喷射混凝土工艺在旧桥加固中的应用

2018-11-13李槟岍

西部交通科技 2018年10期

李槟岍

(广西壮族自治区林业勘测设计院道桥分院，广西南宁 530011)

0 引言

目前我国仍处于社会主义初级阶段，交通基础设施的建设经费并不充裕，如果国内众多的危旧桥能够及时得到合理的维修加固而重新利用，必将为我国交通运输业的建设节约大量成本，带来显著的社会经济效益。而危旧桥的维修加固需要各种技术、工艺的支持，才可做到科学合理地加固，保证其安全性能并正常使用。喷射混凝土工艺是众多成熟工艺中的一种，主要应用在隧道初期支护、砌体裂缝加固、基坑坑壁加固、边坡坡面加固等工程项目中，而在桥梁加固项目中却较少应用。尽管如此，只要能运用得当，相信喷射混凝土工艺在旧桥加固领域将有更好的发展。本文通过旧桥加固实例，详细地阐述了喷射混凝土工艺在旧桥加固中的应用效果，为今后喷射混凝土工艺在旧桥加固工程中的应用提供参考。

1 工程概况

那垌大桥位于广西某四级公路上，是一座4～25 m浆砌片石板拱拱桥，桥梁总长128 m，桥面全宽6.60 m，上构采用4～25 m浆砌片石板拱，主拱净跨25 m，矢高5 m，矢跨比为1/5，拱上建筑为对称设置的4孔浆砌片石腹拱及拱顶实腹段，腹拱净跨2.5 m，矢高1.1 m，矢跨比为1/2.27，拱顶实腹段长14.36 m，拱顶填料最小厚度为0.64 m；下部结构采用浆砌片石U型桥台、浆砌片石重力式桥墩、明挖扩大基础。

那垌大桥由于车辆超重及桥梁老化，导致桥梁所有腹拱出现不同程度的开裂，部分腹拱顶横向开裂，并伴有纵向裂缝和砂浆脱落等现象；旧桥桥面出现多处纵、横向裂缝及坑洼积水；部分防护栏杆出现有钢筋外露及混凝土块脱落等病害。

那垌大桥的加固方案是在原腹拱内套钢筋混凝土拱，采用加大截面法加固全桥腹拱，恢复其功能；同时改建桥面铺装和泄水管，修补栏杆防护。在加大截面法加固全桥腹拱过程中，首先采用植筋技术将直钢筋植入腹拱，之后在植筋外露段挂设钢筋网，最后采用喷射混凝土工艺对腹拱进行施工而形成圆弧形套拱，完成通过加大截面而加固全桥腹拱的最终目的。

那垌大桥加固方案的具体施工流程如下：封闭全桥交通→套拱钢筋制作→全桥腹拱表面冲洗并钻孔植筋→全桥腹拱内侧铺设钢筋网→喷射腹拱补强部分混凝土并养护至设计强度→对称拆除旧桥全桥桥面结构60 cm、全部泄水管及损坏的栏杆→全桥新建泄水管施工→重新铺砌全桥桥面结构→修补破损的栏杆并对全桥栏杆进行粉刷→桥头桥尾引道路面施工→全桥竣工并恢复正常交通。

2 喷射混凝土工艺的作用

喷射混凝土工艺包括干喷、潮喷、湿喷、钢纤维喷射和SEC法喷射等技法。而湿喷混凝土是最主要的喷射工艺之一，其是指用湿喷机压送拌合好的混凝土，在喷头处添加液态速凝剂，以高压空气作为动力将混凝土喷到预定位置，混凝土在反复冲撞和叠加后形成密实结构。湿喷混凝土工艺的特点是喷射形成的混凝土均匀连续，附着能力强，凝结速度快，既能减少上料和喷射过程中的粉尘，也能克服混凝土回弹量大的缺点。本桥加固方案中采用湿喷混凝土方式，本文关于喷射混凝土工艺的所有论述，也是针对湿喷混凝土工艺而言。

在那垌大桥加固方案中，由于腹拱套拱的设计厚度仅10 cm，而且在腹拱顶处和主拱背部的套拱外形都是圆曲线截面的，只有主拱横墙内侧的套拱部分是直线型截面，考虑到浇筑套拱混凝土的厚度较薄，且套拱截面有圆曲线形状，难以立模且浇筑混凝土的高度较高，故采用喷射混凝土工艺来形成套拱。喷射混凝土工艺在那垌大桥加固方案中的主要作用，就是在腹拱内植筋和架设钢筋网以后，通过喷射混凝土工艺将混凝土喷射到腹拱内侧而形成套拱，利用加大截面法来实现对那垌大桥的腹拱的加固维修。本桥腹拱加固设计如图1所示：

图1 那垌大桥腹拱加固设计示意图

3 喷射混凝土工艺的流程

一般情况下，湿喷混凝土工艺的主要施工流程如图2所示：

图2 喷射混凝土工艺流程示意图

那垌大桥的喷射混凝土工艺在施工前，应完成交通封闭、腹拱植筋、套拱钢筋网架设等工作，在确保各方面准备工作完成后，才可进行具体的喷射混凝土施工作业。

4 喷射混凝土工艺的施工要点

4.1 施工前期准备要点

(1)喷射混凝土的喷射方式、机具设备、操作方法、混合料配合比及外加剂等具体的施工方案，应由监理工程师审核并批准。

(2)喷射混凝土用水要求不得使用污水和pH值<4的酸性水，水泥一般用普通硅酸盐水泥，标号不低于400号，有腐蚀的情况下可采用特殊水泥。

(3)喷射混凝土用砂宜采用中粗砂，其细度模数一般>2.5，另外>5 mm和<0.075 mm的颗粒不得超过总砂量的20%，砂子过粗一般会增加回弹，砂子过细则会导致干缩增大。

(4)喷射混凝土用石一般采用卵石或碎石，最大粒径一般不宜超过管内径的1/3，粒径宜在5～15 mm之间，该范围内的石料对设备磨损小，也不易造成管路堵塞。“应采用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不应>15 mm；当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料。”[3]

(5)喷射混凝土所采用的外加剂一般包括减水剂和速凝剂。增加少量的减水剂，可显著地降低水灰比，但又不影响混凝土的流动性，能提高混凝土强度，减少回弹，同时也可增强混凝土的不透水性与抗冻性。

(6)为使喷射混凝土速凝快硬，减少回弹损失，同时也防止喷射混凝土因重力作用而脱落，一般在喷射混凝土中掺入适量的速凝剂。速凝剂一般为液体速凝剂，其掺入量一般为水泥重量的2%～4%，并要求达到初凝时间在5 min以内，终凝时间在12 min以内，8 h后的强度≥0.3 MP，养护28 d后的强度不应低于不加速凝剂试件强度的70%的效果。

(7)预拌混凝土的配合比，一般为水泥∶砂料∶石料子=1∶2∶1～2；速凝剂用量为一般水泥重量的2%～4%，但应根据混凝土具体的和易性(坍落度8～15 cm)及混凝土强度条件进行相应试验来确定，或由设计文件或相关规范直接规定。混凝土要预拌均匀。

(8)机具设备主要包括湿喷机、空压机、搅拌机、上料机、运输车辆、高压风管、脚手架等，都必须保证性能良好，能保证安全地正常使用。施喷前应检查各类管道是否连接牢固、是否输送通畅、是否有漏水漏气现象，在进行试风、通水情况正常后才能开始喷射作业。

(9)喷射混凝土之前，应对预喷表面进行清洗除尘，并进行洒水湿润。

4.2 施工中的工艺要点

(1)为了避免出现喷射混凝土因重力而滑动、脱落等现象，在喷射混凝土时应按照分段、分部、分块、由下而上的原则进行。那垌大桥腹拱补强部分的喷射分区是主拱横墙内侧、主拱背侧、腹拱拱底内侧圆弧形区域，具体的喷射顺序是：左边主拱横墙内侧→右边主拱横墙内侧→腹拱拱底内侧圆弧形区域→主拱背侧套拱部分。

(2)当喷射混凝土与受喷面的粘接强度弱于其自重时，随即将出现混凝土下垂、脱落等现象，因此一般10 cm以下厚度的可以一次喷射完成，而当厚度>10 cm的需要分层喷射，第一层喷射厚度应≥5 cm，宜在5～10 cm，以喷射混凝土不滑移、不坠落为准。当对拱形底面喷射时，一次喷射的厚度宜控制在3～6 cm之间。那垌大桥腹拱补强部分的厚度为10 cm，且有拱形底面喷射，故采用两层喷射，第一层喷射厚度为5 cm，第二层喷射厚度为5 cm，两层喷射的时间间隔为2～4 h之间。

(3)喷射混凝土配套机具要密封性良好，性能满足要求。供水设备应保证喷头处水压为0.15～0.2 MPa；喷射机作业开始时，应先送风，后开机，再给料；供料一定要连续均匀；喷射作业完成时，先停供料，供料喷完再停机。

(4)喷头与喷射面的垂直距离以0.6～1.2 m为宜，喷头与喷面应尽量保持垂直，做到垂直喷射，最小夹角应≥70°，不得使隅处及钢筋背面出现蜂窝或砂囊等现象。为利于混凝土的压实，应保证喷射速度适当，且喷射作业的气温应>5 ℃。

(5)喷射手应经过训练且严格按照相关规范的操作要求进行喷射，喷射时应一人抱喷枪，一人照明，其中喷射手要随时根据喷射的具体情况而对工作风压、喷距、水灰比、喷射方向和顺序、喷厚等进行相应的调控，而喷射机与喷射手之间应保持信号联系通畅。

(6)喷射过程中，受喷面应保持平整、湿润光泽、黏性与密实性好，无干斑或滑移、流淌等现象；及时清除受喷面上的砂囊或下垂、回弹的混凝土，收集以便重新利用，但重复利用掺入量≤15%。在喷射厚度完成后，可适当进行表面整修。

(7)相邻喷层的接头部分应做成斜交接头，搭接宽度一般为喷层厚度的2倍，并应保证喷射后无露筋、无裂缝等现象。

(8)喷射过程中，上料要连续均匀，料斗内应始终保持足够数量的存料；喷嘴水压必须高于压缩空气的压力并保持连续供水。

(9)预喷位置的高度>3 m的应搭设工作平台，保证喷头距岩面≤1.2 m，工作平台搭设应牢靠稳固。