粘鋼與粘碳纖維在潘家口水庫(kù)灑河大橋加固改造中的應(yīng)用

董麗娜，朱桂勇

（海河水利委員會(huì)引灤工程管理局，河北遷西 064309）

1 工程概況

灑河橋位于潘家口水庫(kù)防汛上壩公路灑河干流上，是潘家口水庫(kù)唯一對(duì)外交通和防汛專用公路橋。該橋由潘家口水利樞紐工程施工專用特大型鐵路橋改建而成，原鐵路橋?yàn)閱涡袦?zhǔn)軌中-22級(jí)，橋面為鋼筋混凝土雙梁式簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，梁中距1.8 m，橋面寬度3.9 m，各單跨跨徑20 m，共25跨加兩岸橋臺(tái)，全長(zhǎng)530.4 m，下部為實(shí)體重力式墩、臺(tái)，每個(gè)墩、臺(tái)下設(shè)4根1.5 m柱樁式鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)全部穿過(guò)覆蓋層至基巖層。潘家口水利樞紐主體工程完工后，該橋改建成潘家口水利樞紐工程對(duì)外交通公路橋。公路橋的改建未改變?cè)瓨蛳虏拷Y(jié)構(gòu)及上部主梁，僅將原鐵路橋上部的鐵軌、枕木、道渣及人行道部件拆除，在主梁上安裝預(yù)制的異型橋面板，并用錨栓與主梁連接。自1992年運(yùn)行以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車流量及載重量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成灑河橋橋面、伸縮縫、欄桿等出現(xiàn)不同程度的損壞。經(jīng)水利部批準(zhǔn)，2008年灑河橋加固改造工程予以實(shí)施。再次改造的標(biāo)準(zhǔn)需在原橋基礎(chǔ)上予以提高，經(jīng)對(duì)大梁承載力驗(yàn)算，已不滿足要求，需對(duì)大梁進(jìn)行粘鋼、粘碳纖維加固。

2 加固原理

粘鋼加固是將強(qiáng)度高的鋼板粘貼于被加固鋼筋混凝土構(gòu)件的受力部位前沿的一種加固方法，它不僅能保證鋼板與原構(gòu)件作為一個(gè)新的整體、共同受力，而且能最充分地發(fā)揮鋼板的強(qiáng)度、約束混凝土的變形，從而有效地提高加固構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度與抗裂性。同時(shí)，粘鋼加固可以任意地依照設(shè)計(jì)需要與可能而粘貼鋼板，有效地發(fā)揮粘鋼構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗壓性能，且受力均勻，不會(huì)在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。另外，加固體所占空間小，基本上不影響外觀。粘鋼加固技術(shù)還具有加固施工周期短、材料消耗小、工藝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

粘碳纖維加固方式是在大梁底部粘貼具有較強(qiáng)抗拉性能的碳纖維布，主要作用是提高大梁受拉區(qū)的抗拉性能，限制裂縫開(kāi)展、封閉細(xì)微裂縫，并滿足表面防護(hù)等構(gòu)造要求。

3 施工方法

3.1 粘鋼加固施工

粘鋼加固主要施工工藝為：劃線定位→大梁表面處理→錨栓→鋼板貼合面處理→配膠→粘貼、固定與加壓→固化→檢測(cè)→鋼板防腐處理。

（1）劃線定位：根據(jù)加固施工圖，準(zhǔn)確地在梁的表面劃出粘貼部位輪廓線及定出植錨栓的位置。

（2）大梁表面處理：采用水磨石機(jī)和角磨機(jī)對(duì)大梁貼合面進(jìn)行打磨處理，要求大梁表面露出新鮮混凝土，粘貼面不得有松散混凝土、油污及其他附著物，并要求盡量平整，不得存在棱角、溝槽等硬性突變。對(duì)于局部低坑處須采用修補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)。根據(jù)劃線位置打錨筋孔，采用植筋膠植M12錨栓。然后將表面沖洗干凈，待干燥之后，用吹風(fēng)機(jī)吹去表面灰塵，粘貼前用干凈棉紗蘸丙酮或酒精擦拭一遍。如表面濕度較大，除上述要求外，尚須進(jìn)行人工干燥處理。

（3）鋼板貼合面處理：粘鋼鋼板采用16 Mn鋼板，大梁頂面鋼板厚度為8 mm，側(cè)面鋼板厚度為6 mm，鋼板制作安裝嚴(yán)格按照《鋼結(jié)構(gòu)施工及驗(yàn)收規(guī)范》執(zhí)行。鋼板粘貼之前須采用電動(dòng)角磨機(jī)打磨，露出金屬光澤，打磨紋路與受力方向垂直，粗糙度越大越好。粘貼前用棉紗沾丙酮或酒精擦拭干凈。鋼板宜打磨后立即粘貼，如提前打磨出現(xiàn)銹跡，可根據(jù)實(shí)際情況采取用棉紗蘸丙酮或酒精擦拭干凈或重新打磨等措施。

（4）調(diào)配結(jié)構(gòu)膠：粘結(jié)膠采用武漢武大巨成加固實(shí)業(yè)有限公司的WSJ-I粘鋼膠。該膠分A、B兩種組分，按1：1的比例先后置于容器中，用電動(dòng)攪拌器或手動(dòng)攪拌，直至膠的色澤一致，無(wú)明顯色差。攪拌用容器內(nèi)不得有油污，應(yīng)避免任何雜質(zhì)進(jìn)入容器。

（5）鋼板粘貼、固定與加壓：在粘貼鋼板的貼合面涂抹結(jié)構(gòu)膠，要求薄而勻，厚度3 mm左右。然后立即將鋼板就位，用預(yù)埋植筋螺栓固定，并適當(dāng)加壓，以使膠體從鋼板邊緣擠出為宜。固定加壓后，用小錘敲擊粘貼兩面邊緣鋼板，如無(wú)空洞聲，表示已粘貼密實(shí)，否則應(yīng)補(bǔ)膠或重新粘貼。

（6）檢測(cè)：一般采用非破損檢測(cè)，即外觀檢測(cè)鋼板邊緣溢膠色澤、硬化程度以及小錘敲擊檢驗(yàn)鋼板的有效粘結(jié)面積。錨固區(qū)粘結(jié)面積不小于90%，非錨固區(qū)的粘貼面積不小于70%。

（7）鋼構(gòu)件表面防腐：對(duì)鋼構(gòu)件表面進(jìn)行清理（酒精或丙酮清洗），表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油脂、污垢及鐵銹等附著物，并用壓縮空氣吹盡，然后涂刷防腐涂料。

3.2 粘碳纖維布施工

粘碳纖維布主要施工工藝為：基面處理→涂底膠→表面找平→涂浸漬膠粘碳纖布→涂面膠→表面防護(hù)。

（1）結(jié)構(gòu)表面處理：將混凝土表層出現(xiàn)剝落、腐化等部位鑿除，并采用無(wú)機(jī)修補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)被粘混凝土面用角磨機(jī)打磨，以除去表面的浮漿、油污，直至完全露出新面。打磨應(yīng)平整，尤其是表面的凸起部位要磨平。轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀。采用無(wú)油壓縮空氣吹除粉塵，使得表面干凈并保持干燥。

（2）涂刷底層膠：底膠采用WSX底膠，涂刷前A、B組分按1：1的比例先后置于容器中，用電動(dòng)攪拌器或手動(dòng)攪拌，直至膠的色澤一致，無(wú)明顯色差。攪拌用容器內(nèi)不得有油污，避免任何雜質(zhì)進(jìn)入容器。采用滾筒刷或毛刷均勻涂抹于混凝土表面，膠層厚度不超過(guò)0.4 mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡。待膠體表面指觸干燥后，再進(jìn)行下一步施工。

（3）表面找平：混凝土表面若凸凹不平，出現(xiàn)高差的部位應(yīng)用結(jié)構(gòu)膠（修補(bǔ)型）填補(bǔ)平整。

（4）碳纖維布粘貼：本工程采用碳纖維布規(guī)格為300 g/m2，粘貼過(guò)程中盡量避免搭接，搭接部位沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不得少于100 mm。浸漬膠采用WSX浸漬膠，調(diào)制方法同底層膠，均勻涂抹于所要粘貼的部位，膠層厚度2 mm。在搭接、拐角等部位要多涂抹一遍。粘貼碳纖維布，用滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡和多余膠液，并使粘貼用粘結(jié)劑充分浸透碳纖維布。

（5）涂面膠：在碳纖維布的表面涂抹面膠進(jìn)行防護(hù)，要求涂刷均勻，不得有漏涂或涂刷不飽滿之處。

（6）檢測(cè)：一般采用非破損檢測(cè)。小錘敲擊檢驗(yàn)碳纖維布的有效粘結(jié)面積。錨固區(qū)粘結(jié)面積不小于90%，非錨固區(qū)的粘貼面積不小于70%。

（7）表面處理：表面粘細(xì)砂一道，使表面粗糙化，干燥后在表面刷CPC防碳化涂料2道。

4 實(shí)施效果

4.1 施工質(zhì)量檢測(cè)

粘鋼、粘碳纖維布施工質(zhì)量按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367—2006）和《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146-2003）要求按構(gòu)件數(shù)量的10%，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)正拉試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果全部滿足規(guī)范要求。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)正拉試驗(yàn)結(jié)果

4.2 實(shí)施效果

粘鋼、粘碳纖維加固后，鋼板和碳纖維能夠與原混凝土之間共同工作，使加固體系與原構(gòu)件形成一個(gè)良好的整體，提高了結(jié)構(gòu)整體承載力，提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂性，抑制了裂縫開(kāi)展，達(dá)到了預(yù)期效果。