危橋改造工程G528 線(xiàn)長(zhǎng)城小橋預(yù)應(yīng)力碳板張拉施工方案

■羅曉安

(南平市公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心，南平 353000)

1 工程概述

福建省南平市政和縣長(zhǎng)城小橋位于G528 線(xiàn)， 橋梁中心樁號(hào)K41+003， 設(shè)計(jì)荷載為汽車(chē)-20， 掛車(chē)-100，于1971 年建成通車(chē)。長(zhǎng)城小橋上部結(jié)構(gòu)采用2×13m 鋼筋混凝土現(xiàn)澆空心板，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，板高0.65m，底寬11.0m，兩側(cè)翼緣板寬0.5m，橋梁全長(zhǎng)34.6m。 橋面布置為：1.5m 人行道+9m 行車(chē)道+1.5m 人行道。 下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用U 型橋臺(tái)配擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩采用重力式橋墩配擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋型布置圖如圖1 所示。

圖1 長(zhǎng)城小橋橋型布置圖(單位：cm)

經(jīng)檢測(cè)，該橋總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定結(jié)果為3 類(lèi)，該橋的主要病害為：①空心板梁存在不同程度的橫向裂縫、斜向裂縫及豎向裂縫，共計(jì)裂縫359 條，總長(zhǎng)300.5m，縫寬0.02～0.14mm；②橋墩蓋梁存在掉塊、露筋；③橋臺(tái)臺(tái)帽存在5 條豎向裂縫，臺(tái)帽存在破損、掉塊；④橋面鋪裝存在13 條裂縫，人行道存在破損及裂縫，且高度不滿(mǎn)足要求。

表1 加固處治方案比選分析

2 加固處治方案

根據(jù)橋梁記載，本橋設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100，經(jīng)調(diào)查分析，本橋?qū)嶋H通行荷載長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)設(shè)計(jì)荷載，是導(dǎo)致空心板出現(xiàn)大量裂縫的主要原因。 橋面在重載交通作用下，出現(xiàn)多條橫向裂縫及多出網(wǎng)裂。本次加固設(shè)計(jì)結(jié)合橋梁病害的嚴(yán)重程度，針對(duì)性地制定兩個(gè)處治方案，方案對(duì)比如表1 所示。

3 碳板張拉施工

3.1 勞動(dòng)力組織

本橋空心板預(yù)應(yīng)力碳板張拉施工預(yù)計(jì)投入技術(shù)員2名，技工8 名。 使用的主設(shè)備有：20T 小型千斤頂和手動(dòng)油泵(1 套)、張拉工裝(固定端和張拉端)壓條、錨具、張拉桿、墨斗、卷尺、電錘、吹風(fēng)機(jī)等。

3.2 使用材料

本橋空心板預(yù)應(yīng)力碳板張拉施工的材料選取如下：

(1)碳纖維板：碳纖維板采用高強(qiáng)度I 級(jí)板，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度2400MPa，規(guī)格100×2.0mm；

(2)碳纖維板膠：碳纖維板膠采用碳板專(zhuān)用膠CFSRA/B，碳板膠為AB 雙組份，配合比A∶B=2∶1；

(3)碳纖維板性能指標(biāo)：碳纖維板性能指標(biāo)必須符合表2 的要求。

表2 碳纖維板性能指標(biāo)

3.3 施工工藝流程

(1)施工準(zhǔn)備：在加固梁上按照設(shè)計(jì)施工放樣，準(zhǔn)確確定碳纖維板和兩端錨具位置。放樣采取鋼尺定位，根據(jù)支座位置確定實(shí)際鉆孔以及混凝土清理位置。

(2)混凝土粘貼表面處理：橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期直接暴露在有一定濕度的空氣中， 在粘貼碳纖維板加固施工中，需打鑿掉脆化疏松層，提高粘結(jié)力。 對(duì)混凝土粘貼面的脆化疏松層， 應(yīng)采用硬質(zhì)金剛石磨輪打磨至石粒層掉落且完全露出新面，并用鋼絲刷清除疏松浮層。為了保證碳纖維板與混凝土之間的設(shè)計(jì)間隙(膠層厚度3～5mm)，實(shí)現(xiàn)碳纖維板受力張拉時(shí)平直均衡無(wú)阻礙，對(duì)混凝土高凸面應(yīng)采用金剛石打磨片打磨， 對(duì)混凝土低凹面應(yīng)采用環(huán)氧修補(bǔ)膠修補(bǔ)。 碳纖維板底混凝土平整度要求小于5mm/2m，假如粘貼時(shí)混凝土濕度較大，對(duì)混凝土粘貼面尚須作人工干燥處理。

(3)鉆植膠錨螺栓：安裝碳纖維板張拉端和固定端構(gòu)件的位置按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行準(zhǔn)確定位， 鉆孔種植化學(xué)錨栓，施工放線(xiàn)采用鋼筋探測(cè)儀標(biāo)定螺栓鉆孔位置。采用電錘鉆孔時(shí)應(yīng)保證鉆孔中心線(xiàn)與混凝土梁面垂直，鉆孔中心位置偏差不超過(guò)3mm。 M24 錨栓植入深度12cm，壓條用M10 錨栓植入8cm。

將吹風(fēng)機(jī)噴嘴深入成孔底部并吹入潔凈無(wú)油的空氣，向外拉出噴嘴，反復(fù)3 次；將硬毛刷插入孔中，往返旋轉(zhuǎn)清刷3 次；再將吹風(fēng)機(jī)噴嘴深入成孔底部吹氣，反復(fù)3次；對(duì)要植入螺栓上的油污應(yīng)進(jìn)行清理；植螺栓前用丙酮擦拭孔壁、孔底和螺栓。植筋膠采用配套專(zhuān)用注射器進(jìn)行灌注，灌注量為孔深的2/3，并保證在植入螺栓后有少許膠體溢出， 注入膠體后應(yīng)立即單向旋轉(zhuǎn)插入螺栓且螺栓需垂直于梁面，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度，確保螺桿頂端在同一平面上。 膠體完全固化前，不得觸動(dòng)或振動(dòng)已植螺栓，以免影響其黏結(jié)性能。

(4)安裝錨具支座：張拉端、固定端支座中心線(xiàn)應(yīng)與碳板中心線(xiàn)平行或重疊， 錨具兩端支座中心延長(zhǎng)線(xiàn)按碳纖維板全長(zhǎng)計(jì)算偏差不得超過(guò)±5mm。支座內(nèi)側(cè)錨栓中心線(xiàn)之間的距離為碳板自由端長(zhǎng)度+250mm。

錨具、支座安裝的梁面，縱橫方向水平均應(yīng)位于水平尺中央， 兩端錨具底部結(jié)合面修磨時(shí)可以低于安裝梁面1～2mm。

兩端支座板安裝孔因鉆孔偏差修整后與螺栓出現(xiàn)的間隙，安裝時(shí)應(yīng)使用粘鋼膠填補(bǔ)，兩端支座調(diào)平后與混凝土的空隙，也應(yīng)采用粘鋼膠填補(bǔ)或找平。

(5)碳纖維板檢查：碳纖維板重點(diǎn)檢查碳纖維板直線(xiàn)度，其全長(zhǎng)直線(xiàn)度偏差不得超過(guò)20mm；對(duì)于碳纖維復(fù)合板材粘貼表面的處理同樣重要， 粘貼表面殘留的油污在膠粘劑與碳纖維復(fù)合板材之間容易產(chǎn)生一層油脂狀薄膜，導(dǎo)致膠粘劑與碳纖維復(fù)合板材之間粘結(jié)失效，要求碳纖維板使用前使用丙酮擦拭干凈。

(6)碳纖維板施加應(yīng)力預(yù)張拉：安裝碳纖維板并旋緊螺桿拉直碳纖維板， 安裝張拉工裝和千斤頂且處于水平位置，加壓張拉至設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力值的15%，檢查兩端錨具之間碳纖維板與梁表面是否有間隙， 如碳纖維板與混凝土有高凸接觸點(diǎn)或面，應(yīng)卸壓拆卸打磨后再?gòu)埨?/p>

張拉控制力根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，張拉力值=張拉控制應(yīng)力×碳板橫截面積，根據(jù)千斤頂標(biāo)定報(bào)告提供的線(xiàn)性回歸方程Y=aX+b，(X 即為每次達(dá)到的張拉力值) 可以計(jì)算出碳板不同張拉力下千斤頂上的油壓表讀數(shù)， 并填入張拉記錄表中。

另外，碳板伸長(zhǎng)量理論值按照Δ=碳纖維板的自由端長(zhǎng)度×X/E 進(jìn)行計(jì)算(X 即為每次達(dá)到的張拉力值，E 為檢測(cè)報(bào)告中彈性模量的實(shí)測(cè)值)， 并填入張拉記錄表中，同時(shí)計(jì)算出理論伸長(zhǎng)量的差值。

(7)配膠、涂抺結(jié)構(gòu)膠：粘板膠采用配套的同一品牌卡本CFPR-A/B 型粘板膠，碳板膠為AB 雙組份，配合比A∶B=2∶1，AB 雙組份分別稱(chēng)重后攪拌至顏色均勻。 碳板膠對(duì)細(xì)微多孔、粗糙的混凝土粘貼面，具有良好的滲透性及浸潤(rùn)性，而對(duì)組織密實(shí)的、粗糙度光滑的碳纖維復(fù)合板材粘貼面浸潤(rùn)性相對(duì)較差。膠粘劑配制好后，為了使膠粘劑能充分浸潤(rùn)、滲透、粘附于碳纖維復(fù)合板材粘貼面，應(yīng)先使用抹刀在碳纖維復(fù)合板材粘貼面刮抹少量膠粘劑，并且用力刮抹數(shù)遍，然后，按照碳纖維復(fù)合板材寬度方向中間厚、邊緣薄的原則，再刮抹至所需膠體厚度，端部壓條到支座之間的膠層厚度按照5～25mm， 壓條中間碳板的膠層厚度按照3～5mm。 碳板膠用電子稱(chēng)準(zhǔn)確稱(chēng)量，并用電動(dòng)攪拌器在干凈的空桶中進(jìn)行拌制，一次拌制的量不超過(guò)單根預(yù)應(yīng)力碳板用膠量， 用膠量按每平米預(yù)應(yīng)力碳板12kg 左右預(yù)估。

(8)壓緊條安裝：提前在壓緊條上用502 膠水粘上橡膠片。碳纖維板涂抹膠粘劑并初步固定就位后，即可安裝壓緊條。壓緊條安裝時(shí)需根據(jù)需要在錨栓底部，即壓緊條和混凝土之間安裝數(shù)塊墊片(墊片數(shù)量可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定)來(lái)保持壓條與混凝土8mm 左右的縫隙，以便張拉時(shí)碳纖維板可以自由滑動(dòng)。

(9)張拉碳纖維板：壓緊條安裝就位后后，重新安裝千斤頂并調(diào)整處于水平位置， 加壓張拉至設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力值的5%，測(cè)量張拉端錨具和錨頭之間的距離。

張拉過(guò)程過(guò)程需在張拉端安裝擋板進(jìn)行防護(hù)， 施工人員和技術(shù)人員需在擋板后進(jìn)行操作。 張拉過(guò)程中采取應(yīng)力應(yīng)變雙控， 控制指標(biāo)見(jiàn)表3， 分別達(dá)到15%、30%、50%、70%、90%、100%設(shè)計(jì)張拉力應(yīng)力值時(shí)，測(cè)量張拉端錨具和錨頭之間的距離， 兩次測(cè)量值之差即為此過(guò)程中碳纖維板伸長(zhǎng)量的實(shí)測(cè)值。同時(shí)，判斷碳纖維板伸長(zhǎng)量的實(shí)測(cè)值是否滿(mǎn)足理論伸長(zhǎng)量的要求， 按規(guī)范要求碳纖維板伸長(zhǎng)量的實(shí)測(cè)值與理論伸長(zhǎng)量誤差應(yīng)不大于±6%。 當(dāng)張拉應(yīng)力值和碳板的伸長(zhǎng)量滿(mǎn)足要求后， 將張拉桿上面的鎖固螺栓扭緊到位， 停頓5min 沒(méi)有其它異常情況后，拆除千斤頂和錨具張拉工裝； 同時(shí)將壓緊條上的螺栓扭緊，保證碳板與壓緊條之間無(wú)空隙。 若出現(xiàn)異響或異狀，由技術(shù)人員進(jìn)行檢查，必要時(shí)進(jìn)行卸壓，解決問(wèn)題后方可繼續(xù)加壓。

表3 預(yù)應(yīng)力碳板張拉控制表

張拉的控制應(yīng)力為690MPa， 張拉控制應(yīng)變?yōu)?‰，控制應(yīng)變?cè)试S誤差范圍為正負(fù)6%，現(xiàn)場(chǎng)張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力碳板張拉控制應(yīng)力為690MPa， 即單條張拉力為138kN，張拉控制應(yīng)變?yōu)?‰，且偏差需不大于6%。 加壓或減壓時(shí)，千斤頂行程速度應(yīng)控制在20mm∕min 以?xún)?nèi)，嚴(yán)禁快速?zèng)_、 放千斤頂行程。 所有張拉都應(yīng)在碳板膠適用期內(nèi)(60min)完成。張拉結(jié)束和壓緊條安裝完畢后，即可開(kāi)始碳纖維板的補(bǔ)膠工作， 要求碳纖維板與混凝土之間的縫隙均填滿(mǎn)膠粘劑， 且碳纖維板邊緣膠粘劑飽滿(mǎn)并與混凝土基層呈45°斜角。

(10)固化養(yǎng)護(hù)：根據(jù)碳纖維復(fù)合板材膠在施工環(huán)境溫度和材料特性，合理控制固化時(shí)間；當(dāng)施工環(huán)境溫度低于25℃時(shí)，固化時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)。

(11)檢驗(yàn)：固化養(yǎng)護(hù)完成后，張拉質(zhì)量需按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50367-2013)和《橋梁結(jié)構(gòu)用碳纖維片材》(JT/T532-2004)相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。

(12)隱蔽防護(hù)：碳纖維板預(yù)應(yīng)力張拉體系中，錨具為鋼構(gòu)件，容易發(fā)生銹蝕；碳纖維板因材質(zhì)為樹(shù)脂復(fù)合，應(yīng)避免陽(yáng)光紫外線(xiàn)侵蝕，張拉完成檢驗(yàn)合格后，使用具有較好粘結(jié)性、 防腐性和較好耐久性的環(huán)氧樹(shù)脂砂漿， 對(duì)錨具、 碳纖維板涂抹不少于3 mm 厚度的環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行隱蔽防護(hù)。

4 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力碳纖維板張拉施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可操作性強(qiáng)、效果可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、施工方便等，該技術(shù)成功應(yīng)用于G528 長(zhǎng)城小橋的改造項(xiàng)目， 后期經(jīng)檢驗(yàn)該橋施工質(zhì)量各方面均符合相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求。 方案中提及的施工機(jī)械布置、 張拉設(shè)備安裝及張拉施工操作應(yīng)在保障施工人員安全作業(yè)的前提下開(kāi)展， 同時(shí)張拉過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)觀(guān)察梁板變形、裂縫變化、錨具狀況等狀況，若出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止作業(yè)，及時(shí)反饋給業(yè)主和設(shè)計(jì)單位。