預(yù)應(yīng)力碳纖維板舊橋梁底加固新技術(shù)研究

史立濤

（山東建峰工程項目管理有限公司，山東 煙臺 264003）

橋梁工程為推動社會及經(jīng)濟發(fā)展作出了極為重要的貢獻，然而隨著橋梁的長時間服役運行，難免會發(fā)生一些自然病害及人為損壞等問題，若不妥善解決這些問題，不但會影響橋梁的質(zhì)量及壽命，還會帶來極大的行駛安全隱患。因此，為確保舊橋可以長期安全地運行，對其產(chǎn)生的病害問題進行相應(yīng)的加固處理非常有必要。目前，用于舊橋加固的技術(shù)很多，其中預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的一項新型技術(shù)，為了驗證這項技術(shù)的應(yīng)用效果，文章就此展開詳細的論述。

1 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)概述

預(yù)應(yīng)力碳纖維板應(yīng)用于舊橋加固施工，可以有效增強橋梁的強度、質(zhì)量及耐腐蝕性等，因此得到了大力的推廣及應(yīng)用。碳纖維板的彈性模量與鋼筋的彈性模量一樣，只是碳纖維板的抗拉能力更強，所以如果是正常使用的情況下，碳纖維板材的利用率不高，很難發(fā)揮出碳纖維板應(yīng)有的價值及加固作用。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)是利用環(huán)氧膠碳纖維板并在其上面施加合適的預(yù)應(yīng)力張拉，然后布置在舊橋梁的裂縫等病害位置，從而使病害問題得以修復(fù)，并有效增強了舊橋的強度。相比較于傳統(tǒng)的不施加預(yù)應(yīng)力的碳纖維板粘貼加固技術(shù)，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固后，碳纖維板會承受橋梁受力后的絕大部分應(yīng)力，有效解決了應(yīng)變滯后的問題，并可充分發(fā)揮出碳纖維板材的高強度等優(yōu)勢及價值，增強舊橋的荷載能力的同時，有效延長舊橋的使用壽命。

2 實例分析

某大橋工程總長430m，橋梁共計11跨，跨徑組成為 2×30m+3×50m+2×50m+4×30m，并設(shè)計橋梁交角為90°。該大橋上部由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁及箱梁裝配而成，橋梁預(yù)制中心梁高度分別為280cm、160cm。該大橋采用雙向坡，且順著路線方向設(shè)計左右兩邊梁頂板預(yù)制橫坡都往外側(cè)下方傾斜2%；一跨中間的T梁頂板設(shè)計為2%的雙向坡，也就是兩邊翼緣均往外側(cè)下方傾斜；橋梁底部預(yù)制均是平坡。該大橋總共使用了24片30m箱梁及25片50mT梁。

2.1 病害情況

該大橋在建成投入運行3年后出現(xiàn)了一些病害，經(jīng)專業(yè)檢測后得出：該大橋的各T梁跨中腹板部位出現(xiàn)一些豎向裂縫（見圖1），且T梁兩頭腹板部位也出現(xiàn)了一些斜向裂縫（見圖2）；整個大橋的橫隔板均出現(xiàn)砼開裂，有鋼板露出來且被銹蝕；橋梁表面也有局部損壞情況，且伸縮縫存在堵塞和橡膠條損壞的情況。

圖1 豎向裂縫

圖2 斜向裂縫

2.2 加固方案

結(jié)合該大橋的病害問題設(shè)計了針對性的加固方案，即選用裂縫修補膠封閉處理T梁上的裂縫，再處理橋梁表層的鋼筋外露及混凝土剝離脫落等病害；然后應(yīng)用預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)加固第4～6跨的T梁腹板靠近底部的側(cè)面，確保主梁能保持足夠強的抗彎承載力，并在各T梁臨近支座的部位粘貼“U”型鋼板，確保主梁保持足夠強的抗剪承載力，也在橫隔板的兩邊粘貼了鋼板，確保大橋保持良好的橫向聯(lián)系，減小單個梁片的受力。

2.3 加固施工

（1）基底處理。在開始加固施工前，必須處理好基底才能確保碳纖維板得以高效應(yīng)用，并使大橋達到理想的加固效果。這就要求先把大橋的損壞部位修復(fù)好，清理碳化及損壞部位，并對銹蝕的鋼筋進行除銹及防腐處理，再修補好缺口及損壞部位，確保大橋的完整性。用磨光機對需粘貼碳纖維板的基面位置進行打磨及清理，并使用壓縮空氣吹掉浮塵，針對表面凹凸不平較嚴重的位置，涂上找平膠。間隔一定時間，待大橋表面完全干燥達到加固施工要求后，開始加固施工。

（2）涂刷底層。結(jié)合現(xiàn)實要求設(shè)計并配制出所需的涂料，攪拌充分且均勻，并立即進行涂刷操作，以防涂料發(fā)生固化。

（3）碳纖維板粘貼。①準(zhǔn)確測算出大橋需加固的具體面積大小，依此明確碳纖維板材的實際用量，并根據(jù)大橋加固部位的形狀剪裁出碳纖維板。該大橋加固所用的都是小于2m的碳纖維板。②等要加固部位底漆干燥度達到要求后，配比并拌制環(huán)氧樹脂主劑和固化劑，均勻拌制2min。③把拌好的環(huán)氧樹脂用專用的滾輪毛刷涂到底漆上，確保涂得均勻，且根據(jù)加固部位的粗糙程度來確定環(huán)氧樹脂的具體用量。④涂完環(huán)氧樹脂后及時粘貼碳纖維板，并沿纖維方向選擇滾輪毛刷或橡皮刮刀把碳纖維板整理平整，不可有氣泡。順纖維方向預(yù)留10cm的長度空間，以便后續(xù)搭接施工，短方向上不用預(yù)留。⑤粘完碳纖維板之后必須靜放30min，如果此時段內(nèi)發(fā)生浮出或脫線等現(xiàn)象，必須用滾輪毛刷或橡皮刮刀及時壓平并修改好，確保加固效果。這個過程中要確?，F(xiàn)場足夠整潔且空氣流動良好，施工操作人員也必須穿戴好護具，以保證安全。

（4）養(yǎng)護。必須在粘完碳纖維板后及時實施相應(yīng)的養(yǎng)護措施，養(yǎng)護時間應(yīng)達到7～14d，并適當(dāng)封閉或遮擋那些易受外界因素影響或擾動的部位，以確保加固施工達到預(yù)期效果。

3 加固效果分析

3.1 計算結(jié)論

應(yīng)用預(yù)應(yīng)力碳纖維板對該大橋加固后，為驗證效果，測算了大橋4～6跨T梁的跨中截面增加的抗彎承載力和安全系數(shù)（見表1）。由表1可以得出，加固后，大橋的安全系統(tǒng)大于1，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且經(jīng)測算截面受壓部位高度也符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 計算結(jié)果

3.2 預(yù)應(yīng)力徐變觀測分析

碳纖維板會受車輛荷載影響而發(fā)生徐變，對預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生不利影響，使得難以長時間維持良好的加固效果。所以，在完成大橋加固后，應(yīng)對該大橋的碳纖維板的預(yù)應(yīng)力實施長期監(jiān)測。具體方案：選擇T梁跨中底板兩邊的碳纖維板、跨中兩邊腹板的碳纖維板及1/4截面底板兩邊的碳纖維板為對象進行監(jiān)測，且各碳纖維板上均安裝一個光纖光柵傳感器，總共設(shè)了6組監(jiān)測對象，并按1～6標(biāo)好編號；然后長期監(jiān)測碳纖維板長時間受荷載影響而產(chǎn)生的徐變情況，并準(zhǔn)確算出預(yù)應(yīng)力的損失情況（見表2）。由表2可知，碳纖維板整體在3個月中發(fā)生一些徐變且緩慢增長，最終趨于穩(wěn)定。比如1號碳纖維板最大徐變值是21.55，前兩個月徐變值達到20.45，最后一個月增長速度不到1，非常緩慢，這說明碳纖維板的徐變趨于穩(wěn)定，初始徐變預(yù)應(yīng)力損失（包括碳纖維板徐變及錨具滑移）為0.37%。經(jīng)測量，錨具沒有發(fā)生太大的松動及側(cè)滑，使用錨具能很好地防止出現(xiàn)碳纖維板因錨具滑動而出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失。因此可以得出，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)和傳統(tǒng)利用有機膠粘貼碳纖維板加固的方式是有本質(zhì)區(qū)別的，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)是利用錨具把碳纖維板牢靠地錨固到要加固的橋梁結(jié)構(gòu)上，從而有效杜絕了因有機膠水老化而導(dǎo)致橋梁加固部位耐久性差的問題。

表2 碳纖維板徐變監(jiān)測值

4 結(jié)束語

綜上，通過實踐證實了應(yīng)用預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)對舊橋進行加固，不僅可以很好地增強舊橋的承載能力，而且也能有效解決舊橋的裂縫及撓度變形等問題，有著很好的加固效果。同時在適用性、安全性、耐久性及經(jīng)濟性等方面有著明顯的優(yōu)勢，所以，應(yīng)積極推廣并應(yīng)用。