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摘要：本文主要介绍了喷射混凝土加固原理，通过试验验证了喷射混凝土加固桥梁的可行性和适应性。
关键词：喷射混凝土；加固原理；试验
中图分类号：TU37文献标识码： A
前言
多年来，构筑物的加固改造一直是世界各国工程部门关注的重点，特别是发达国家在不同的时期均投入入了大量的人力财力对桥梁加固技术进行研究。中国交通部门自80年代开始着手研究，开展了桥梁加固技术的试验研究、加固方法的理论研究，加固材料大的运用及性能研究，并进行了大量的工程实践尝试。
与普通混凝土相比，喷射混凝土具有快速、早强，施工工艺简单，不需要模板和振捣，很多情况下可以不影响其他生产的特点[1]。因喷射混凝土的这些优点，被运用到建筑物的加固补强上，并取得了良好加固效果和经济效益。
1. 喷射混凝土加固桥梁的原理[2]
用喷射混凝土加固桥梁是由地下工程中的“新奥法”移植到桥梁加固上的，其加固桥梁的原理是通过新增混凝土和受力钢筋与原结构紧密结合，组成“混凝土—锚杆—原结构”的整体组合结构，通过锚喷加固层与原结构紧密结合在一起，既阻止了原结构的继续位移和开裂，又充分发挥原结构的作用，共同承受外荷载作用。它根治了原结构由于裂缝原因造成局部应力集中病害，又恢复了原结构的变形协调能力。运用桥梁加固的喷射混凝土是由两部分组成的，一是将锚杆锚入拟补强部位的钢筋网，二是在此基础上喷射一定厚度的混凝土。这两部分形成与原结构共同承受外荷载作用的组合结构。喷射混凝土加固桥梁的实质就是增大受力断面和补强钢筋，加强结构的整体性。其中增设的补强钢筋主要是帮助原结构承受拉力，同时成为新增混凝土部分的骨架；喷射混凝土的作用是将补强钢筋与原结构联合组成整体受力结构，并与锚杆一起在结合面上传递拉应力和剪应力。
2. 喷射混凝土加固的施工工艺[3]
喷射混凝土前必须对混凝土基层进行处理，凿毛结构表面露出粗骨料，再根据具体设计要求用混凝土冲击钻钻孔，并冲洗干净；按设计要求用环氧砂浆将锚筋锚固在结构表面，待环氧砂浆凝固后，再在其上绑扎钢筋网，检查机械是否正常工作，用高压水冲洗打毛时剩余的碎渣，并充分湿润受喷表面。再按设计厚度喷射混凝土；对喷射混凝土表面自然平整，有利于结构的强度与耐久性；由于喷射面过于粗糙，对于要求表面光滑和外形美观的桥孔，应及时修整；喷射混凝土终凝2h后，应及时喷水养生，养生时间不小于7d。
3.喷射混凝土加固桥梁后的荷载试验研究
加固的桥梁为预制梁，预制梁梁体间湿接缝联系较弱，且梁底裂缝较多，从而使得桥梁结构刚度下降，承载力降低。预制拼装的桥梁横向刚度不好，为加强主梁间的横向联系，改善荷载横向分布，采用了梁底增设钢筋网，喷射混凝土加固该桥。该桥的上部结构为13m的空心板，桥面宽0.5m（防撞护栏）+10.75m+1.5m（中央分隔带）+10.75m+0.5m（防撞护栏）。设计荷载为汽车—超20级，挂车—120。设计抗震烈度为8度。
该桥采用喷射混凝土的加固方式加固进行了动静荷载的试验。
3.1 静载试验试验研究
通过静载试验研究，测定桥孔结构的静应变、静挠度、变位和裂缝情况，进而检验其使用的安全可靠性，主要试验内容为：①跨中截面的静应变；②跨中截面的静挠度；③检查桥梁的裂缝及变位情况。
（1）测试截面
由于该桥为简支梁，简支梁主要控制截面内力为跨中最大正弯矩处，故跨中截面的内力、挠度可以很好的反映全桥的受力情况和安全可靠性，为此确定对上述截面做静载实测试验。
（2）测点布置
为了详细反映喷射混凝土加固桥梁工程的效果，在桥梁的各个不同的结构部位均埋设了应变片。在桥面混凝土铺装层内纵横两向钢筋、桥面板的上下部受力纵筋、喷射混凝土加固层内的纵横两向钢筋上，一共埋入16片应变片。在跨中截面梁底传感器相应的布置共4个应变片。在跨中截面布置5个百分表作为桥梁结构的挠度测点。
图1 百分表位置示意图（单位：cm）
（3）试验荷载
为了保证试验的有效性，试验采用红岩—30吨（车重+货重）两辆，此桥梁的设计荷载均为汽—超20级，其荷载效应系数η计算如下。
对于桥孔跨中最大正弯矩为：
标准荷载效应：M标=1568KN·m
试验荷载效应：M试=1542KN·m
则M试/ M标=0.9834
由上可見，荷载效应系数η达到0.8≤η≥1.1，符合《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定，表明试验加载有效。
（4）试验过程
首先对试验桥实施测点打底找平，粘贴应变片，并做防潮处理，焊接导线及联机调试等项前期准备工作，检验各测点应变计和采集记录仪器工作的可靠性，经检验无误后，再进行荷载加载试验。
试验中为了尽可能地减少加载不稳定因素的影响，采取了如下措施：荷载到位后，关闭汽车发动机，维持5分钟以上，待数据完全稳定后记录；每次卸载至下一次加载的时间间隔均不少5分钟，以便结构回复弹性变形，消除残余应变。依照以上措施进行，保证了试验测试结果的可靠性。
3.2 动载试验试验研究
通过动载试验，测定桥孔结构的动力学参数、记录动挠度曲线，为评定该桥的动力特性提供依据。主要检验内容为：①桥梁结构自振频率；②桥梁结构阻尼比；③桥梁结构冲击系数
（1）测试断面
为了有效地测取试验孔的动力性能，由简支梁桥的振型图可知：一阶振型的最大振幅发生在主桥的L/2截面处，故选择该截面作为测试截面，在该截面处要装一个百分表和一个加速度传感器。
（2）试验荷载
试验荷载采用红岩—30吨（车重+货重）一辆。
（3）试验过程
在静载试验结束后作动载试验，为减少混凝土流变特性的影响，各次试验均留有一定的时间间隔，以确保测试结果的可靠性。
3.3 试验结果分析
（1）静载试验结果分析
图2 荷载试验时沿梁高度方向个结构层应变图3加固前后对应位置应变对比示意图
图4加固前后对应位置应变对比示意图 图5加固后对应应变对比示意图（偏载）
图6加固后对应应变对比示意图（中载）
（2）动载试验结果分析
根据桥梁结构在移动荷载作用下的动挠度曲线、时域曲线及幅频曲线分别可得桥梁结构自身的冲剂系数、阻尼比及固有频率。利用有限元程序对桥梁结构进行动力分析得到的理论一阶固有频率。通过现行桥梁规范按直线内插得到桥梁的理论冲击系数，试验结果如下表所示。
冲击系数（μ） 阻尼比（ξ） 试验一阶固有频率（f试） 理论一阶固有频率（f理） 理论冲击系数（μ理）
1.145 0.024 7.71 6.67 1.188
结论
通过试验可以得到如下结论：
（1）图2标明，在车辆荷载作用下，沿梁高度方向梁的受力基本保持平截面假定，混凝土铺装层以及喷射混凝土加固层较好地参与了桥梁结构的受力，其中喷射混凝土加固桥梁结构具有很好的加固效果。
（2）通过图3、4可见，加固后，各梁的受力趋于均匀，结构的整体性得到了增强；各梁的应变峰值大大降低，使得结构加固改造后，无论在偏载还是中载下结构更加安全。
（3）试验桥的冲击系数试验值均比理论值小，这说明试验桥梁结构桥面铺装比较平顺，能够承受试验荷载的冲击。
（4）通过图5.6可见，光纤光栅传感器与电阻应变片相比，同样可以比较准确地测量结构的应变。
参考文献：
[1] 程良奎.喷射混凝土.北京：中国建筑工业出版社，1990
[2] 蒙云.拱桥锚喷加固及其机理研究.重庆交通学院学报，1998
[3] 田西乡.喷射混凝土加固双曲拱桥.公路，1996
关键词：喷射混凝土；加固原理；试验
中图分类号：TU37文献标识码： A
前言
多年来，构筑物的加固改造一直是世界各国工程部门关注的重点，特别是发达国家在不同的时期均投入入了大量的人力财力对桥梁加固技术进行研究。中国交通部门自80年代开始着手研究，开展了桥梁加固技术的试验研究、加固方法的理论研究，加固材料大的运用及性能研究，并进行了大量的工程实践尝试。
与普通混凝土相比，喷射混凝土具有快速、早强，施工工艺简单，不需要模板和振捣，很多情况下可以不影响其他生产的特点[1]。因喷射混凝土的这些优点，被运用到建筑物的加固补强上，并取得了良好加固效果和经济效益。
1. 喷射混凝土加固桥梁的原理[2]
用喷射混凝土加固桥梁是由地下工程中的“新奥法”移植到桥梁加固上的，其加固桥梁的原理是通过新增混凝土和受力钢筋与原结构紧密结合，组成“混凝土—锚杆—原结构”的整体组合结构，通过锚喷加固层与原结构紧密结合在一起，既阻止了原结构的继续位移和开裂，又充分发挥原结构的作用，共同承受外荷载作用。它根治了原结构由于裂缝原因造成局部应力集中病害，又恢复了原结构的变形协调能力。运用桥梁加固的喷射混凝土是由两部分组成的，一是将锚杆锚入拟补强部位的钢筋网，二是在此基础上喷射一定厚度的混凝土。这两部分形成与原结构共同承受外荷载作用的组合结构。喷射混凝土加固桥梁的实质就是增大受力断面和补强钢筋，加强结构的整体性。其中增设的补强钢筋主要是帮助原结构承受拉力，同时成为新增混凝土部分的骨架；喷射混凝土的作用是将补强钢筋与原结构联合组成整体受力结构，并与锚杆一起在结合面上传递拉应力和剪应力。
2. 喷射混凝土加固的施工工艺[3]
喷射混凝土前必须对混凝土基层进行处理，凿毛结构表面露出粗骨料，再根据具体设计要求用混凝土冲击钻钻孔，并冲洗干净；按设计要求用环氧砂浆将锚筋锚固在结构表面，待环氧砂浆凝固后，再在其上绑扎钢筋网，检查机械是否正常工作，用高压水冲洗打毛时剩余的碎渣，并充分湿润受喷表面。再按设计厚度喷射混凝土；对喷射混凝土表面自然平整，有利于结构的强度与耐久性；由于喷射面过于粗糙，对于要求表面光滑和外形美观的桥孔，应及时修整；喷射混凝土终凝2h后，应及时喷水养生，养生时间不小于7d。
3.喷射混凝土加固桥梁后的荷载试验研究
加固的桥梁为预制梁，预制梁梁体间湿接缝联系较弱，且梁底裂缝较多，从而使得桥梁结构刚度下降，承载力降低。预制拼装的桥梁横向刚度不好，为加强主梁间的横向联系，改善荷载横向分布，采用了梁底增设钢筋网，喷射混凝土加固该桥。该桥的上部结构为13m的空心板，桥面宽0.5m（防撞护栏）+10.75m+1.5m（中央分隔带）+10.75m+0.5m（防撞护栏）。设计荷载为汽车—超20级，挂车—120。设计抗震烈度为8度。
该桥采用喷射混凝土的加固方式加固进行了动静荷载的试验。
3.1 静载试验试验研究
通过静载试验研究，测定桥孔结构的静应变、静挠度、变位和裂缝情况，进而检验其使用的安全可靠性，主要试验内容为：①跨中截面的静应变；②跨中截面的静挠度；③检查桥梁的裂缝及变位情况。
（1）测试截面
由于该桥为简支梁，简支梁主要控制截面内力为跨中最大正弯矩处，故跨中截面的内力、挠度可以很好的反映全桥的受力情况和安全可靠性，为此确定对上述截面做静载实测试验。
（2）测点布置
为了详细反映喷射混凝土加固桥梁工程的效果，在桥梁的各个不同的结构部位均埋设了应变片。在桥面混凝土铺装层内纵横两向钢筋、桥面板的上下部受力纵筋、喷射混凝土加固层内的纵横两向钢筋上，一共埋入16片应变片。在跨中截面梁底传感器相应的布置共4个应变片。在跨中截面布置5个百分表作为桥梁结构的挠度测点。
图1 百分表位置示意图（单位：cm）
（3）试验荷载
为了保证试验的有效性，试验采用红岩—30吨（车重+货重）两辆，此桥梁的设计荷载均为汽—超20级，其荷载效应系数η计算如下。
对于桥孔跨中最大正弯矩为：
标准荷载效应：M标=1568KN·m
试验荷载效应：M试=1542KN·m
则M试/ M标=0.9834
由上可見，荷载效应系数η达到0.8≤η≥1.1，符合《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定，表明试验加载有效。
（4）试验过程
首先对试验桥实施测点打底找平，粘贴应变片，并做防潮处理，焊接导线及联机调试等项前期准备工作，检验各测点应变计和采集记录仪器工作的可靠性，经检验无误后，再进行荷载加载试验。
试验中为了尽可能地减少加载不稳定因素的影响，采取了如下措施：荷载到位后，关闭汽车发动机，维持5分钟以上，待数据完全稳定后记录；每次卸载至下一次加载的时间间隔均不少5分钟，以便结构回复弹性变形，消除残余应变。依照以上措施进行，保证了试验测试结果的可靠性。
3.2 动载试验试验研究
通过动载试验，测定桥孔结构的动力学参数、记录动挠度曲线，为评定该桥的动力特性提供依据。主要检验内容为：①桥梁结构自振频率；②桥梁结构阻尼比；③桥梁结构冲击系数
（1）测试断面
为了有效地测取试验孔的动力性能，由简支梁桥的振型图可知：一阶振型的最大振幅发生在主桥的L/2截面处，故选择该截面作为测试截面，在该截面处要装一个百分表和一个加速度传感器。
（2）试验荷载
试验荷载采用红岩—30吨（车重+货重）一辆。
（3）试验过程
在静载试验结束后作动载试验，为减少混凝土流变特性的影响，各次试验均留有一定的时间间隔，以确保测试结果的可靠性。
3.3 试验结果分析
（1）静载试验结果分析
图2 荷载试验时沿梁高度方向个结构层应变图3加固前后对应位置应变对比示意图
图4加固前后对应位置应变对比示意图 图5加固后对应应变对比示意图（偏载）
图6加固后对应应变对比示意图（中载）
（2）动载试验结果分析
根据桥梁结构在移动荷载作用下的动挠度曲线、时域曲线及幅频曲线分别可得桥梁结构自身的冲剂系数、阻尼比及固有频率。利用有限元程序对桥梁结构进行动力分析得到的理论一阶固有频率。通过现行桥梁规范按直线内插得到桥梁的理论冲击系数，试验结果如下表所示。
冲击系数（μ） 阻尼比（ξ） 试验一阶固有频率（f试） 理论一阶固有频率（f理） 理论冲击系数（μ理）
1.145 0.024 7.71 6.67 1.188
结论
通过试验可以得到如下结论：
（1）图2标明，在车辆荷载作用下，沿梁高度方向梁的受力基本保持平截面假定，混凝土铺装层以及喷射混凝土加固层较好地参与了桥梁结构的受力，其中喷射混凝土加固桥梁结构具有很好的加固效果。
（2）通过图3、4可见，加固后，各梁的受力趋于均匀，结构的整体性得到了增强；各梁的应变峰值大大降低，使得结构加固改造后，无论在偏载还是中载下结构更加安全。
（3）试验桥的冲击系数试验值均比理论值小，这说明试验桥梁结构桥面铺装比较平顺，能够承受试验荷载的冲击。
（4）通过图5.6可见，光纤光栅传感器与电阻应变片相比，同样可以比较准确地测量结构的应变。
参考文献：
[1] 程良奎.喷射混凝土.北京：中国建筑工业出版社，1990
[2] 蒙云.拱桥锚喷加固及其机理研究.重庆交通学院学报，1998
[3] 田西乡.喷射混凝土加固双曲拱桥.公路，1996