碳纖維加固技術(shù)在汾河管線橋加固工程中的應(yīng)用

王立文

（太原市熱力公司基建處，山西 太原 030001）

一、工程概況

雙塔西街跨汾河管線橋修建于20世紀(jì)90年代，橋長561.7米，橋面總寬10.7m，橫向布置為3.5m(左側(cè)護(hù)欄及管道設(shè)施)+5.0m（人行道）+2.2m（右側(cè)護(hù)欄及管道設(shè)施）,是由西向東輸送煤氣、熱力的“溫暖橋”。該橋梁上部結(jié)構(gòu)為鋼架拱，由鋼筋混凝土實腹段、弦桿、斜腿、橋面板、橫隔梁、橫系梁等組成；橋梁下部結(jié)構(gòu)由支座、橋臺、拱腳、蓋梁、立柱、承臺、灌注樁基等組成；支座采用板式橡膠支座。由于運行距今已近20年，橋體、橋面等均出現(xiàn)一定破損。為此，相關(guān)主管部門決定對該橋進(jìn)行維修加固。

經(jīng)過現(xiàn)場檢測，該橋梁現(xiàn)存的主要病害情況大致分為橋面板縱向裂縫，以及橋上部和下部結(jié)構(gòu)存在銹脹露筋或破損漏筋、全橋附屬設(shè)施挑梁存在混凝土剝落露筋等問題。

經(jīng)綜合交通、環(huán)境、工程造價等因素考慮，確定放棄重建方案，采用碳纖維加固方案。

二、總體方案

（一）搭建加固平臺

汾河管線橋維修加固主要分為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系和附屬設(shè)施維修加固，難點是下部結(jié)構(gòu)蓋梁、橋面板的維修加固，特別橋下有水地段。下部結(jié)構(gòu)蓋梁、橋面板的維修搭設(shè)腳手架。搭設(shè)根據(jù)現(xiàn)場情況，腳手架搭設(shè)分兩種情況：

1.地面已硬化地段

管線橋橋下已進(jìn)行汾河治理地段，地面已硬化，維修加固時可在地面上直接搭設(shè)腳手架，腳手架橫向間距1.5m，縱向間距1.5m，在腳手架上鋪設(shè)木板。

2.地面未硬化地段以及汾河有水地段

汾河有水地段，因現(xiàn)汾河已進(jìn)行治理，必須保護(hù)周圍環(huán)境和水源，現(xiàn)場不適合進(jìn)行導(dǎo)流，根據(jù)管線橋位于河道內(nèi)的施工特點，采用吊架施工工藝，河道內(nèi)橋下全部設(shè)吊架。吊架分吊掛系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、平臺、門式支架四部分，門式支架上承受施工人員、注漿機等施工機械，吊架施工具體布置如下圖所示。

吊掛系統(tǒng)：吊掛利用拱肋上的吊鉤，通過焊接φ16圓鋼吊鉤，每跨需長1.6m的6根，長2.4m的18根，鋼筋吊鉤上面用3.25t卸扣與拱肋預(yù)埋吊鉤連接，下面穿過橫梁鋼管，鋼管間采用扣件連接。吊鉤處設(shè)扣件與橫梁鋼相管連接。鋼管為外徑48mm，壁厚3.5mm。

吊架橫斷面圖

吊架立面示意圖

支承系統(tǒng)：在河道內(nèi)直接設(shè)鋼管支承，沿橋方向每隔1.2m設(shè)一根鋼管，沿河道每隔5m設(shè)鋼管，鋼管處設(shè)斜撐。

平臺：縱向每隔1m橫向每1.2m的鋼管上滿鋪設(shè)25cm×5cm木板，四周設(shè)1.5m高安全網(wǎng)。

搭設(shè)好腳手架后，即可按照碳纖維加固的一般流程進(jìn)行維修加固。

（二）加固區(qū)域混凝土表面清理

對混凝土破損部位，采用人工鑿除法、氣動工具鑿除法或高速射水法將該處松散、破損、污損的混凝土清除干凈，直至露出堅硬密實的基面，同時應(yīng)注意保證該部位無油污、油脂、蠟狀物、灰塵以及附著物等物質(zhì)。所有廢棄物全部外棄，運距10km，其中吊架上廢棄物需及時人工運到岸邊集中收集。

（三）具體部位維修處治措施

1.混凝土裂縫

施工前對裂縫進(jìn)行全面的檢查，現(xiàn)場核實裂縫長度、寬度、數(shù)量等，并對裂縫進(jìn)行編號，做好記錄，繪制裂縫分布圖；所有工序均搭設(shè)腳手架進(jìn)行作業(yè)。

裂縫寬度＜0.15mm采用表面封閉法修補，涂刷專用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封閉；裂縫寬度≥0.15mm時，采用壓力注漿法修補。

2.混凝土表層缺陷修復(fù)

采用高標(biāo)號（比修補部位混凝土標(biāo)號高一級）的環(huán)氧砂漿對混凝土破損處進(jìn)行修補恢復(fù)。

（1）在混凝土破損區(qū)域清理完成以及鋼筋阻銹處理工作完畢后進(jìn)行。

（2）在混凝土破損區(qū)域結(jié)合面刷抹環(huán)氧樹脂和固化劑混合料。

（3）采用環(huán)氧砂漿對破損區(qū)域進(jìn)行修補，要求修補后結(jié)構(gòu)表面平整密實。

（4）環(huán)氧砂漿必須專人配比，隨拌隨用，必須在1小時（20℃）之內(nèi)使用完畢。

（5）因為環(huán)氧砂漿不能立即成型，橋梁立面區(qū)域分兩次進(jìn)行抹制完成，橋梁仰面區(qū)域分四次進(jìn)行抹制完成，并且需要支模型。

（6）補修區(qū)處于潮濕狀態(tài)，采用風(fēng)干機進(jìn)行處理。

（7）做養(yǎng)護(hù)：應(yīng)根據(jù)材料物理化學(xué)特性、修補厚度以及氣候條件等因素做好養(yǎng)護(hù)工作。

（四）涂底膠

用專用刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn)）再進(jìn)行下一工序施工。一般固化時間為3-5天。

（五）找平

經(jīng)過對混凝土裂縫以及混凝土破損表面的處理后，要求此表面必須光滑平整，因此可不進(jìn)行找平處理。

（六）粘貼

按設(shè)計要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布（除非特殊要求，碳纖維布長度一般應(yīng)在3m之內(nèi)）。粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后剝?nèi)ルx型紙，用特制工具沿纖維布方向反復(fù)滾壓，目的就是使得去除粘貼部位氣泡，并使底膠充分浸透碳纖維布。多層纖維布的粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥后方可進(jìn)行下一層的粘貼。碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100 mm，粘貼層數(shù)不超過為三層，同時碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。

三、總結(jié)

碳纖維加固技術(shù)已日趨成熟，并廣為大眾熟知，其特點在此不一一枚舉。汾河管道橋采用碳纖維布加固技術(shù)加固，為政府節(jié)約投資（工程造價約78萬元）、工期短（45天）、對交通影響小且經(jīng)過檢測各項指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；維修加固與拆除重建相比，資金僅相當(dāng)于重建的30%，工期僅為重建的1/3，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。此次維修加固圓滿完成了業(yè)主方在開工前提出的要求，為碳纖維加固技術(shù)的進(jìn)一步普及起到了一定的推進(jìn)作用。

工程施工進(jìn)度計劃

[1]史文生.碳纖維加固舊橋橋板技術(shù)在唐津高速上的應(yīng)用[J].交通世界(建養(yǎng)·機械)，2008，（11）.

[2]裘泳.碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)[J].中華建設(shè),2012，（3）.