抗壓強度設(shè)計值乘以0.9的系數(shù)；

（2）受拉區(qū)新增縱向鋼筋考慮到鋼筋的錨固性能，抗拉強度設(shè)計值乘以0.9的系數(shù)。

3.構(gòu)造要求

（1) 采用外包混凝土加固時，新澆混凝土的最小厚度不應(yīng)小于40mm，用噴射混凝土施工時不應(yīng)小于50mm。

（2) 配制混凝土用的石子宜用堅硬耐久的卵石或碎石，最大粒徑不宜大于20mm。

（3) 當(dāng)采用鋼筋補強時，縱向受力鋼筋的直徑不宜小于12mm；封閉式箍筋直徑不宜小于8mm。

（4) 當(dāng)采用型鋼和鋼板補強時，應(yīng)和原結(jié)構(gòu)的鋼筋進(jìn)行聯(lián)結(jié)，如采用一定數(shù)量的采用錨栓與原結(jié)構(gòu)聯(lián)系，切實保證力的有效傳遞和新增部分能夠參與原結(jié)構(gòu)共同受力。

（5) 加固的受力鋼筋與原構(gòu)件的受力鋼筋間的凈距不應(yīng)大于20mm，并應(yīng)采用短筋焊接連接；箍筋應(yīng)采用封閉的或U形的箍筋，U型箍筋直徑與原有箍筋直徑相同，并按以下構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)置：

①加固的受力鋼筋與構(gòu)件的受力鋼筋采用短筋焊接時，短筋的直徑不應(yīng)小于20mm，長度不小于5d(d為新增縱筋和原有縱筋直徑的最小值)，各短筋的中距不大于500mm；

②當(dāng)用混凝土圍套進(jìn)行加固時，應(yīng)設(shè)置封閉箍筋；

③當(dāng)用單側(cè)或雙側(cè)加固時，應(yīng)設(shè)置U型箍筋。U型箍筋應(yīng)焊在原有箍筋上，單面焊縫長度為10d，雙面焊縫為5d(d為U型箍筋直徑)。U型箍筋還可焊在增設(shè)的錨筋上，或直接伸入錨孔內(nèi)錨固,錨筋直徑d不應(yīng)小于10mm，錨筋距構(gòu)件邊沿不小于3d，且不小于40mm，

錨筋錨固深度不小于10d，并采用環(huán)氧砂漿將錨筋錨于原構(gòu)件內(nèi)，鉆孔直徑應(yīng)大于錨釘直徑4mm。

三、施工要點

外包混凝土加固的施工過程，應(yīng)遵循下列工序和原則。為了加強新、舊混凝土的結(jié)合，應(yīng)對原構(gòu)件混凝土存在的缺陷清理至密實部位，并將構(gòu)件表面鑿毛，要求打成麻坑或溝槽，溝槽深度不宜小于6mm，間距不宜大于箍筋的間距或200mm。當(dāng)采用三面或四面外包方法加固橋梁構(gòu)件時，應(yīng)將構(gòu)件的棱角敲掉，同時應(yīng)除去浮碴、塵土。原有混凝土表面應(yīng)沖洗干凈， 澆筑混凝土前， 原混凝土表面應(yīng)以水泥漿等界面劑進(jìn)行處理，以加強新、舊混凝土的結(jié)合。同時還應(yīng)對原有和新設(shè)受力鋼筋應(yīng)進(jìn)行除銹處理。有條件時，在受力鋼筋施焊前采取卸荷或支頂措施，并逐根分區(qū)分段分層進(jìn)行焊接，以減少原受力鋼筋的熱變形，使原結(jié)構(gòu)的承載力不致遭受較大影響。

外包混凝土加固法施工不如整澆混凝土構(gòu)件方便，必須采取措施，保證模板搭設(shè)、鋼筋安置以及新混凝土的澆筑和振搗的質(zhì)量，以達(dá)到混凝土密實要求。同時，應(yīng)加強新澆混凝土的養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期最好達(dá)14d以上。對于板梁，主要考慮增設(shè)板梁底面的加強主筋和截面；對于T形梁除考慮增設(shè)梁底主筋和截面外，還須考慮設(shè)置套箍，二者施工步驟有一定區(qū)別。

采用板梁增大截面和配筋加固法時主要應(yīng)考慮梁的抗彎截面強度不足，需在其受拉區(qū)增設(shè)補強主筋，并使之與原主筋能夠連結(jié)牢固，共同工作。

施工步驟如下：

（1) 鑿槽、配設(shè)補強鋼筋。先沿著原構(gòu)件底部主筋部位下面鑿槽。槽不宜過寬過深，以不影響補強鋼筋的放置及焊接為度，并盡量減少原主筋周圍混凝土的握裹力損失。鑿好槽后， 剪斷原有鋼筋后設(shè)置補強鋼筋。

（2) 將補強鋼筋與原主筋焊接。焊接時一般可采用焊一段空一段的間斷焊接方式(焊縫長約60～80mm)，以免溫度過高影響混凝土質(zhì)量。剪斷的箍筋可焊在補強鋼筋上，使其形成較為牢固的鋼筋骨架。

（3) 將板梁底部混凝土表面鑿毛、洗凈。為保證新舊混凝土的結(jié)合，減少因變形而產(chǎn)生的結(jié)合裂縫，在噴涂砂槳或澆筑混凝土前，應(yīng)用高壓水沖除結(jié)合部位的余灰，并使其濕潤。

（4) 噴涂或澆筑砂漿或混凝土覆蓋層，以形成新舊鋼筋混凝土結(jié)合良好的斷面。混凝土或砂漿覆蓋層不宜太薄，厚度應(yīng)符合鋼筋混凝土截面保護(hù)層的要求。

（5) 加強新澆水泥砂漿層或混凝土層的養(yǎng)生工作，避免因過早行車而影響工程質(zhì)量。

（6) 為避免影響橋下通航通車，可采用懸掛式腳手架的形式進(jìn)行施工。

某鋼筋混凝土板梁加固斷面示意圖

上圖給出了一個板梁橋加固示例，使用時可參照。

T型梁增大截面和配筋加固一般是在梁底及腹板加設(shè)鋼筋（梁的豎向設(shè)鋼筋箍以加強抗剪能力），然后噴涂或澆筑一層砂漿或混凝土以增大梁截面，施工步驟如下：

（1) 將梁底面的混凝土保護(hù)層鑿除，將兩側(cè)腹板表面鑿毛，要求將表面砂漿鑿出粗紋，露出石子顆粒。鑿毛后隨即進(jìn)行焊接鋼筋及澆筑混凝土的工作，以免鑿毛部位污染，影響新舊混凝土的結(jié)合。

（2) 在暴露的原有主鋼筋上焊接需要的補強鋼筋，通過計算確定補強筋的尺寸與數(shù)量。

（3) 在側(cè)面腹板上設(shè)置需要補強的鋼筋箍，通過計算確定鋼筋箍的距離。

（4) 用埋入梁中的銷釘將鋼筋箍固定，并用鐵絲與縱向加固鋼筋扎結(jié)起來(或焊接)。

鋼筋箍的上端應(yīng)埋入主梁中。

（5) 立模澆筑小石子混凝士，并恢復(fù)保護(hù)層。

這一加固方法不僅適用于梁橋，對有些拱橋也是適用的，如雙曲拱橋在拱肋剛度不足或拱肋嚴(yán)重破損的情況下， 對拱肋采用增大截面和配筋加固的方法見下圖。

其加固設(shè)計簡述如下：

（1）采用部分拱肋外包混凝土，加大拱肋截面的方法進(jìn)行補強加固，并增設(shè)橫系梁，每孔五道。

（2）由于原橋拱肋存在不同程度的變形，施工中拱肋外包混凝土下緣按原拱腹線下最小625px控制，要求下緣線形平順光滑，這一點在底模支立時非常重要。

（3）在橋梁調(diào)查時并未對每根拱肋都進(jìn)行量側(cè)，由于各拱肋間存在變形差異，施工前應(yīng)對外包混凝土的拱肋進(jìn)行復(fù)測，以便放樣和下料時作出相應(yīng)的調(diào)整。

（4）拱肋外包混凝土每肋在滿堂支架上進(jìn)行澆注，增設(shè)拱肋對應(yīng)位置處應(yīng)由拱腳向拱頂同時澆注。

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混凝土受彎構(gòu)件斜截面受剪加固主要由兩類，一類是原結(jié)構(gòu)的受剪承載力不足，另一類是混凝土受彎構(gòu)件正截面加固后，在彎剪段可能會沿斜裂縫發(fā)生斜截面受剪破壞，其受剪承載力不足。因此，在保證加固構(gòu)件正截面承載力的同時，還要保證斜截面受剪承載力。

一、加固方式

混凝土受彎構(gòu)件的受剪承載力與剪跨比、混凝土強度、配箍率、截面尺寸、縱向配筋率、鋼筋和骨料咬合力等有關(guān)。對于有腹筋梁，骨料咬合力和縱向配筋的銷栓力對抗剪具有一定的貢獻(xiàn)，為了方便計算，受剪承載力計算公式未獨立考慮兩者的貢獻(xiàn)。

因此，在受彎構(gòu)件斜截面受剪加固時，可以采用提高混凝土強度等級、增大截面尺寸和增大配箍率的方法來提高受彎構(gòu)件的受剪承載力。

一般情況下，受彎構(gòu)件受剪加固有兩類，一類是在受拉區(qū)增設(shè)配筋混凝土層，并采用U形箍與原箍筋逐個焊接，如下圖：

這種方法主要通過提高混凝土強和增大截面尺寸來達(dá)到抗剪目的。

另一類是采用圍套加固法，在梁的底部和側(cè)面增設(shè)混凝土層，采用加錨式和膠錨式箍筋，如下圖所示：

這種方法能顯著提高受彎構(gòu)件的受剪承載力，取得更好的加固效果。

二、構(gòu)造要求

（1）加錨式箍筋直徑不應(yīng)小于8mm；U 形箍直徑應(yīng)與原箍筋直徑相同。

（2）當(dāng)用混凝土圍套加固時，應(yīng)設(shè)置膠錨式箍筋或加錨式箍筋。

（3）當(dāng)對截面受拉區(qū)一側(cè)加固時，新加部分箍筋應(yīng)采用U形箍筋，將U形箍筋焊在原有箍筋上，單面焊的焊縫長度應(yīng)為箍筋直徑的10倍，雙面焊的焊縫長度應(yīng)為箍筋直徑的5倍。

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