梁橋加固中預(yù)應(yīng)力碳纖維板的應(yīng)用

張振偉

（中交建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北 石家莊 050011）

1 工程概況

某橋梁工程是一座跨河大橋，全長(zhǎng)420m，共計(jì)21跨，該橋上部結(jié)構(gòu)采用的是簡(jiǎn)支T梁，高度為1.3m，單跨由6 個(gè)T 梁組合而成；下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺(tái)。該橋于2001 年11 月末建成投用，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，橋梁出現(xiàn)不同程度的病害問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性下降。通過對(duì)該橋全面檢測(cè)后得知，T 梁腹板位置處有裂縫，連接橫隔板的鋼板發(fā)生斷裂，鑒定結(jié)果為4類，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，應(yīng)對(duì)該橋進(jìn)行修復(fù)加固，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載力。經(jīng)研究后決定，采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固橋梁。

2 預(yù)應(yīng)力碳纖維板在T梁橋加固中的應(yīng)用

2.1 加固方案

根據(jù)T梁橋現(xiàn)有的病害問題，在充分考慮技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性的前提下，擬定如下加固方案：修補(bǔ)T梁腹板上的裂縫，將預(yù)應(yīng)力碳纖維板黏貼在T 梁底部，在修補(bǔ)裂縫的同時(shí)，起到結(jié)構(gòu)加固的效果，進(jìn)一步提升T梁的承載力；在T梁的梁肋上，每隔0.5m黏貼一道厚度為6.0mm、寬度為0.5m 的鋼板，借此來增強(qiáng)T梁的抗剪能力[1]；采用黏貼鋼板的方法，對(duì)T 梁的中橫隔板加固，以高強(qiáng)度螺栓固定鋼板，橋面鋪裝層全部鑿除后重新鋪設(shè)，在原本的基礎(chǔ)上加大橫向鋼筋，提升傳力性能。

2.2 施工工藝流程

在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固T梁橋的過程中，為達(dá)到預(yù)期中的加固效果，要對(duì)施工工藝流程加以了解和掌握，以此來確保施工能夠順利開展，并在規(guī)定的時(shí)間按質(zhì)按量完成。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的工藝流程如下：

（1）按照待加固橋梁的狀況，結(jié)合制定的加固方案，對(duì)橋梁加固施工中需要使用的碳纖維數(shù)量、尺寸、張拉力以及加固位置等合理確定。根據(jù)圖紙要求，在指定的生產(chǎn)廠家，制作配套的錨具及碳纖維板。在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)，準(zhǔn)備好相關(guān)的材料和機(jī)具設(shè)備，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在適宜的位置搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)或支架。對(duì)采購(gòu)的液壓千斤頂做標(biāo)定處理，使用鋼筋位置掃描裝置，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋位置加以確定，避免后續(xù)安裝錨具時(shí)，與現(xiàn)有的鋼筋發(fā)生沖突，導(dǎo)致鋼筋損傷，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的情況發(fā)生。按設(shè)計(jì)圖紙的要求，在混凝土梁體表面測(cè)量放樣，通過鋼尺、水平儀等設(shè)備完成定位，以梁中心線為依據(jù)，對(duì)預(yù)估位置初步確定，在實(shí)際定位的過程中，需要充分考慮鋼筋和波紋管的避讓。

（2）采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固T 梁混凝土結(jié)構(gòu)前，要對(duì)表面明顯的裂縫及其他缺陷做簡(jiǎn)單的修補(bǔ)，避免對(duì)加固效果造成不利影響。修補(bǔ)完畢后，對(duì)待加固的構(gòu)件表面全面清理，將雜質(zhì)去除，清表的厚度控制在2.0～3.0mm，以混凝土中的骨料外露為準(zhǔn)，隨后使用砂輪打磨，使表面平整，再用乙醇清洗，晾干后待用。當(dāng)待加固的混凝結(jié)構(gòu)表面局部存在較深的低洼，打磨無法平整時(shí)，可以使用找平膠做找平處理。

（3）使用電錘在錨固區(qū)和張拉區(qū)域內(nèi)打設(shè)植筋孔，打孔過程中，要避開之前探明的鋼筋位置，防止打到鋼筋上造成結(jié)構(gòu)損傷。植筋孔的直徑及深度要符合設(shè)計(jì)要求，孔位打好后，及時(shí)用清孔器將孔內(nèi)的灰塵全部清除。在向孔內(nèi)植入化學(xué)錨栓前，要先用丙酮或是酒精，對(duì)孔壁、孔底以及錨栓孔進(jìn)行擦拭，然后用電錘將螺桿緩慢旋壓至孔底，與錨固劑混合，待螺桿旋壓至孔底后及時(shí)停止旋轉(zhuǎn)，保證螺桿的頂端處于同一水平面內(nèi)并與基面相垂直，與錨固基座能夠緊密配合?；瘜W(xué)毛刷植入孔內(nèi)后，在植筋膠完全凝固前，不得振動(dòng)或擾動(dòng)，以免影響植筋質(zhì)量，下道工序可再植筋24h后開展。

（4）當(dāng)化學(xué)錨栓固化后，在固定裝置、張拉裝置與梁體的結(jié)合面涂抹厚度為5.0mm的結(jié)構(gòu)膠，按對(duì)應(yīng)孔將裝置與化學(xué)錨栓結(jié)合，經(jīng)調(diào)平處理后，將螺帽擰緊，以達(dá)到壓實(shí)的效果。隨后將碳纖維板的一端安裝在錨固區(qū)，另一端安裝在張拉區(qū)，并使用千斤頂施加預(yù)應(yīng)力的3%，檢查碳纖維板與梁面有無接觸，若有則將梁面打磨平整，使碳纖維板與梁面之間有2.0mm以上的縫隙。檢查裝置兩端，看有無結(jié)構(gòu)膠，如果有要及時(shí)清理干凈，并在預(yù)緊期內(nèi)，結(jié)構(gòu)膠未完全開化時(shí)，對(duì)固定端及張拉端的位置做適當(dāng)調(diào)整，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度，放置24～48h，便可開始張拉作業(yè)。

（5）使用丙酮或是酒精，對(duì)碳纖維板及梁體表面的一側(cè)做清潔處理，去除灰塵和雜質(zhì)，配制黏合劑，黏貼碳纖維板。在黏貼的過程中，涂抹黏合劑時(shí)，要保證涂層中間的厚度高于兩側(cè)，以便用刮刀黏貼時(shí)，能夠?qū)⒍嘤嗟哪z刮掉，使碳纖維板與混凝土黏結(jié)得更加牢固。安裝碳纖維板的過程中，先對(duì)固定端支座進(jìn)行安裝，隨后安裝張拉端，使固定端和張拉端與碳纖維板形成整體。加工液壓千斤頂安裝在碳纖維板中心線位置處，以液壓泵對(duì)千斤頂施加壓力，先施加10%的應(yīng)力，隨后卸載，對(duì)初始位置做好記錄，檢查確認(rèn)無任何問題后，便可開始張拉。

（6）當(dāng)預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，在碳纖維板上安裝壓緊條，間距控制在3.0m，用螺栓固定。最后刷保護(hù)層，砸錨固區(qū)放置鋼筋網(wǎng)格，以聚合物砂漿澆筑封錨即可。通過上述工藝流程便可完成預(yù)應(yīng)力碳纖維板的施工，達(dá)到加固效果。

2.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 前期準(zhǔn)備

（1）預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工前，要準(zhǔn)備各種材料與施工工具，在指定的工廠加工錨頭，并將加工好的錨頭固定于碳纖維板的端部，同時(shí)，在工廠預(yù)制固定端及張拉端錨具和底座，確保表面光滑、無破損的情況。所有外購(gòu)的液壓千斤頂在使用前均必須標(biāo)定，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，搭設(shè)支架或是作業(yè)平臺(tái)[2]。

（2）為使碳纖維板能夠與混凝土黏結(jié)得更加牢固，在施工前，要對(duì)混凝土表面做如下處理：去除掉混凝土表面一定范圍內(nèi)的雜質(zhì)，確保表面潔凈，然后打磨混凝土表面，使其露出堅(jiān)實(shí)的骨料，最后用乙醇將表面的浮灰全部擦拭干凈即可?；炷帘砻嫒羰谴嬖诳油莶黄降那闆r，可以用找平材料處理，裂縫通過壓力灌漿的方法處治，使之快速封閉。

2.3.2 定位放樣

（1）依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，由專業(yè)的測(cè)量小組負(fù)責(zé)在T梁上放樣，通過水平儀、鋼尺等儀器設(shè)備完成定位，按T 梁中心線對(duì)具體位置初步預(yù)估，在實(shí)際定位時(shí)，要避讓鋼筋及波紋管。

（2）通過鋼筋位置掃描儀，對(duì)T梁混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋位置加以確定，這樣能夠防止后續(xù)安裝錨具時(shí)與鋼筋位置發(fā)生沖突，使鋼筋受損的情況發(fā)生。

（3）使用手持式切割機(jī)，根據(jù)放樣位置，對(duì)固定端和張拉端的底座槽現(xiàn)場(chǎng)切割，確保槽寬和槽深與設(shè)計(jì)要求相符。

2.3.3 植入錨栓

（1）植入錨栓的過程中，要避開混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)已經(jīng)探明的鋼筋位置，在確定好的錨固區(qū)和張拉區(qū)內(nèi)，使用電錘開設(shè)植筋孔，按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，對(duì)孔徑、孔深及鉆孔數(shù)量予以確定，保證孔位準(zhǔn)確[3]。

（2）成孔后，及時(shí)用清孔裝置將植筋孔內(nèi)的灰土層清除干凈，并用丙酮對(duì)孔壁和孔底全面擦拭，隨后將藥包玻璃管的圓頭朝內(nèi)，插入植筋孔內(nèi)，緩慢推至孔底。用電錘將螺桿旋壓入孔，與錨固藥劑混合到一起。

（3）螺桿植入孔底后，要停止旋轉(zhuǎn)，使其頂端與基面保持垂直狀態(tài)，能夠與錨固支座緊密配合。錨固膠凝固硬化的過程中，要避免振動(dòng)錨桿，達(dá)到24h后方可進(jìn)入下道工序[9-10]。

2.3.4 錨固體系安裝

（1）當(dāng)錨栓徹底固化之后，將固定端和張拉端的底座，與T 梁結(jié)合的混凝土表面均勻涂抹一層厚度在5.0mm 左右的結(jié)構(gòu)膠，隨后將底座上的預(yù)留孔與錨栓緊密結(jié)合，調(diào)平后將螺帽擰緊，以此來達(dá)到壓實(shí)的效果[4]。

（2）將預(yù)應(yīng)力碳纖維板的一端安裝在固定端上，另一端安裝于張拉端上，隨后開啟液壓千斤頂，增加預(yù)應(yīng)力的3%，檢查板面與梁面是否接觸，若是接觸，則應(yīng)對(duì)梁面打磨處理，使其表面平整。

（3）擠出的結(jié)構(gòu)膠要在固化前清理干凈，并在預(yù)緊期間，結(jié)構(gòu)膠尚未完全固化時(shí)，對(duì)固定端和張拉端的位置做適當(dāng)調(diào)整。隨后將液壓千斤頂與碳纖維板全部卸下，按施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度，放置24～72h 后方可張拉，期間要避免出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動(dòng)[5]。

2.3.5 碳纖維板黏貼與張拉

（1）在碳纖維板安裝前，要先用丙酮清潔T梁表面及碳纖維板的黏貼面，處理完畢后匹配黏合劑。涂抹黏合劑時(shí)，應(yīng)確保中間部位的黏合劑厚度略大于兩邊，以便用刮刀將多余的黏合劑向兩邊刮出，使碳纖維板面與T梁混凝土表面黏貼得更加緊密。安裝碳纖維板的過程中，要確保順序正確，即先安固定端支座，再安張拉端，使二者與碳纖維板形成整體[12]。

（2）碳纖維板張拉時(shí)，可于板的中心線位置處安裝液壓千斤頂，先向碳纖維板施加10%的預(yù)應(yīng)力后卸載，將初始值準(zhǔn)確記錄；碳纖維板正式張拉前，要做好相關(guān)的檢查工作，確認(rèn)無任何問題后，便可開始張拉作業(yè)，按每10%拉力梯度張拉，直至達(dá)到100%應(yīng)力為止。為確保張拉達(dá)到預(yù)期中的效果，應(yīng)在每次張拉后，保持2min 左右，同時(shí)對(duì)碳纖維板回縮位置準(zhǔn)確測(cè)量。當(dāng)施加的應(yīng)力達(dá)到100%后[6]，要及時(shí)將位于錨具兩端的螺母擰緊，并記錄碳纖維板回縮的數(shù)據(jù)。T 梁需要以對(duì)稱的方式開展張拉作業(yè)時(shí)，要對(duì)兩根碳纖維板同步張拉，以保證T梁兩個(gè)面上施加的預(yù)應(yīng)力相同[13]。

（3）當(dāng)碳纖維板張拉完畢后，便可開始黏貼，具體做法如下：先用刮刀蘸取適量的結(jié)構(gòu)膠，然后從碳纖維板的中間位置處逐步向兩側(cè)壓實(shí)，要保證均勻，以擠出內(nèi)部的結(jié)構(gòu)膠，提高黏貼的密實(shí)度。待碳纖維板貼好后，必須及時(shí)將兩邊擠出的結(jié)構(gòu)膠清理干凈。每間隔3.0m，安設(shè)一根壓緊條并用螺栓對(duì)壓緊條固定。

2.4 技術(shù)措施

（1）與不需要黏貼的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的優(yōu)點(diǎn)更為明顯，即采用黏貼的方法，能夠使碳纖維板與混凝土形成一個(gè)完整的整體。在此整體中，碳纖維板與混凝土?xí)餐芰?，?duì)于T梁結(jié)構(gòu)中的裂縫具有限制效果，結(jié)構(gòu)本身的承載力也隨之提升?；谶@一前提，在具體施工中，應(yīng)確保預(yù)應(yīng)力碳纖維板與混凝土黏貼得足夠牢靠。為此，要對(duì)混凝土接觸面打磨拋光，去掉浮漿，并用樹脂膠對(duì)存在空洞的位置填補(bǔ)修復(fù)[7]。

（2）錨具安裝的準(zhǔn)確性，與碳纖維板受力的均勻性密切相關(guān)，為此，在施工過程中，要嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，對(duì)錨具準(zhǔn)確安裝，防止碳纖維板出現(xiàn)偏拉的現(xiàn)象。

（3）碳纖維板施工完畢后，為防止板面受到外部環(huán)境影響出現(xiàn)損傷的情況，可采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如使用聚合物水泥砂漿，對(duì)碳纖維板的外立面進(jìn)行覆蓋等[8]。

3 結(jié)語

在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固T梁橋的過程中，為達(dá)到預(yù)期中的加固效果，要對(duì)施工工藝流程的加以了解和掌握，以此來確保施工能夠順利開展，并在規(guī)定的時(shí)間按質(zhì)按量完成。當(dāng)預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，在碳纖維板上安裝壓緊條，間距控制在3.0m 并用螺栓固定。最后刷保護(hù)層，砸錨固區(qū)放置鋼筋網(wǎng)格，以聚合物砂漿澆筑封錨即可。

在T梁橋加固中，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力碳纖維板時(shí)，為達(dá)到預(yù)期中的加固效果，必須保證碳纖維板的整體質(zhì)量。要求作業(yè)人員掌握相關(guān)的技術(shù)要點(diǎn)，并通過有效的措施，對(duì)施工質(zhì)量加以控制，最大限度發(fā)揮出碳纖維板的作用，提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。