一种空心板梁端部注浆填心加固结构及加固方法

技术领域

本申请涉及桥梁加固技术领域，特别涉及一种空心板梁端部注浆填心加固结构及加固方法。

背景技术

空心板梁桥具有构造简单、施工方便、用材经济、施工速度快、建筑高度小、易于实现标准化和工厂化生产等优点，被广泛应用于现代公路桥梁中。早期建设的高速公路中较多采用先张法预应力混凝土空心板结构。

混凝土空心板梁由于初期设计考虑不周、施工质量不高以及后期材料性能退化、养护不利、长期处于超载状态等原因，梁体会产生较多病害。其中，空心板梁因腹板薄、腹板的抗剪能力相对较弱，常出现空心板梁端部位腹板斜裂缝病害，导致桥梁的持荷能力明显下降，给行车安全带来严重隐患。如直接进行拆除重建，不仅是一种资源浪费，而且需要中断交通，成本高、工期长。因此，可采取加固措施。

针对空心板梁端抗剪能力不足的问题，目前工程上常用的加固方法主要为粘贴钢板加固法、粘贴纤维增强复合材料加固法、预应力加固法和增大截面加固法等。粘贴钢板加固法实际应用中常出现钢板锈蚀、钢板与粘接胶脱开等问题。粘贴纤维增强复合材料加固法存在易损坏、不利于病害检查、不易再次加固和突然垮塌等缺点。实际工程中，特别是对于装配式空心板梁桥的中板，粘贴钢板加固法和粘贴纤维增强复合材料加固法的施工难以操作。预应力加固法施工难度较大、经济性不佳。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种空心板梁端部注浆填心加固结构及加固方法。

为实现上述发明目的，本申请提供如下技术方案：

本申请第一目的在于提供一种空心板梁端部注浆填心加固结构，包括：

空心板梁本体，所述空心板梁本体内部具有空腔，所述空心板梁的两端分别设置封闭端板，所述空腔内设置两个封堵部，两个所述封堵部分别靠近两个所述封闭端板设置，每一所述封堵部与相应的封闭端板之间形成填心腔，所述填心腔内填充有水泥基材料。

可选的，所述封堵部包括设置于所述空腔内的两个封隔板，两个所述封隔板间隔设置，两个所述封隔板之间形成封隔腔，所述封隔腔内填充有发泡剂。

可选的，所述空心梁本体包括顶壁和底壁，所述顶壁和所述底壁之间形成所述空腔。所述底壁沿所述空心板梁本体的长度方向开设有条形槽，所述条形槽连通所述空腔。两个所述封隔板由所述条形槽装入所述空腔内。

可选的，所述隔离板上连接有操作杆。在所述隔离板伸入所述空腔内的状态下，所述操作杆延伸至所述条形槽。

可选的，空心板梁端部注浆填心加固结构还包括木方条，两个所述隔离板上的操作杆分别延伸至所述条形槽沿长度方向的两端，所述木方条嵌入于所述条形槽内，且两端分别抵顶于两个所述操作杆，以封堵所述条形槽。

可选的，所述顶壁上设置发泡注射口、填心入浆口和填心出浆口，所述发泡注射口连通所述封隔腔，所述填心入浆口和填心入浆口均连通所述填心腔。

本申请第二目的在于提供一种空心板梁端部注浆填心加固方法，包括如下步骤：

步骤S100、在空心梁本体内靠近两个封闭端板的位置分别安装一封堵部，每一封堵部分别与相应的封闭端板之间形成填心腔。

步骤S200、向所述填心腔内加注水泥基材料。

可选的，步骤S100包括如下步骤：

步骤S110、在空心梁本体的底壁上沿空心板梁本体的长度方向开设长条槽。

步骤S120、将两个封隔板由所述长条槽伸入所述空腔内，且旋转90°以封闭所述空腔的横截面，两个所述封隔板之间形成封隔腔。

步骤S130、向所述封隔腔内加注发泡剂。

可选的，步骤S120中还包括封闭所述长条槽的步骤：两个隔离板上的操作杆分别延伸至条形槽沿长度方向的两端，在长条槽内嵌入木方条，木方条两端分别抵顶于两个操作杆，用发泡胶密封木方条、操作杆和底壁之间的间隙。

可选的，步骤S200中包括：

步骤S210、在空心梁本体的顶壁上开设填心入浆口和填心出浆口。

步骤S220、通过填心入浆口向填心腔内持续加注水泥基材料，并在填心出浆口有连续水泥基材料流出后，停止加注，清理流出填心出浆口的水泥基材料。

通过采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

本申请的空心板梁端部注浆填心加固结构具有微损伤、快施工、密粘结、高效经济等优势，尤其适用于交通流量大，难以封闭交通来加固施工的城市桥梁。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本申请提供的空心板梁端部注浆填心加固结构的结构示意图；

图2是本申请提供的空心板梁端部注浆填心加固结构未加入加固填充剂时的主视图；

图3是本申请提供的空心板梁端部注浆填心加固结构加入加固填充剂时的主视图；

图4是R1梁填心段中心温度变化曲线。

图中：空心板梁本体1、封闭端板11、顶壁12、底壁13、条形槽131、封堵部2、封隔板21、操作杆211、填心腔3、水泥基材料31、封隔腔4、发泡剂41、发泡注射口5、填心入浆口6、填心出浆口7。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1至图3所示，本申请实施例提供一种空心板梁端部注浆填心加固结构，包括空心板梁本体、封闭端板11和水泥基材料31，所述空心板梁本体内部具有空腔，所述空心板梁的两端分别设置封闭端板11，所述空腔内设置两个封堵部2，两个所述封堵部2分别靠近两个所述封闭端板11设置，每一所述封堵部2与相应的封闭端板11之间形成填心腔3，所述填心腔3内填充有所述水泥基材料31。通过所述填心腔内水泥基材料及封隔腔内发泡剂的共同作用，使所述空心板梁本体1得到进一步加固的效果，且本申请的空心板梁端部注浆填心加固结构具有微损伤、快施工、密粘结、高效经济等优势，尤其适用于交通流量大，难以封闭交通来加固施工的城市桥梁。示例性的，本申请可以选用性能指标如下表1中的所述水泥基材料31，需要注意的是，其它满足要求的材料均可使用，本申请不限于以下的水泥基材料31。

表1：水泥基材料31的性能指标

从上图可见，水泥基材料31的施工性能高、力学性能强、体积稳定性好，这样的材料可以很好对桥梁起到二次加固的效果。

在一种可能的实施方案中，所述封堵部2包括设置于所述空腔内的两个封隔板21，两个所述封隔板21间隔设置，两个所述封隔板21之间形成封隔腔4，所述封隔腔4内填充有发泡剂41。通过所述封隔腔4内所述发泡剂41与所述封隔板21注浆内壁的结合力，可有效控制所述封隔腔4受所述水泥基材料31注入压力导致的位移变化，保证了所述封隔腔4尺寸，示例性的，本申请可以选用性能指标如下表2中的发泡剂41，其它满足要求的材料均可使用，本申请不限于以下的发泡剂41。

表2：发泡剂41的性能指标

从上表可见，发泡剂41的固化时间短，密度大，稳定性好。故可以满足该施工过程的要求。

在一种可能的实施方案中，所述空心板梁本体1包括顶壁12和底壁13，所述顶壁12和所述底壁13之间形成所述空腔。所述底壁13沿所述空心板梁注体1的长度方向开设有条形槽131，所述条形槽131连通所述空腔。两个所述封隔板21由所述条形槽131装入所述空腔内。其所述条形槽131沿所述空心板梁本体1的长度方向开设，这样所述条形槽131 的开口延伸方向与所述空心板梁本体1原有钢筋延伸方向一致，故可以避免破坏所述空心板梁本体原有钢筋，从而保护所述空心板梁本体1不会受到二次伤害。

在一种可能的实施方案中，所述封隔板上连接有操作杆211。在所述封隔板伸入所述空腔内的状态下，所述操作杆211延伸至所述条形槽131。所述操作杆211可以控制所述封隔板的位置，使操作更方便，即可以使所述封隔板在所述空腔内旋转90度，以达到隔离的效果。

在一种可能的实施方案中，空心板梁端部注浆填心加固结构还包括木方条，两个所述封隔板上的操作杆211分别延伸至所述条形槽131沿长度方向的两端，所述木方条嵌入于所述条形槽131内，且两端分别抵顶于两个所述操作杆211，以封堵所述条形槽131。所述木方条抵顶于所述操作杆211上，互相作用，使封堵更牢固。用所述木方条封堵还可以保证填充所述发泡剂41时不会外漏，达到封堵效果。待所述水泥基材料31填心硬化后，取出所述底壁13开口处所述发泡剂41，采用低塑性环氧砂浆封堵，并于所述底壁13开口处设置密封钢板，对环境无污染。

在一种可能的实施方案中，所述顶壁12上设置发泡注射口5、填心入浆口6和填心出浆口7，所述发泡注射口5连通所述封隔腔4，所述填心入浆口6和填心入浆口6均连通所述填心腔3，可以使所述发泡剂41和所述水泥基材料31分别顺利的进入到所述封隔腔4及所述填心腔3内。注射口小，施工简单且方便，节约人力、物力的投入，从而节约成本。

实施例二

本申请实施例二同时还提供空心板梁端部注浆填心加固方法，包括如下施工步骤：

步骤S100、在所述空心梁主体1内靠近两个封闭端板11的位置分别安装一封堵部2，每一封堵部2分别与相应的封闭端板11之间形成填心腔3。

步骤S200、向所述填心腔3内加注水泥基材料31。

通过此方法加固，施工难度降低，操作便捷，进度快，不耽误正常交通运行，且加固更稳固，安全性、耐用性提高。

在一种可能的实施方案中，空心板梁端部注浆填心加固结构步骤S100包括如下步骤：

步骤S110、在所述空心梁主体1的底壁13上沿所述空心梁主体1的长度方向开设长条槽，可以避免破坏所述空心板梁本体原有钢筋，从而保护所述空心板梁本体不会受到二次伤害。

步骤S120、将两个封隔板21由所述长条槽伸入所述空腔内，且旋转90°以封闭所述空腔的横截面，两个所述封隔板21之间形成封隔腔4。

步骤S130、向所述封隔腔4内加注所述发泡剂41。

通过所述发泡剂41与空心板注浆内壁的结合力，可有效控制所述封堵部2受所述水泥基材料31注入压力导致的位移变化，保证了所述封堵部2尺寸。

在一种可能的实施方案中，空心板梁端部注浆填心加固结构步骤S120中还包括封闭所述长条槽的步骤：两个所述封隔板21上的操作杆211分别延伸至条形槽131沿长度方向的两端，在长条槽内嵌入木方条，所述木方条两端分别抵顶于两个操作杆211，用发泡胶密封木方条、操作杆211和底壁13之间的间隙。所述木方条抵顶于所述操作杆上，互相作用，使封堵更牢固。用所述木方条封堵和发泡胶密封的作用在于保证填充所述发泡剂41时不会外漏，达到封堵效果。

在一种可能的实施方案中，空心板梁端部注浆填心加固结构步骤S200中包括：

步骤S210、在所述空心梁主体1的顶壁12上开设填心入浆口6和填心出浆口7。

步骤S220、通过填心入浆口6向填心腔3内持续加注水泥基材料31，并在填心出浆口 7有连续水泥基材料31流出后，停止加注，清理流出填心出浆口7的水泥基材料31。

可以更加准确的分辨出填心腔3内是否注满所述水泥基材料31，节省材料使用，降低成本。

下面结合具体实例对本发明的技术方案作进一步的说明：

实例一：

根据实桥中空心板的使用情况，设计了20m先张法预应力混凝土空心板中梁3片，足尺试验梁长度为19.96m，计算跨径19.26m，设计荷载为公路Ⅰ级。填心段长度分别为1.50m。命名为R1。

所述封堵部2施工工艺流程如下：所述条形槽131安放所述封隔板21→所述条形槽131 密封→所述顶壁12钻孔注液所述发泡剂41→所述发泡注射口5封堵，具体操作如下：

(1)所述条形槽131安放所述封隔板21，其开口位置沿底壁平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，并根据注浆形状修整轮廓，所述封隔板21背面中轴线与支撑条连接，所述封隔板21通过所述底壁13开口处，竖直伸入所述封隔腔4注浆，旋转90°使两个所述封隔板21的背面相对，之间距离为所述条形槽131长度。所述封隔板21边缘与梁内壁存在空隙，为防止所述发泡剂41外泄，发泡前对所述封隔板边缘与梁内壁空隙进行发泡胶封堵，通过内窥镜观察封堵效果。

(2)所述条形槽131密封：采用所述木方条密封，并用所述发泡胶41密封未封堵缝隙。

(3)所述顶壁12钻孔注液所述发泡剂41，所述发泡剂41实际注入量需考虑梁孔尺寸误差、隔板尺寸误差等影响，以所述发泡剂41溢出所述发泡注液口判定标准，通过适度增加理论注液量，确定所述发泡剂41实际注入量。

(4)所述条形槽131封堵：待所述水泥基材料31填心硬化后，取出所述条形槽131处所述发泡剂41，采用低塑性环氧砂浆封堵，并于所述条形槽131处设置密封钢板。

所述填心腔3施工工艺流程如下：所述填心入浆口6开口→所述填心出浆口7开口→注入所述水泥基材料31。

(1)所述填心入浆口6开口：开口以所述顶壁12平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，开口直径Ф13.5±1cm。

(2)所述填心出浆口7开口：开口以所述顶壁12平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，开口直径Ф6±1cm。

(3)注入所述水泥基材料31：所述水泥基材料31从所述填心入浆口6填入，所述填心出浆口7有连续浆体留出后，停止填浆，清理多余浆体，使浆料与路面水平。

实例二：

根据实桥中空心板的使用情况，设计了20m先张法预应力混凝土空心板中梁3片，足尺试验梁长度为19.96m，计算跨径19.26m，设计荷载为公路Ⅰ级。填心段长度分别为2.00m。命名为R2。

所述封堵部2施工工艺流程如下：所述条形槽131安放所述封隔板21→所述条形槽131 密封→所述顶壁12钻孔注液所述发泡剂41→所述发泡注射口5封堵，具体操作如下：

(1)所述条形槽131安放所述封隔板21，其开口位置沿底壁平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，并根据注浆形状修整轮廓，所述封隔板21背面中轴线与支撑条连接，所述封隔板21通过所述底壁13开口处，竖直伸入所述封隔腔4注浆，旋转90°使两个所述封隔板21的背面相对，之间距离为所述条形槽131长度。所述封隔板21边缘与梁内壁存在空隙，为防止所述发泡剂41外泄，发泡前对所述封隔板边缘与梁内壁空隙进行发泡胶封堵，通过内窥镜观察封堵效果。

(2)所述条形槽131密封：采用所述木方条密封，并用所述发泡胶41密封未封堵缝隙。

(3)所述顶壁12钻孔注液所述发泡剂41，所述发泡剂41实际注入量需考虑梁孔尺寸误差、隔板尺寸误差等影响，以所述发泡剂41溢出所述发泡注液口判定标准，通过适度增加理论注液量，确定所述发泡剂41实际注入量。

(4)所述条形槽131封堵：待所述水泥基材料31填心硬化后，取出所述条形槽131处所述发泡剂41，采用低塑性环氧砂浆封堵，并于所述条形槽131处设置密封钢板。

所述填心腔3施工工艺流程如下：所述填心入浆口6开口→所述填心出浆口7开口→注入所述水泥基材料31。

(1)所述填心入浆口6开口：开口以所述顶壁12平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，开口直径Ф13.5±1cm。

(2)所述填心出浆口7开口：开口以所述顶壁12平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，开口直径Ф6±1cm。

(3)注入所述水泥基材料31：所述水泥基材料31从所述填心入浆口6填入，所述填心出浆口7有连续浆体留出后，停止填浆，清理多余浆体，使浆料与路面水平。

实例三：

根据实桥中空心板的使用情况，设计了20m先张法预应力混凝土空心板中梁3片，足尺试验梁长度为19.96m，计算跨径19.26m，设计荷载为公路Ⅰ级。填心段长度分别为2.50m。命名为R3。

所述封堵部2施工工艺流程如下：所述条形槽131安放所述封隔板21→所述条形槽131 密封→所述顶壁12钻孔注液所述发泡剂41→所述发泡注射口5封堵，具体操作如下：

(1)所述条形槽131安放所述封隔板21，其开口位置沿底壁平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，并根据注浆形状修整轮廓，所述封隔板21背面中轴线与支撑条连接，所述封隔板21通过所述底壁13开口处，竖直伸入所述封隔腔4注浆，旋转90°使两个所述封隔板21的背面相对，之间距离为所述条形槽131长度。所述封隔板21边缘与梁内壁存在空隙，为防止所述发泡剂41外泄，发泡前对所述封隔板边缘与梁内壁空隙进行发泡胶封堵，通过内窥镜观察封堵效果。

(2)所述条形槽131密封：采用所述木方条密封，并用所述发泡胶41密封未封堵缝隙。

(3)所述顶壁12钻孔注液所述发泡剂41，所述发泡剂41实际注入量需考虑梁孔尺寸误差、隔板尺寸误差等影响，以所述发泡剂41溢出所述发泡注液口判定标准，通过适度增加理论注液量，确定所述发泡剂41实际注入量。

(4)所述条形槽131封堵：待所述水泥基材料31填心硬化后，取出所述条形槽131处所述发泡剂41，采用低塑性环氧砂浆封堵，并于所述条形槽131处设置密封钢板。

所述填心腔3施工工艺流程如下：所述填心入浆口6开口→所述填心出浆口7开口→注入所述水泥基材料31。

(1)所述填心入浆口6开口：开口以所述顶壁12平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，开口直径Ф13.5±1cm。

(2)所述填心出浆口7开口：开口以所述顶壁12平行于长度方向且位于宽度方向中部位置，开口直径Ф6±1cm。

(3)注入所述水泥基材料31：所述水泥基材料31从所述填心入浆口6填入，所述填心出浆口7有连续浆体留出后，停止填浆，清理多余浆体，使浆料与路面水平。

在每段填心段的中心部位预埋温度传感器，测定所述水泥基材料硬化过程中心温度演变过程，同时测定环境温度变化过程。

对R1梁、R2梁和R3梁注浆段温度变化进行跟踪测试，实验得出，所述水泥基材料31硬化过程中内部温度呈现：稳定—升高—降低—升高—降低的变化趋势，实现了所述水泥基材料31内部温度三台阶式发展。注浆0～1h，所述水泥基材料31内部温度处于稳定期，此阶段所述水泥基材料31处于塑性阶段，未进入硬化期；注浆1～5h，内部温度迅速升高，并在注浆5h达到第一个温度峰值，R1梁、R2梁和R3梁的温度分别为35.0℃、35.6℃和35.3℃，环境温度7.9℃，相比环境温度高出27℃左右；注浆5～14h，内部温度逐渐降低，相比第一个温度峰，R1梁、R2梁和R3梁的温度分别降低6.0℃、6.6℃和6.5℃；注浆14～26h，内部温度逐渐升高，并在26h达到第二个温度峰值，R1梁、R2梁和R3梁的温度分别为35.4℃、 35.7℃和37.4℃，相比环境温度高出26.5℃；注浆26h后，内部温度逐渐降低，并最终会与环境温度达到一致。

通过对所述水泥基材料31的水化调控设计，实现了注浆材料内部温度稳定—升高—降低—升高—降低的三台阶式发展，避免所述水泥基材料31硬化过程中温度集中升高，可实现减少交通封闭时间，同时防止注浆壁产生温度裂缝。

加载装置和加载方案：试验通过反力架配合油压千斤顶的方式加载，千斤顶出力值通过压力传感器标定，取剪跨比＝2，集中荷载加载点对称布置于距梁端1.7m位置处，并通过分配梁将集中荷载均分两点作用于空心板腹板上方，在分配梁下端各垫有一块橡胶板以防止混凝土局部压碎，梁端支座采用板式橡胶支座。通过加固前后梁体剪跨区内腹板主拉应变的对比，获取梁端注浆后对梁体抗剪性能的影响。集中荷载分级加载至220kN过程中，每级荷载下加固后梁体与未加固梁体的腹板主拉应变对比如图7所示。

实验得出，注浆加固后梁体的剪跨区内腹板主拉应变明显小于未加固梁体，220kN荷载作用下，与未加固梁体比较，R1梁主拉应变减小32％，R2梁减小40％，R3梁减小48％。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。