橋梁加固預(yù)應(yīng)力CFRP板混凝土技術(shù)研究

王真

（上饒市德興公路事業(yè)發(fā)展中心，江西 德興 334200）

1 預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固體系

1.1 技術(shù)原理和特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力CFRP 板即預(yù)應(yīng)力碳纖維板是一種將纖維材料按照相同方向排列并進(jìn)行浸潤(rùn)固化、擠壓處理后而形成的材料。經(jīng)上述方式處理后，預(yù)應(yīng)力CFRP 板便會(huì)具備較高的抗拉性，且具備質(zhì)量輕、厚度小、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該施工技術(shù)還具備加固施工操作方便、施工占用空間較少、適用于多種工程環(huán)境等優(yōu)勢(shì)。預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固施工應(yīng)按照以下流程進(jìn)行：結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，做好各個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的需要；采用表面涂覆專用環(huán)氧膠的高強(qiáng)度碳纖維板進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工；將碳纖維板錨固到結(jié)構(gòu)表面，形成整體結(jié)構(gòu)，在操作期間通過(guò)預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固施工技術(shù)的應(yīng)用，可以提升加固穩(wěn)定性，同時(shí)還能提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力[1]。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

第一，預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析得出：由于預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算的難度較高，數(shù)據(jù)的復(fù)雜性高，使得預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固施工易產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的情況，如發(fā)生錨固結(jié)構(gòu)變形、混凝土收縮、CFRP板松弛及變形等，這類現(xiàn)象會(huì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)施工效果產(chǎn)生不利影響。要想避免上述問(wèn)題，就需要全面考慮相關(guān)影響因素，采取有效的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的精準(zhǔn)計(jì)算，進(jìn)而進(jìn)行合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，以切實(shí)保證結(jié)構(gòu)性能合格。

第二，預(yù)應(yīng)力CFRP 板張拉控制力計(jì)算。在技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)方面，如果將張拉控制力設(shè)計(jì)得比較大，就容易出現(xiàn)板材斷裂問(wèn)題。為避免此類問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況綜合分析，精準(zhǔn)計(jì)算CFRP 板的張拉控制力，以保證技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)更好地滿足施工需要。總之，在技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各種可能影響預(yù)應(yīng)力損失、張拉控制力等技術(shù)參數(shù)的因素展開(kāi)分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)算，確保將結(jié)構(gòu)損失控制在3%～4%，以保證工程的整體性能合格。

1.3 加固方案的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

為使預(yù)應(yīng)力CFRP 板發(fā)揮出更好的加固作用，需要對(duì)T 梁、空心板、現(xiàn)澆箱梁等多種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以確定預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固方案的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。

2 工程概況及加固方案

2.1 橋梁工程概況

某橋梁項(xiàng)目的建設(shè)長(zhǎng)度為785m，主跨尺寸為636m，設(shè)計(jì)為單跨鋼桁架的懸索橋結(jié)構(gòu)形式，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)后支連續(xù)T 梁結(jié)構(gòu)。該橋梁項(xiàng)目投入使用后，出現(xiàn)多處損傷的問(wèn)題，具體有下述幾個(gè)方面需要維修：

第一，橋面板支座有損壞，應(yīng)及時(shí)更換或維修；第二，現(xiàn)場(chǎng)施工區(qū)域內(nèi)防水結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)維修處理；第三，橋面排水性能損害嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)修理泄水管；第四，錨室、鞍室除濕機(jī)損壞嚴(yán)重，必須維修處理；第五，應(yīng)立即清理伸縮縫，還要維修止水帶；第六，主塔與錨碇混凝土結(jié)構(gòu)需維修；第七，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)需維修；第八，加勁梁、纜索、支座螺栓應(yīng)及時(shí)維修；第九，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的螺栓進(jìn)行更換處理，修復(fù)損壞的部分[2]。

2.2 加固方案選擇

現(xiàn)場(chǎng)加固施工方案包含以下兩種：第一，預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固。使用兩條50×3mm 的預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固，與錨固塊、錨具組合應(yīng)用，張拉力386kN，單價(jià)900 元/m。第二，無(wú)黏結(jié)體外預(yù)應(yīng)力加固。根據(jù)需要，選擇直徑為15.24cm 的鋼筋，通過(guò)雙束兩股結(jié)構(gòu)施工。經(jīng)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩種方式的加固效果、成本相差不大，都可以滿足維修需要，但預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固施工操作簡(jiǎn)單、耐腐蝕效果好，性價(jià)比更高，所以最終該橋梁選用預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固施工方案。

2.3 加固設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算分析以及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，選擇26.6m×24.6m 的預(yù)應(yīng)力CFRP 板，順著橋梁走向展開(kāi)鋪設(shè)施工。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，采用錨固式方法連接預(yù)應(yīng)力CFRP 板與混凝土，錨固深度95mm，應(yīng)用鍍鋅螺栓，從而保證結(jié)構(gòu)安全性達(dá)標(biāo)。

3 工程施工與工藝

3.1 錨具構(gòu)造及材料性能

根據(jù)該工程的實(shí)際情況，選用夾片與楔形模具結(jié)構(gòu)形式。模具制作完成后，應(yīng)檢查、驗(yàn)證模具與CFRP板的拉伸參數(shù)。該工程施工的具體參數(shù)如下：抗拉強(qiáng)度2498MPa、彈性模量166.8GPa、破壞荷載381kN。如果外部作用力達(dá)到破壞荷載參數(shù)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，使板材出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，裂縫問(wèn)題主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)中部，夾持端與錨具周邊一般不會(huì)出現(xiàn)裂縫[3]。

3.2 施工工藝

3.2.1 測(cè)量定位

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員需應(yīng)用探測(cè)器對(duì)梁體內(nèi)部鋼筋進(jìn)行探測(cè)，明確具體的鋼筋施工位置后，用記號(hào)筆記錄，以此為根據(jù)，確定錨具的位置。再標(biāo)記碳纖維板中心線、錨具底座邊緣線、錨栓孔中心線等位置，為后續(xù)的施工提供依據(jù)，從而使各個(gè)細(xì)節(jié)的施工均能達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)，全面保證項(xiàng)目質(zhì)量。

3.2.2 設(shè)置上錨固點(diǎn)

第一，根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行測(cè)量放樣，確定錨固點(diǎn)，在梁端面上進(jìn)行錨固施工時(shí)，需在頂面開(kāi)鑿出兩個(gè)角度相同的斜孔，其角度應(yīng)與斜筋相同，且開(kāi)鑿前應(yīng)將表面的混凝土保護(hù)層清理干凈，裸露出受力鋼筋結(jié)構(gòu)，防止在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中發(fā)生受力筋損壞的問(wèn)題。另外，應(yīng)將錨墊板周邊的混凝土清理掉，根據(jù)設(shè)計(jì)方案設(shè)置鑿孔架，最后安裝鑿孔機(jī)。鑿孔機(jī)安裝完成后，需要立即檢查鑿孔機(jī)的安裝位置，保證鉆頭與錨固中心的點(diǎn)是對(duì)正的，經(jīng)檢查合格才能開(kāi)始鑿孔作業(yè)。

第二，應(yīng)保證鑿孔施工作業(yè)的深度和直徑都符合錨固結(jié)構(gòu)的安裝標(biāo)準(zhǔn)。鑿孔施工全部結(jié)束后，需要將錨固結(jié)構(gòu)周邊殘留的混凝土碎屑清理干凈，并在孔周圍涂抹一層環(huán)氧膠液，再鋪設(shè)一層環(huán)氧水泥漿液，最后錨固安裝。在布置梁頂錨固點(diǎn)的環(huán)節(jié)，應(yīng)確保錨墊板的上部與梁頂高度相同，也可以稍微低于梁頂，以達(dá)到混凝土保護(hù)層結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置

第一，預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向作業(yè)要利用轉(zhuǎn)向裝置開(kāi)展，所以在該工程預(yù)應(yīng)力穿束作業(yè)實(shí)施前，應(yīng)設(shè)置好轉(zhuǎn)向裝置。安裝作業(yè)開(kāi)始前，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋穿束后的曲線，并根據(jù)曲線標(biāo)記轉(zhuǎn)向施工位置，如果轉(zhuǎn)向裝置設(shè)置不當(dāng)，會(huì)造成預(yù)應(yīng)力筋摩擦力較大，易產(chǎn)生損壞問(wèn)題，局部也容易出現(xiàn)硬化情況，而這會(huì)影響張拉施工質(zhì)量。

第二，明確了轉(zhuǎn)向裝置施工形式后，應(yīng)在制造廠完成轉(zhuǎn)向裝置的制作，再將之運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝施工。為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，應(yīng)對(duì)運(yùn)輸作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)做好保護(hù)管理，以免出現(xiàn)變形問(wèn)題，且安裝環(huán)節(jié)需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案執(zhí)行，焊接部位需達(dá)到相應(yīng)的精度要求，焊接后還要及時(shí)檢查焊接質(zhì)量，經(jīng)檢查合格才能投入使用[4]。

4 工后檢測(cè)

施工結(jié)束后，需要對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，這是一項(xiàng)極為重要的工作環(huán)節(jié)，需確保結(jié)構(gòu)參數(shù)達(dá)到準(zhǔn)確、精確性標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的檢測(cè)，要從截面尺寸、彈性模量、材料容量、膨脹系數(shù)、施工荷載等角度開(kāi)展。在現(xiàn)場(chǎng)施工管理過(guò)程中，需要落實(shí)梁體結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢查，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力、變形等，需確保各參數(shù)全部符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且各個(gè)部件的制作、安裝精度完全滿足要求，符合施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 伸長(zhǎng)量變化

該工程采用分級(jí)張拉加固處理方式，在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)行CFRP 板伸長(zhǎng)量檢測(cè)，分級(jí)參數(shù)為10%、20%、50%、75%、100%。伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)信息分析結(jié)果表明，誤差在合理范圍內(nèi)，說(shuō)明該次加固施工符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)影響橋梁通行質(zhì)量。

4.2 CFRP 板跨中應(yīng)變

分析圖1 變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)在張拉參數(shù)的變化之下，CFRP 板跨中應(yīng)變會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階式變化趨勢(shì)，短時(shí)間內(nèi)預(yù)應(yīng)力損失較大，隨著時(shí)間的推移逐步趨于穩(wěn)定，說(shuō)明結(jié)構(gòu)總體性能不會(huì)受到影響。

圖1 預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)間變化情況

4.3 跨中壓應(yīng)力

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加固后的橋梁的跨中壓應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)、分析，發(fā)現(xiàn)該橋梁在加固施工中選取的5 個(gè)梁底結(jié)構(gòu)經(jīng)CFRP 板加固后，跨中壓應(yīng)力均在0.5MPa 以上，完全符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 預(yù)應(yīng)力CFRP 板加固中的質(zhì)量控制

5.1 選擇和布置預(yù)應(yīng)力鋼絞線

該項(xiàng)目在加固施工時(shí)采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線材料，此舉能夠在滿足施工需要的同時(shí)避免過(guò)度使用鋼材，經(jīng)濟(jì)性明顯。所選用的預(yù)應(yīng)力鋼絞線長(zhǎng)度在30m 以上，適合在場(chǎng)地內(nèi)制作。制作過(guò)程中，將彩條布鋪設(shè)在施工現(xiàn)場(chǎng)，并設(shè)置方木結(jié)構(gòu)，以免鋼絞線和地面直接接觸，同時(shí)能防止鋼絞線腐蝕。

5.2 安裝波紋管

在波紋管安裝環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案展開(kāi)施工，波紋管的設(shè)置必須符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，曲線坐標(biāo)參數(shù)也必須達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在波紋管安裝期間，需要分析波紋管的底部狀態(tài)，按照工藝規(guī)范進(jìn)行安裝施工，保證安裝效果達(dá)到波紋管安裝標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，在固定波紋管時(shí)，采用鋼架支架和箍筋焊方式進(jìn)行固定。最后，在安裝工作完成之后，需要查看是否存在管道彎曲情況，避免出現(xiàn)開(kāi)裂的情況出現(xiàn)。為避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞問(wèn)題，必須嚴(yán)格控制綁扎施工環(huán)節(jié)，波紋管安裝應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)問(wèn)題，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行加固，以免結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定影響工程質(zhì)量[5]。

5.3 設(shè)置灌漿孔

在灌注施工環(huán)節(jié)，灌漿孔的設(shè)置極為重要。灌漿需要設(shè)置灌漿孔（或泌水孔），根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置泌水孔道的曲線預(yù)應(yīng)力管道，能更好地保證灌漿效果。一般一根梁上布置三個(gè)點(diǎn)為宜，把灌漿孔布置到低位上，泌水孔可相對(duì)高些，這樣可確?？椎纼?nèi)的空氣與水及時(shí)從泌水孔排出。波紋管安裝結(jié)束后，在波紋管上開(kāi)孔作業(yè)，并在表面鋪設(shè)海綿墊片、塑料弧壓板，并用鐵絲綁扎，防止損壞結(jié)構(gòu)。

5.4 混凝土澆筑

預(yù)應(yīng)力鋼束施工全部完成后，應(yīng)及時(shí)檢查各個(gè)安裝部位，經(jīng)檢查每個(gè)結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計(jì)要求才能進(jìn)行澆筑施工。澆筑后需及時(shí)進(jìn)行振搗處理，為避免振搗棒觸碰波紋管，可采用直徑較小的振搗棒施工，同時(shí)保證將混凝土振搗密實(shí)、均勻，無(wú)蜂窩等問(wèn)題，如此才能保證結(jié)構(gòu)性能合格。

5.5 預(yù)應(yīng)力筋張拉

在預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)環(huán)節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土強(qiáng)度的控制，保證其強(qiáng)度與剛度性能合格，滿足設(shè)計(jì)要求。在張拉作業(yè)開(kāi)始前，應(yīng)先拆除側(cè)模，以免張拉力作用影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量。采用逐層澆筑、逐層張拉的工藝進(jìn)行施工，并通過(guò)框架張拉作業(yè)方法，對(duì)每一層都采取對(duì)稱施工方式?，F(xiàn)場(chǎng)施工容易受到較多因素的干擾，易產(chǎn)生滑絲、斷裂等問(wèn)題，導(dǎo)致張拉質(zhì)量不合格。若出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，需立即停止張拉作業(yè)，并查找原因，進(jìn)而采取有效的處理措施。根據(jù)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)對(duì)張拉開(kāi)裂、滑絲問(wèn)題的控制，必要時(shí)及時(shí)更換材料，同時(shí)確保錨具的性能合格，消除一切可能影響工程質(zhì)量的因素。

5.6 灌漿

預(yù)應(yīng)力筋張拉施工結(jié)束后，要及時(shí)進(jìn)行孔道灌漿施工作業(yè)。通常來(lái)說(shuō)，灌漿施工的時(shí)間不得超過(guò)24h。灌漿施工要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的工藝要求，即先進(jìn)行下層孔道灌漿施工，再進(jìn)行上層孔道灌漿施工，并加強(qiáng)對(duì)壓力、速度的管控，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況開(kāi)展加壓施工。為使灌漿效果更好，一般需要在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展2min 穩(wěn)壓。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋梁加固工程中采用預(yù)應(yīng)力CFRP板混凝土技術(shù)，能夠提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能，有助于提高橋梁工程的穩(wěn)定性。在橋梁加固工程中，施工團(tuán)隊(duì)需明確該技術(shù)的應(yīng)用方式，并注意從參數(shù)確定、材料應(yīng)用、工藝控制等細(xì)節(jié)之處入手，做好技術(shù)管理，如此才能提升橋梁加固的整體效果。