公路大橋T梁維修工程中碳纖維網(wǎng)格加固技術(shù)分析

沈曉龍

（寧夏中鐵建寧東路橋投資發(fā)展有限公司，寧夏 銀川 750001）

1 項(xiàng)目背景

永寧黃河公路大橋于2016年建成通車，原橋?yàn)榭缭近S河設(shè)置，跨徑組合為（110+260+110）m，結(jié)構(gòu)形式為雙塔雙索面斜拉橋；副橋跨徑組合為（50.47+6×90+50.5）m，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁；河西引橋跨徑組合為（3×50）m+（50.28+90+50.28）m+2×（4×50）m+6×（3×50）m，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁+裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁；河?xùn)|引橋跨徑組合為（4×50+36）m+（50.28+90+50.28）m+2×（4×30）m+（5×30）m+（3×50）m，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁+裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁；下部結(jié)構(gòu)為空心墩/柱式墩、肋式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋梁全長(zhǎng)3 743.37m，橋梁寬度為2×（凈15.5m+2×0.5m），橋梁交角90°，該橋在2021年橋梁定期檢測(cè)中總體技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為2類。原橋于第5 孔上跨河西濱河大道，第50孔上跨河?xùn)|濱河大道，第66孔上跨銀昆高速公路，第67孔上跨下白公路。橋梁經(jīng)多年通車運(yùn)行逐漸產(chǎn)生不同程度的病害，主要表現(xiàn)在：主、引橋上部結(jié)構(gòu)局部位置出現(xiàn)裂縫，上、下部結(jié)構(gòu)局部表觀缺陷，局部滲水泛白等病害，影響橋梁的耐久性。因此，為保障永寧黃河公路大橋的耐久性，必須對(duì)其現(xiàn)有病害進(jìn)行維修。針對(duì)原橋河西、河?xùn)|引橋部分T梁保護(hù)層厚度不足的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)采用在T梁馬蹄位置處粘貼雙向碳纖維網(wǎng)格+噴射聚合物砂漿的加固方案，以改善其耐久性。根據(jù)橋梁定檢報(bào)告，設(shè)計(jì)對(duì)西引橋R7-2#（50mT梁）、R12-4#（50mT梁）、L30-5#（50mT梁）和東引橋 L64-1#～7#（30mT 梁）、L67-1#～7#（50mT 梁）、R44-3#（50mT梁）、L46-3#（50mT梁）T梁馬蹄位置處粘貼雙向碳纖維網(wǎng)格+噴射聚合物砂漿。

2 原橋質(zhì)量病害

2.1 西引橋

2.1.1 上部結(jié)構(gòu)T梁

根據(jù)外業(yè)調(diào)查，結(jié)合橋梁定檢報(bào)告，原橋西引橋裝配式T梁存在縱向裂縫和少量腹板斜向裂縫，斜向裂縫部分已修補(bǔ)，但修補(bǔ)不良。橫隔板存在少量豎向裂縫，最大豎向裂縫寬0.3mm。同時(shí)，存在破損、露筋、空鼓、開(kāi)裂等病害，部分T梁馬蹄底部保護(hù)層厚度不足，箍筋印記明顯。典型病害如圖1、圖2所示。

圖2 馬蹄底部保護(hù)層 厚度不足

2.1.2 下部結(jié)構(gòu)墩柱

根據(jù)外業(yè)調(diào)查，結(jié)合橋梁定檢報(bào)告，原橋西引橋下部結(jié)構(gòu)總體狀況良好，存在少量網(wǎng)裂、豎向裂縫、蜂窩麻面等病害。

2.2 東引橋

2.2.1 上部結(jié)構(gòu)T梁

根據(jù)外業(yè)調(diào)查，結(jié)合橋梁定檢報(bào)告，原橋東引橋裝配式T梁存在縱向裂縫和少量豎向裂縫、斜向裂縫。同時(shí)，存在破損、露筋、空鼓、開(kāi)裂等病害，部分T梁馬蹄底部保護(hù)層厚度不足，箍筋印記明顯。典型病害如圖3、圖4所示。

圖3 梁左馬蹄縱向裂縫

圖4 馬蹄底部保護(hù)層不夠

2.2.2 下部結(jié)構(gòu)墩柱

根據(jù)外業(yè)調(diào)查，結(jié)合橋梁定檢報(bào)告，原橋東引橋下部結(jié)構(gòu)總體狀況良好，局部存在少量破損、蜂窩麻面等病害。

3 碳纖維網(wǎng)格加固技術(shù)

3.1 材料選用

（1）碳纖維復(fù)合材料用的纖維原絲必須為連續(xù)纖維，碳纖維的主要力學(xué)性能應(yīng)符合規(guī)定，抗拉強(qiáng)度≥4 900MPa，并出具原材報(bào)告。

（2）單束碳纖維（橫向和縱向）的寬度為2mm，間距為20mm，極限破斷力需大于3 200N，伸長(zhǎng)率不低于1.3%。

（3）碳纖維網(wǎng)格選用CFN200/200雙向碳纖維網(wǎng)格，配套砂漿選用同一品牌濕法噴射聚合物砂漿。

（4）碳纖維網(wǎng)格需在工廠進(jìn)行特殊涂層處理，以滿足防火、錨固的要求，濕法噴射砂漿中需有活性成分，二者配合使用需有滲透結(jié)晶的效果，以保證二者之間有足夠的握裹力。

（5）碳纖維網(wǎng)格和配套濕法噴射砂漿、高分子界面膠需選用同一品牌產(chǎn)品，以保證二者之間的適配性。

（6）生產(chǎn)廠家需通過(guò)ISO9001生產(chǎn)型企業(yè)質(zhì)量管理體系認(rèn)證和國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定，并提供認(rèn)證證書。

（7）生產(chǎn)廠家需提供至少5個(gè)網(wǎng)格加固項(xiàng)目案例。

（8）碳纖維網(wǎng)格、配套聚合物砂漿、高分子界面膠需提供國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)出具的檢測(cè)報(bào)告。檢測(cè)報(bào)告中，單束碳纖維網(wǎng)格絲束的抗拉強(qiáng)度不小于3.2kN，斷裂伸長(zhǎng)率不低于1.3%；配套聚合物砂漿的28d抗壓強(qiáng)度不低于55MPa，與混凝土的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不小于2.5MPa，且為混凝土內(nèi)聚破壞；高分子界面膠的鋼對(duì)鋼拉伸抗剪強(qiáng)度不低于14MPa，鋼對(duì)C45混凝土正拉粘結(jié)強(qiáng)度不低于2.5MPa，且為混凝土內(nèi)聚破壞，鋼對(duì)鋼濕態(tài)黏結(jié)條件下的拉伸抗剪強(qiáng)度不低于8MPa，無(wú)約束線性收縮率不高于0.4%。

（9）雙向碳纖維網(wǎng)格加固系統(tǒng)需具有國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)出具的握裹力檢測(cè)試驗(yàn)報(bào)告。其中，3根試樣的7d破壞荷載不低于6kN，28d破壞荷載不低于10kN；碳纖維網(wǎng)格與砂漿的7d界面剪切強(qiáng)度不低于1 100MPa，28d界面剪切強(qiáng)度不低于1 900MPa。

3.2 加固技術(shù)

此項(xiàng)目中碳纖維網(wǎng)格加固技術(shù)流程如圖5所示。

圖5 碳纖維網(wǎng)格加固技術(shù)流程

（1）原混凝土基層處理。首先，需要提前處理原混凝土表面的鑿毛，并將表面雜質(zhì)清理干凈，確保達(dá)到整潔狀態(tài)，并對(duì)表面進(jìn)行灑水處理，按照規(guī)定要求涂抹聚合物砂漿。其次，對(duì)基材進(jìn)行處理，在施工面基材處理過(guò)程中應(yīng)露出骨料，拒絕“稍加摩擦”和“打點(diǎn)”；盡量選用高壓水槍將基材表面的灰塵、雜質(zhì)及松散層等清理干凈，以促進(jìn)聚合物砂漿與基材間的有效黏結(jié)。

（2）混凝土基層涂抹界面劑。將混凝土界面劑按照規(guī)定的比例混合后，用輥筒均勻涂刷于原混凝土表面。在混凝土界面劑消粘期內(nèi)，需要進(jìn)行下一步砂漿涂抹施工。

（3）涂抹聚合物砂漿。拌制砂漿的水量應(yīng)為砂漿重量的4.3%～16.7%，并根據(jù)施工環(huán)境、溫度進(jìn)行調(diào)整，攪拌時(shí)間應(yīng)控制在10～15min，直至砂漿混合均勻，達(dá)到黏稠狀態(tài)。同時(shí)，砂漿拌和后應(yīng)靜置約60s，使用前需要重新進(jìn)行攪拌（時(shí)間控制在10s）。在施工過(guò)程中無(wú)須添加用水。

（4）結(jié)構(gòu)表面涂抹第一層砂漿。在粗糙結(jié)構(gòu)面均勻涂抹第一層砂漿，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定要求確定第一層砂漿的涂抹厚度，通?？刂茷?.5cm，厚度不宜過(guò)大。同時(shí)，必須采取措施保證砂漿涂抹后的平整度符合規(guī)定要求 。另外，還應(yīng)重視砂漿涂抹的均勻度，防止出現(xiàn)漏底現(xiàn)象。

（5）CFN碳纖維網(wǎng)格剪裁。根據(jù)項(xiàng)目具體要求精準(zhǔn)剪裁碳纖維網(wǎng)格，此階段應(yīng)注意碳纖維的分布方向，保證其與設(shè)計(jì)規(guī)定要求相同。

（6）設(shè)置碳纖維網(wǎng)格。碳纖維網(wǎng)格需鋪設(shè)在未表干的第一層聚合物砂漿上，CFN碳纖維網(wǎng)格的碳纖維絲方向必須符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求，確定搭接寬度為20cm。在攤鋪過(guò)程中，應(yīng)采取措施將端部臨時(shí)固定，以保證攤鋪施工結(jié)束后碳纖維網(wǎng)格表面的整體平整度符合規(guī)定要求。此項(xiàng)目中CFN碳纖維網(wǎng)格是以泥抹的方式壓入砂漿層內(nèi)，將網(wǎng)格與砂漿相結(jié)合，并使加固材料纖維盡量達(dá)到拉緊狀態(tài)。如需要可選用水泥釘或鉚釘輔助固定處理。

（7）涂抹第二層砂漿。當(dāng)?shù)谝粚由皾{達(dá)到初凝狀態(tài)后，可拌制并涂抹第二層砂漿，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定要求確定涂抹厚度為1.5cm，通常不宜涂抹過(guò)厚。涂抹完成后，整個(gè)混凝土表面的平整度應(yīng)符合規(guī)定要求，并且無(wú)網(wǎng)格纖維外漏。應(yīng)保證第一層和第二層砂漿在同一天進(jìn)行施工，如果第二層砂漿未能在當(dāng)天施工，需用掃把或低壓水槍對(duì)第一層砂漿進(jìn)行粗糙化處理。

（8）表面平整。用泥鏟或刮板將砂漿表面處理平整，如果砂漿厚度不滿足要求，需要局部修補(bǔ)，最后進(jìn)行壓光。

（9）砂漿的養(yǎng)護(hù)和表面處理。砂漿涂抹完畢后需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)需保持一定的濕度，養(yǎng)護(hù)7d后即可進(jìn)行表面外裝修或涂裝處理。

3.3 注意事項(xiàng)

（1）原混凝土表面應(yīng)充分濕潤(rùn)，防止混凝土涂抹到原結(jié)構(gòu)后面，若從新舊混凝土結(jié)合面的位置將水分吸干，會(huì)導(dǎo)致此界面的混凝土難以水化，從而弱化混凝土的結(jié)合力。

（2）應(yīng)控制砂漿中的水灰比，水太多會(huì)造成漿料流淌，不能大量地粘掛到基材上。反之，水太少會(huì)造成涂抹性能差等問(wèn)題。另外，砂漿的黏度與攪拌時(shí)間有關(guān)。砂漿的攪拌時(shí)間應(yīng)在10min以上，拒絕簡(jiǎn)單攪拌后施工，攪拌時(shí)間太短會(huì)造成砂漿混合不均勻、黏度低、漿料流掛等問(wèn)題。

（3）網(wǎng)格粘貼時(shí)，避免碳纖維網(wǎng)格在彎矩和受力較大處搭接，以免影響加固效果。頂部施工時(shí)，第一層砂漿不宜涂抹太厚，可選用鉚釘固定碳纖維網(wǎng)格，避免網(wǎng)格、砂漿脫落。

（4）未達(dá)到初凝狀態(tài)的砂漿與基材之間的結(jié)合力相對(duì)較弱，所以，第一層砂漿未達(dá)到初凝狀態(tài)不可涂抹第二層砂漿，以免造成砂漿和網(wǎng)格脫落。

（5）對(duì)于初次涂抹砂漿的施工人員，可借助標(biāo)有一定刻度的鋼條、鋼絲或者通過(guò)預(yù)先拉設(shè)限位線控制砂漿的涂抹厚度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合永寧黃河公路大橋項(xiàng)目實(shí)際情況，調(diào)查、分析了公路大橋項(xiàng)目的質(zhì)量病害，重點(diǎn)研究了T梁維修中碳纖維網(wǎng)格加固技術(shù)的應(yīng)用，包括材料選用、加固技術(shù)以及注意事項(xiàng)。實(shí)踐證明，此項(xiàng)目中的T梁采用碳纖維網(wǎng)格加固技術(shù)處理后，有效解決了T梁裂縫、露筋等問(wèn)題，提升了T梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。因此，在公路橋梁維修中應(yīng)推廣應(yīng)用碳纖維網(wǎng)格加固技術(shù)。