預應力碳纖維板在小橋加固維修中的應用

李成敢

甘肅省交通建設(shè)集團有限公司 甘肅蘭州 730030

1 應用研究的目的及意義

針對目前橋梁出現(xiàn)橋面鋪裝破損、梁板裂縫、鉸縫脫落等病害，造成單板受力，橋梁承載能力降低等突出問題；我們本著節(jié)約成本、提高橋梁承載能力，通過應用預應力碳纖維板技術(shù)，對構(gòu)件進行加固補強，提高橋梁承載能力，延長橋梁使用壽命，也隨著碳纖維成本的降低及制造復合材料技術(shù)的突破，碳纖維復合材料在土木工程領(lǐng)域，作為適合的纖維復合加固材料，其使用量正在逐年增長。

2 橋梁病害

（1）橋面鋪裝在鉸縫部位出現(xiàn)坑槽和縱向裂縫；板間滲水，板底水蝕；鉸縫混凝土開裂、脫落；（2）橋面排水不暢，雨天橋面積水；（3）空心板7#、8#和9#板底出現(xiàn)橫向裂縫；

3 預應力碳纖維板

預應力碳纖維板技術(shù)是一項新型加固補強技術(shù)，預應力加固技術(shù)可使碳纖維在承擔結(jié)構(gòu)傳遞的荷載應力之前就已經(jīng)處于較高應力水平，預先發(fā)揮了一定的強度，從而使其高強性能得到充分利用。預應力碳纖維加固法可提高開裂荷載、屈服荷載，改善使用荷載下的性能。其充分發(fā)揮了碳纖維材料的高強性能，有效提升結(jié)構(gòu)承載力與抗彎剛度，節(jié)約碳纖維用量，降低工程總造價。并且有重量輕、空間要求小，碳纖維強度高等優(yōu)點、質(zhì)量僅為鋼的1/5，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重，施工占用場地少，加固完成后不影響原結(jié)構(gòu)使用空間。而且具有良好的耐久性和耐腐蝕性，不須定期維護。

4 碳纖維板的施工工藝及技術(shù)要求

4.1 加固前對板底混凝土表面處理及裂縫進行修復

4.2 千斤頂標定，錨固區(qū)定位

（1）對千斤頂進行標定。（2）用鋼筋探測儀探明板底鋼筋位置，在混凝土板底按照設(shè)計圖紙進行放樣，以便能確定錨具的安裝位置。

4.3 基礎(chǔ)清理找平

（1）在板底需粘貼碳纖維板的部位，除去表面2-3mm厚的砂漿層，直至露出堅實的骨料，打磨后用強力鼓風機清除灰塵。x（2）如表面低洼處較深，需涂抹找平膠找平。

4.4 化學錨栓打孔、植筋

（1）避開已探明的鋼筋位置，用電錘在錨固區(qū)(張拉區(qū))各打4 個植筋孔，鉆孔直徑φ16±2mm，鉆孔深度160(350)±5mm，鉆孔時應垂直梁體，孔洞與基面的垂直度為90°±2°，孔洞中心距離的誤差≤5mm；（2）將雜質(zhì)徹底清理干凈，植化學錨栓前用丙酮或酒精擦拭孔壁、孔底和錨栓；（3）確認玻璃管錨固包無外觀破損、藥劑凝固等異?，F(xiàn)象之后才可使用。將藥包玻璃管圓頭朝內(nèi)放入潔凈的植筋孔，推至孔底。（4）用電錘將螺桿緩慢旋轉(zhuǎn)強力植入孔底，以使玻璃管擠壓破碎并強力混合錨固藥劑，但不應采用重錘或扳手將螺桿強行錘入的沖擊方式植入。（5）當旋至孔底時立即停止旋轉(zhuǎn)，確保螺桿頂端在同一平面上且與基面垂直，并能與錨固支座配合緊密。植筋后的中心距離偏差≤3mm。（6）在化學錨栓凝膠后至完全固化前的時間內(nèi)避免觸動或振動，至少放置24h才可進行下一道工序。

4.5 安裝固定端及張拉端錨固體系

（1）待化學錨栓完全固化后，將固定裝置及張拉裝置與梁面貼合的一面及梁面本身同時涂抹結(jié)構(gòu)膠，抹膠時應中間厚兩邊薄，厚度≥5mm。（2）將裝置預留孔按對應孔位的位置與化學錨栓緊密貼合，調(diào)平之后迅速擰緊螺帽，使其壓實。（3）將碳纖維板錨具兩端分別安裝在錨固區(qū)及張拉區(qū)上，用千斤頂施加預緊力到張拉力的3%之后，檢查碳纖維板與梁面間是否有接觸之處，如有接觸需將梁面打磨平整，使其與碳纖維板有至少2mm的縫隙。（4）將裝置周圍擠出的結(jié)構(gòu)膠清理干凈，在預緊期間結(jié)構(gòu)膠未固化的情況下適當調(diào)整固定端及張拉端位置。根據(jù)環(huán)境溫度放置至少1-3天才可進行張拉施工，期間避免振動。待結(jié)構(gòu)膠固化后將碳纖維板從梁上卸下。

4.6 安裝千斤頂，張拉碳纖維板

（1）用丙酮或酒精將碳纖維板與梁面貼合的一面擦洗干凈，然后配置碳纖維粘結(jié)膠，立即用滾筒刷將粘結(jié)膠均勻涂抹在碳纖維板上，抹膠時應中間厚兩邊薄，中間抹膠厚度≥5mm，如碳纖維板與梁面間距較大，抹膠厚度需相應增加。（2）先在固定端安裝上碳纖維板，再在張拉端安裝碳纖維板。（3）在張拉端安裝千斤頂，確保千斤頂中心線與碳纖維板中心線重合，用手動油泵給千斤頂加油，為碳纖維板施加10%的應力，使其繃直預緊，然后回油卸力歸零，再次檢查整個錨固體系的位置及外觀情況，記錄張拉端錨具、千斤頂活塞等的初始位置。（4）檢查正常后開始張拉，按照20%、40%、60%、80%、100%的應力逐級張拉，每級張拉到位后擰緊鎖緊螺母，保壓2分鐘，測量并記錄錨具、活塞等位移情況，檢查錨固體系各部位受力情況。（5）當張拉位移超出千斤頂行程時，需先用鎖緊螺母擰緊鎖死張拉桿，記錄此時的張拉力，再卸去千斤頂油壓并回程，然后在千斤頂與張拉裝置之間墊入合適厚度的鋼板，重新用千斤頂張拉，在張拉力達到此前張拉值時繼續(xù)平穩(wěn)給力張拉至規(guī)定值。（6）當張拉力施加到100%時，擰緊鎖緊螺母，記錄數(shù)據(jù)并保壓2分鐘。觀察無異?，F(xiàn)象后卸力。拆除工具拉桿、千斤頂，如張拉桿過長可切除，但鎖緊螺母后端至少留30mm。（7）若梁需對稱張拉，需兩根碳纖維板同時張拉，確保梁兩面施加預應力時的均衡。

4.7 安裝壓緊條

在碳纖維板上每隔3米處用螺栓安裝固定一件壓緊條。壓緊條與碳纖維板接觸面需涂抹黃油或塞一層橡皮墊，以免損傷碳板。

4.8 刷涂保護層，兩端錨頭防護處理

（1）在碳纖維板表面均勻刷涂一層保護材料。（2）在兩端錨固區(qū)放置一層金屬網(wǎng)格，再用聚合物砂漿刷涂封錨或支模進行澆筑封錨。

5 施工注意事項

（1）鉆孔定位準確，避開梁板鋼筋網(wǎng)。（2）施工前需檢查碳纖維板表面及兩端錨頭處是否完好無損。（3）化學錨栓植筋時應一次完成，檢查其可靠性。（4）碳纖維板抹膠時，根據(jù)實際情況，在碳板與梁面無接觸的部位不需涂抹膠粘劑。一般可在接近固定端及張拉端錨具的最后80mm一段不要涂抹。（5）張拉時注意觀察千斤頂行程，在接近行程之前即應停止張拉，及時按要求加裝墊塊后再繼續(xù)。（6）在低溫環(huán)境下施工時，須嚴格按照各膠粘劑的使用說明進行，確保其完全固化之后才能進行張拉施工。

6 結(jié)語

預應力碳纖維板加固橋梁技術(shù)具有傳統(tǒng)碳纖維加固技術(shù)與體外預應力都無法比擬的優(yōu)勢所在，并在提升橋梁結(jié)構(gòu)的承載力、抗彎剛度、抑制裂縫、改善結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布以及減小結(jié)構(gòu)變形等方面都發(fā)揮了不可或缺的作用。