預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)在舊橋加固中的應(yīng)用

侯鵬

（山西路橋第一工程有限公司，山西 太原030001)

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，橋梁項(xiàng)目建設(shè)的整體規(guī)模與數(shù)量快速增大。橋梁經(jīng)長時(shí)間運(yùn)營后，因受自身施工質(zhì)量、自然條件及行車荷載等因素的影響，難免會(huì)出現(xiàn)裂縫、沉陷及鋼筋銹蝕等諸多質(zhì)量問題，不但會(huì)影響橋梁外觀的美觀度，也會(huì)降低橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，影響橋梁的穩(wěn)定性[1]，威脅過往車輛的安全通行。為有效解決橋梁病害，提升橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能，需結(jié)合橋梁項(xiàng)目實(shí)際情況選取適宜的技術(shù)進(jìn)行加固。預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)在舊橋加固中應(yīng)用效果顯著。本文將圍繞橋梁項(xiàng)目實(shí)際情況，重點(diǎn)研究預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)及其應(yīng)用。

1 預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)

預(yù)應(yīng)力碳纖維板是舊橋加固中常用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，能夠滿足橋梁結(jié)構(gòu)加固要求，且加固效果良好，可有效改善橋梁結(jié)構(gòu)性能。

1.1 技術(shù)內(nèi)涵

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，碳纖維板的各項(xiàng)性能得到了顯著提升，這也促進(jìn)了碳纖維板在橋梁加固項(xiàng)目中的推廣應(yīng)用。碳纖維板選用的碳纖維具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，在制作階段需要將其浸泡于環(huán)氧樹脂中，以進(jìn)一步提升碳纖維板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在舊橋加固過程中選擇環(huán)氧樹脂作為黏結(jié)劑，主要按橋梁結(jié)構(gòu)受力方向或與裂縫相垂直的方向進(jìn)行涂刷，然后從橋梁受損構(gòu)件位置粘貼碳纖維板。通過黏結(jié)劑可以使碳纖維板和舊橋結(jié)構(gòu)融為新的復(fù)合體，從而增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的承載力與穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)舊橋結(jié)構(gòu)的有效加固。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

碳纖維板自身重量較輕，通常為200～300g/m2，厚度范圍為0.11～0.16mm。在舊橋加固中使用碳纖維板，對橋梁重量產(chǎn)生的負(fù)面影響較輕微，對橋梁外形美觀度影響小[2]。與此同時(shí)，碳纖維板的耐久性與抗腐蝕性好，抗斷裂性能較強(qiáng)，技術(shù)流程比較簡單，操作便捷。

2 工程概況

某橋梁工程項(xiàng)目長度為480m，跨徑設(shè)計(jì)為2×35m+3×55m+2×55m+4×35m，其中橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁與箱梁。項(xiàng)目建成通車時(shí)間為2013年10月，在多年運(yùn)營后，經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測發(fā)現(xiàn)橋梁存在較多的質(zhì)量病害，直接影響到橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及承載力，為了有效保證橋梁通車安全性，須采取合理、有效的技術(shù)對舊橋進(jìn)行加固。

2.1 病害調(diào)研

通過對橋梁項(xiàng)目進(jìn)行外觀質(zhì)量檢測，嚴(yán)格按照規(guī)定要求實(shí)施靜載試驗(yàn)，得知梁體質(zhì)量病害如下：①T梁馬蹄位置出現(xiàn)不同程度的裂縫，長度范圍為0.05～0.1mm，同時(shí)裂縫呈現(xiàn)持續(xù)發(fā)展態(tài)勢；②梁體跨中位置出現(xiàn)永久性撓度變形，但處于規(guī)定允許范圍以內(nèi)；③在實(shí)施荷載試驗(yàn)階段，梁體應(yīng)變整體變化幅度比較大，安全冗余不足。

綜合分析研究橋梁質(zhì)量病害，發(fā)現(xiàn)梁體跨中裂縫形成的主要原因是施工質(zhì)量較低，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)大幅度損失。為了有效改善橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，提高橋梁安全性，須補(bǔ)充預(yù)應(yīng)力，經(jīng)研究后確定選擇預(yù)應(yīng)力碳纖維板實(shí)施橋梁加固。

2.2 加固方案

該橋梁項(xiàng)目的加固施工，首先需要將脫落的混凝土清理干凈，緊接著從T梁馬蹄位置粘貼與張拉碳纖維板，同時(shí)嚴(yán)格按照技術(shù)流程及要求進(jìn)行后續(xù)作業(yè)，以有效改善橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與承載力[3]。橋梁加固中選用的預(yù)應(yīng)力碳纖維板類型是UT70-20，而黏結(jié)膠水為WD-3503。通過試驗(yàn)分析得知預(yù)應(yīng)力碳纖維板相關(guān)技術(shù)性能如表1所示。

表1 預(yù)應(yīng)力碳纖維板的相關(guān)技術(shù)性能要求

3 施工技術(shù)

3.1 前期準(zhǔn)備

（1）碳纖維板。安排專人對碳纖維板的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，保證碳纖維板表面平整、厚度一致，同時(shí)無任何毛刺現(xiàn)象。

（2）結(jié)合橋梁項(xiàng)目實(shí)際情況對碳纖維板的厚度及寬度進(jìn)行合理調(diào)整。

（3）該項(xiàng)目中碳纖維板選擇工廠預(yù)制方式，在單次跨梁放樣之前，需要對跨梁間隔距離進(jìn)行精準(zhǔn)測量，測量誤差范圍為-0.15～0.27m[4]。

3.2 基底處理

為了提升碳纖維板和舊橋結(jié)構(gòu)間的黏結(jié)效果，最大程度地發(fā)揮預(yù)應(yīng)力碳纖維板的加固作用，須提前做好基底處理工作。首先清理脫落混凝土，然后將舊橋碳化部分和破壞部分清除干凈，采取有效措施修復(fù)和處理鋼筋銹蝕等問題。若橋梁裂縫寬度小于2mm，可涂刷環(huán)氧樹脂；若裂縫寬度超過2mm，則可以環(huán)氧樹脂為材料進(jìn)行灌縫處理。除此之外，針對橋梁破損部位等，須做好修復(fù)與打磨處理，待各項(xiàng)作業(yè)完成后要立即進(jìn)行清洗，使舊橋表面整潔，為預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。

3.3 定位放線

該項(xiàng)目定位放線工作如下：①以鋼筋探傷儀器確定橋梁主筋與構(gòu)造筋的位置；②確定錨桿安裝作業(yè)位置；③開孔后預(yù)留的施工作業(yè)距離不小于30cm，將孔心作為起點(diǎn)，結(jié)合固定端孔與張拉端孔之間的中心距離，得出實(shí)際鉆孔位置。

3.4 鉆孔

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定基本要求，確定底座安裝部位，從T梁底部有效固定底座，同時(shí)選擇鋼筋探傷儀器檢測鉆孔部位受力筋的具體分布情況，若受力分布不均勻，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對鉆孔部位進(jìn)行調(diào)整，防止受力鋼筋出現(xiàn)破損。

（2）綜合分析錨栓直徑與孔深等因素，合理確定鉆機(jī)、鉆頭類型，同時(shí)確定具體的鉆孔位置，然后根據(jù)設(shè)計(jì)孔徑與孔深要求，以與結(jié)構(gòu)面相垂直的狀態(tài)一次性成孔，鉆孔和基礎(chǔ)面之間的垂直度偏差控制在±2°以內(nèi)，鉆孔的間隔距離偏差不超過±10mm[5]。

（3）利用“空壓機(jī)+硬毛刷”清理孔洞，將空壓機(jī)的噴嘴伸入孔底，噴出壓縮空氣，從而實(shí)現(xiàn)孔底雜物的清理。利用硬毛刷把孔壁清理干凈后，用工業(yè)酒精擦拭孔底和孔壁。

3.5 底層涂料

根據(jù)橋梁工程項(xiàng)目實(shí)際情況，按照技術(shù)規(guī)范基本要求合理選用施工材料，尤其要高度重視各類材料配制比例控制，以保證底層涂料性能質(zhì)量符合施工要求。此外，底層涂料配制結(jié)束后要盡早進(jìn)行涂刷作業(yè)，防止涂料長時(shí)間儲(chǔ)存而出現(xiàn)固化問題。現(xiàn)階段，主要使用滾涂方式進(jìn)行底層涂料涂刷。涂刷結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)按照規(guī)定要求實(shí)施打磨，以確保表面平整、光滑，為后續(xù)碳纖維板的粘貼施工創(chuàng)造有利條件。

3.6 粘貼碳纖維板

（1）結(jié)合橋梁項(xiàng)目加固施工面積和現(xiàn)場作業(yè)實(shí)際情況，合理剪切碳纖維板，保證碳纖維板尺寸符合加固施工要求，以達(dá)到橋梁加固效果。

（2）通常碳纖維板的加固長度小于2.0m，故應(yīng)綜合分析橋梁加固需要，合理剪切碳纖維板，防止造成材料浪費(fèi)。

（3）在碳纖維板粘貼階段，首先必須確保橋面底層涂料處于干燥狀態(tài)，然后根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范基本要求均勻、充分地混合環(huán)氧樹脂主劑和固化劑。同時(shí)，從底漆位置涂抹環(huán)氧樹脂，最后按照指定方向粘貼與推平碳纖維板，使環(huán)氧樹脂能夠浸透并除去氣泡，以有效增強(qiáng)黏膠作用，其中推平長度應(yīng)小于10cm[6]。

（4）高度重視碳纖維板間的接縫施工質(zhì)量控制。待碳纖維板粘貼結(jié)束后，須進(jìn)行大約30min的觀察，同時(shí)立即將碳纖維板壓平，有效避免碳纖維板黏結(jié)階段可能出現(xiàn)的浮脫問題。

（5）在進(jìn)行碳纖維板粘貼施工時(shí)，須高度重視煙火控制，保證碳纖維板粘貼作業(yè)現(xiàn)場空氣處于良好的流通狀態(tài)，同時(shí)施工人員應(yīng)佩戴安全防護(hù)裝備，如佩戴橡膠手套、面罩及護(hù)目鏡，以免出現(xiàn)不必要的意外事故，保證碳纖維板粘貼施工安全、有序地進(jìn)行。

3.7 張拉碳纖維板

（1）該橋梁項(xiàng)目中預(yù)應(yīng)力碳纖維板張拉作業(yè)階段，需將張拉應(yīng)力控制為1 400MPa，同時(shí)保證預(yù)應(yīng)力碳纖維板均勻受力。

（2）在預(yù)應(yīng)力作用狀態(tài)下，首先要把10%的預(yù)應(yīng)力作用在碳纖維板上，然后分別將20%,60%的預(yù)應(yīng)力作用在碳纖維板上，待預(yù)應(yīng)力為100%時(shí)，安排專人檢查張拉值。此外，各級預(yù)應(yīng)力加載時(shí)間應(yīng)控制為5min。

（3）在實(shí)施碳纖維板的張拉階段，若碳纖維板發(fā)生異常變形問題，則必須立即停止張拉，查明原因并加以解決。

3.8 養(yǎng)護(hù)

當(dāng)預(yù)應(yīng)力碳纖維板張拉施工完成后，須高度重視養(yǎng)護(hù)處理，以免出現(xiàn)質(zhì)量問題，其中養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)大于14d[7]?，F(xiàn)階段，預(yù)應(yīng)力碳纖維板養(yǎng)護(hù)主要采取遮擋和封閉管控措施，最大程度地降低風(fēng)、雨、人等相關(guān)因素的干擾，以使預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固效果得以有效發(fā)揮。

3.9 質(zhì)量控制

（1）在舊橋加固中，預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)應(yīng)用之前，需要提前對舊橋破損較為嚴(yán)重的部位進(jìn)行修補(bǔ)處理，同時(shí)清理脫落或松動(dòng)的部分，將結(jié)構(gòu)層外露，然后方可粘貼碳纖維板。

（2）對于橋梁破碎位置，應(yīng)提前以樹脂砂漿進(jìn)行填充作業(yè)，使其強(qiáng)度與質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)定要求。

（3）底層涂料施工要均勻，且無任何漏點(diǎn)。

（4）對于舊橋中的柱、梁等結(jié)構(gòu)加固，需要使碳纖維板和結(jié)構(gòu)處于垂直狀態(tài)，同時(shí)結(jié)構(gòu)件錨固后無松動(dòng)。

（5）結(jié)合橋梁項(xiàng)目實(shí)際情況合理選取施工材料，保證材料性能質(zhì)量達(dá)標(biāo)，嚴(yán)格控制各項(xiàng)作業(yè)環(huán)節(jié)與工序，以確保舊橋加固效果。

（6）根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維板張拉作業(yè)，其中張拉誤差不能超過6%。張拉后要及時(shí)做好預(yù)應(yīng)力損失試驗(yàn)，確保預(yù)應(yīng)力符合相關(guān)規(guī)范要求。

4 加固效果

該橋梁項(xiàng)目通過預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固處理后，按照規(guī)定要求開展了靜載試驗(yàn)。結(jié)果表明，加固后橋梁結(jié)構(gòu)受力呈現(xiàn)較好狀態(tài)，極限荷載為430kN，相較于加固之前有效提升了橋梁承載力與穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

碳纖維板具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕好等優(yōu)勢，在舊橋加固中使用預(yù)應(yīng)力碳纖維板，能夠顯著改善橋梁結(jié)構(gòu)性能，提升橋梁承載力與穩(wěn)定性。在具體使用過程中，需要結(jié)合橋梁項(xiàng)目實(shí)際情況合理下料，嚴(yán)格按照技術(shù)流程及規(guī)范要求進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，在最大程度上發(fā)揮預(yù)應(yīng)力碳纖維板的加固效果。