晏勇

摘要 文章以龍?jiān)茦蚪ㄔO(shè)工程項(xiàng)目為例，對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)進(jìn)行了全面分析，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)就是通過在梁體設(shè)置碳纖維板，施加預(yù)應(yīng)力筋提高梁體承載力的一種施工技術(shù)，提出了預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)施工工藝及關(guān)鍵要點(diǎn)，總結(jié)了加固施工中的質(zhì)量控制措施。該工程實(shí)踐表明，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工技術(shù)方法有效，施工周期短，能有效發(fā)揮預(yù)應(yīng)力碳纖維板抗拉能力，對(duì)橋梁的病害能夠起到徹底、有效處置的加固作用，能對(duì)梁板進(jìn)行極大的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，減少和封閉裂縫，提高橋梁的承載能力和耐久性，延長(zhǎng)使用壽命。

關(guān)鍵詞 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)；加固梁橋；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U445.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）03-0093-04

0 引言

在橋梁的使用過程中，環(huán)境的侵蝕、材料的自然老化、腐蝕、車輛載荷的增加及車流量的增大，在一定程度上加劇了橋梁結(jié)構(gòu)的損耗。因此，隨著時(shí)間的流逝，橋梁會(huì)出現(xiàn)各種各樣的結(jié)構(gòu)缺陷和病害，使其無法滿足使用功能要求，只能采取限重、限速等措施，嚴(yán)重者甚至不得不通過禁止通行來保證安全。因此，如何采取有效的加固措施來恢復(fù)甚至提高這些橋梁的承載能力，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的壽命周期，如何在降低對(duì)橋梁使用影響的情況下進(jìn)行加固，是目前橋梁加固中亟待解決的一大問題。

1 公路橋梁加固技術(shù)方法簡(jiǎn)要概述

公路橋梁結(jié)構(gòu)的加固改造技術(shù)不僅能提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和橋梁使用壽命周期，更能起到對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固和節(jié)約造價(jià)的作用。

橋梁結(jié)構(gòu)常用的加固方法包括增大截面加固法、粘貼鋼板（或包鋼）加固法、粘貼纖維片材加固法、簡(jiǎn)支變連續(xù)加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法、增設(shè)輔助結(jié)構(gòu)加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法等。

各種加固方法可以分為兩類，即主動(dòng)加固技術(shù)與被動(dòng)加固技術(shù)，粘貼鋼板法或粘貼纖維復(fù)合材料法的加固方式均屬于被動(dòng)加固技術(shù)，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)屬于主動(dòng)加固技術(shù)，是一種新型的碳纖維加固技術(shù)。

與直接粘貼碳纖維加固等被動(dòng)加固方法相比，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)是在不卸荷、不阻斷交通情況下進(jìn)行加固施工，充分利用碳纖維復(fù)合材料輕質(zhì)、高強(qiáng)、高彈材料特性，通過在梁體設(shè)置碳纖維復(fù)合板，利用兩端錨具的有效夾持向碳纖維板施加預(yù)應(yīng)力，抑制構(gòu)件的變形和裂縫的發(fā)展。

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)還具有碳纖維板的強(qiáng)度利用率高、對(duì)結(jié)構(gòu)損傷小、施工簡(jiǎn)便、加固效果好等優(yōu)勢(shì)。

2 工程概況

龍?jiān)茦蛭挥?S101 線（橋梁編碼：S101511323L0020），道路等級(jí)為三級(jí)，建成時(shí)間為 2004年，橋梁橋全長(zhǎng)138 m，上部結(jié)構(gòu)為6×20 m預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板，由4片中板和2片邊板組成，中板寬1.49 m，邊板寬1.745 m，與路線正交90 °，橋梁橫向布置為0.5 m（護(hù)欄）+8.5 m（行車道）+0.5 m（護(hù)欄）=9.5 m。

隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通壓力增大，通行的重型車輛增多，該橋上部結(jié)構(gòu)梁板構(gòu)件出現(xiàn)了不同程度的損傷和橋梁病害，2008年汶川大地震后進(jìn)行了局部加固維修，主要整治措施為對(duì)南部側(cè)3跨梁底貼碳纖維布、對(duì)梁板局部裂縫采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。2022年對(duì)該橋梁定期檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明梁板底面混凝土剝落、梁板銹蝕露筋、開裂、下?lián)献冃蔚炔糠植『Πl(fā)展加劇，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)使用功能和橋梁結(jié)構(gòu)，經(jīng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，評(píng)定該橋總體技術(shù)狀況評(píng)分為58.98，評(píng)定等級(jí)為四類，即較差狀態(tài)，橋梁承載能力不能滿足公路—Ⅱ級(jí)荷載使用要求，橋梁存在較大結(jié)構(gòu)安全隱患，要對(duì)該橋進(jìn)行加固整治。

3 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)方案

為確保梁橋結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)安全，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和梁板承載力，梁板加固整治采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)方案，通過對(duì)每跨每片梁底各布置2片預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨固體系進(jìn)行承載力加固，碳纖維板尺寸規(guī)格為16 300 mm（長(zhǎng)）×100 mm（寬）×1.4 mm（厚），梁板預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固[1]布置如圖1所示。

預(yù)應(yīng)力碳纖維板錨固體系（如圖2所示）主要由錨具（兩端）、碳纖維板、專用環(huán)氧膠及張拉裝置等組成，碳纖維板錨具由固定端錨具、張拉端錨具組成[2]。

4 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工工藝流程

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工工藝流程如圖3所示。

5 施工技術(shù)要點(diǎn)

5.1 施工準(zhǔn)備

（1）預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工前，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)和被加固梁板構(gòu)件混凝土的實(shí)際情況，按照設(shè)計(jì)圖紙，制定施工組織實(shí)施方案和施工[3]進(jìn)度安排，做好施工前的準(zhǔn)備工作。

（2）施工作業(yè)平臺(tái)采用安全可靠的橋梁檢測(cè)車。

（3）在粘貼碳纖維板加固施工前，要對(duì)原橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面的裂縫等病害進(jìn)行修補(bǔ)，裂縫通過壓力灌漿的方法處置，使之快速封閉。修補(bǔ)完畢后，對(duì)待加固的混凝土構(gòu)件表面進(jìn)行全面清理，對(duì)混凝土表面出現(xiàn)的剝落、蜂窩、腐蝕等病害應(yīng)予鑿除，鑿掉混凝土表面脆化疏松層，露出堅(jiān)實(shí)的骨料新面。為保障碳纖維板與原梁板底面預(yù)留的設(shè)計(jì)間隙，確保張拉時(shí)碳纖維板能夠平直均衡位移，要對(duì)原梁板混凝土凸面進(jìn)行打磨、凹面采用環(huán)氧材料等修補(bǔ)方法。

5.2 施工測(cè)量放樣

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖尺寸，由測(cè)量工程師用測(cè)量?jī)x器完成施工放樣、定位。

（2）用鋼筋位置探測(cè)儀，標(biāo)注出原梁板鋼筋平面位置，根據(jù)錨具尺寸定出錨具安裝中心線和錨具安裝平面位置，用墨斗彈出碳纖維板中心線、錨具邊線、錨栓孔中心線、壓條板中心線等位置。

5.3 切割安放碳纖維板錨具槽

（1）根據(jù)碳纖維板設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，結(jié)合碳纖維板的張拉伸長(zhǎng)量確定開槽平面位置，鑿除梁體表面混凝土，開槽深度符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。開槽深度為錨具鋼板厚度，同時(shí)應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》9.7.1要求，以保證錨具表面與梁體表面位于同一水平面。

（2）用角磨機(jī)磨打磨原混凝土梁板表面浮漿，露出堅(jiān)實(shí)新拌混凝土面，保證混凝土面平整、無突出的尖銳處，混凝土表面有較大剝落、蜂窩、腐蝕等缺陷時(shí)，應(yīng)進(jìn)行鑿除并進(jìn)行找平修補(bǔ)處理，處理完畢后，用丙酮或酒精等清潔劑將混凝土表面的灰塵除凈，最后用2 m的直邊靠尺檢測(cè)，最大允許差為±3 mm。

（3）錨具端端后與梁段位置，錨具端端后預(yù)留的距離不得小于30 cm（從孔洞的中心量起）。

5.4 錨栓孔位置放樣

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，用墨線標(biāo)出需鉆孔洞的位置。

5.5 鉆錨具錨栓孔和壓條板錨栓孔

鉆孔施工要盡量避開原梁板混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)已探明的鋼筋位置，防止對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，鉆孔施工結(jié)束后要對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙，再次檢查錨栓孔徑尺寸、錨栓孔平面位置、錨栓孔深及錨栓數(shù)量是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5.6 錨栓孔清孔

成孔后，及時(shí)用清孔裝置清除錨栓孔內(nèi)的灰塵和殘?jiān)?/p>

5.7 混凝土表面清理

打磨清理需粘貼碳纖維板部位的混凝土表面，在其表面涂抹混凝土專用環(huán)氧修補(bǔ)膠進(jìn)行找平。

5.8 化學(xué)錨栓植入

植入前用工業(yè)用酒精等清潔劑擦拭錨栓孔壁、孔底，然后置入錨管，將化學(xué)錨栓單向旋轉(zhuǎn)插入至孔底，保證植入錨栓與孔壁間的間隙均勻，錨栓的位置和垂直度符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，保證螺桿的頂端與基面處于同一水平面。

5.9 固定端和張拉端錨具安裝

（1）安裝固定端和張拉端錨具、化學(xué)螺栓墊片、螺母等，并擰緊。

（2）將結(jié)構(gòu)膠通過預(yù)留注射管注射到錨具螺栓與孔壁之間的間隙內(nèi)，保證孔內(nèi)結(jié)構(gòu)膠液飽滿，且螺栓垂直于結(jié)構(gòu)混凝土基面，在結(jié)構(gòu)膠完成固化過程之前12 h內(nèi)不得對(duì)錨桿進(jìn)行擾動(dòng)。

（3）發(fā)現(xiàn)錨具安裝螺栓孔因鉆孔偏差修整后與螺栓出現(xiàn)的間隙，或者錨具墊板調(diào)平后與結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土間的較大空隙，要采用環(huán)氧修補(bǔ)膠材料修補(bǔ)。

（4）注射結(jié)構(gòu)膠前必須測(cè)量施工溫度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件露點(diǎn)溫度，施工溫度要大于結(jié)構(gòu)構(gòu)件露點(diǎn)溫度3 ℃以上，且結(jié)構(gòu)構(gòu)件基面含水率不超過4%。

（5）錨具安裝結(jié)束后，在螺母墊片內(nèi)側(cè)抹上封邊膠并將螺母擰緊，或用早凝的無機(jī)封堵料整個(gè)將外露的螺桿、螺母、墊片包裹和封閉。

5.10 預(yù)應(yīng)力碳纖維板安裝

（1）根據(jù)兩端錨具的位置、碳纖維板伸長(zhǎng)量、工作長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)長(zhǎng)度確定碳纖維板的下料長(zhǎng)度，將預(yù)應(yīng)力碳纖維板分別與固定端、張拉端錨具[4]相連接、固定，并旋緊。

（2）在結(jié)構(gòu)構(gòu)件基面表面涂抹一薄層底膠，待表面干燥后方可進(jìn)行下一道工序碳纖維板施工。

（3）撕去碳纖維板需要涂抹結(jié)構(gòu)膠面的保護(hù)層，施工中要采取措施保護(hù)碳纖維板板面完好無損。

（4）對(duì)需涂結(jié)構(gòu)膠的面用干凈抹布和丙酮清潔劑進(jìn)行清潔處理，注意保護(hù)碳纖維板板面完好無損。

（5）用抹灰刮刀在需涂結(jié)構(gòu)膠的面涂抹碳纖維專用結(jié)構(gòu)膠，施工要求是張拉端后面3 cm和固定端最后的8 cm不要涂抹結(jié)構(gòu)膠。

（6）用手將涂有結(jié)構(gòu)膠的碳纖維板板面輕壓貼于粘貼面位置，施工技術(shù)要求是粘貼面平直、無空腔。

5.11 張拉機(jī)具設(shè)備安裝

連接張拉端錨具，安裝已經(jīng)標(biāo)定校核的千斤頂、油管、油泵和壓力表等張拉機(jī)具設(shè)備并與之相連接，檢查確認(rèn)后方可進(jìn)行下道工序施工。

5.12 碳纖維板張拉施工

（1）待化學(xué)錨栓完全固化后，方可按設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)范要求對(duì)碳纖維板進(jìn)行張拉。

（2）在碳纖維板張拉施工前，必須確保張拉施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全保障措施到位，并落實(shí)到責(zé)任人。

（3）每次施工結(jié)束后，千斤頂油缸回程前應(yīng)及時(shí)擰緊張拉錨具端面的固定螺母。張拉施工時(shí)，非現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)遠(yuǎn)離作業(yè)區(qū)，張拉操作施工人員要做好必要的安全防護(hù)和安全措施。

（4）同一片梁板碳纖維板采用單端對(duì)稱分級(jí)張拉進(jìn)行，張拉控制力設(shè)計(jì)值為50 kN，按以下步驟進(jìn)行：①在固定端和張拉端安裝并固定碳纖維板；②安裝已經(jīng)標(biāo)定校核后配套的千斤頂，安裝過程中要保證千斤頂中線與碳纖維板中線位于同一軸線，保證碳纖維板的軸線受力均勻可靠；③張拉設(shè)備連接安裝經(jīng)檢查正確無誤后，先給碳纖維板施加8～10 kN的初張拉控制力，使碳纖維板繃直，然后停機(jī)再將油表讀數(shù)歸零，并再次檢查各結(jié)構(gòu)部位是否滿足設(shè)計(jì)要求；④然后再分別以20%、50%的張拉力控制力張拉碳纖維板，量測(cè)千斤頂活塞伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，記錄初始讀數(shù)；⑤碳纖維板張拉控制力施加到100%時(shí)，持荷5 min，量測(cè)千斤頂活塞伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，記錄張拉終讀數(shù)，計(jì)算碳纖維板實(shí)際伸長(zhǎng)值，張拉結(jié)束后擰緊螺帽，若發(fā)現(xiàn)伸長(zhǎng)量值異常，則應(yīng)立即停止張拉，檢查原因。

（5）為保證預(yù)應(yīng)力張拉的安全性以及達(dá)到設(shè)計(jì)要求的效果，預(yù)應(yīng)力碳纖維張拉采用張拉力與伸長(zhǎng)量雙控制原則的方式進(jìn)行。張拉時(shí)以張拉噸位為依據(jù)逐級(jí)張拉并記錄碳纖維相應(yīng)伸長(zhǎng)量，將實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量進(jìn)行比較，其偏差不宜超過±6%。

（6）張拉結(jié)束后，將碳纖維板粘貼到梁上。用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩(wěn)壓實(shí)，使結(jié)構(gòu)膠從兩邊擠出，保證密實(shí)無空洞，并及時(shí)清理兩邊擠出的多余結(jié)構(gòu)膠。

5.13 壓條板安裝

壓條板按設(shè)計(jì)3～5 m設(shè)置一處，相鄰兩塊碳板的壓條板需縱向錯(cuò)開50 cm布置。

5.14 錨固端保護(hù)

（1）張拉結(jié)束后，割掉過長(zhǎng)的張拉桿。

（2）對(duì)錨具噴涂3 cm厚的聚合物砂漿進(jìn)行封錨防護(hù)。

（3）對(duì)碳纖維板表面涂抹防護(hù)膠。

6 檢查驗(yàn)收

張拉施工結(jié)束后用小錘敲擊每塊碳纖維板，根據(jù)敲擊聲音判斷，碳纖維板空鼓不得大于總面積的10%。

7 施工現(xiàn)場(chǎng)控制

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)整潔有序，并保持通風(fēng)。

（2）加固梁板混凝土表面應(yīng)潔凈、粗糙，無灰塵。

（3）應(yīng)在5℃以上、相對(duì)濕度小于85%的環(huán)境溫度條件下進(jìn)行施工。

（4）嚴(yán)禁雨雪天施工。

（5）碳纖維板安裝就位后，在張拉前要安裝壓條板，留1 cm空隙，暫不壓緊碳纖維板；張拉完畢后，將螺栓擰緊，再將壓條板壓緊碳纖維板。

（6）張拉完畢，檢測(cè)合格后，對(duì)錨具進(jìn)行封錨防護(hù)，碳纖維板油漆涂裝。

（7）預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工，應(yīng)在梁板裂縫修補(bǔ)及梁體破損、露筋、蜂窩麻面等病害整治完成后進(jìn)行。

（8）梁底采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板進(jìn)行預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)加固，若設(shè)計(jì)無特殊要求，張拉順序是梁體左右側(cè)對(duì)稱單端分級(jí)張拉，嚴(yán)禁沿梁體一邊順序張拉。

8 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工質(zhì)量控制

8.1 結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量控制

（1）預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固所需要的結(jié)構(gòu)膠粘劑應(yīng)一次全部到場(chǎng)。

（2）預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固結(jié)構(gòu)膠進(jìn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)檢查結(jié)構(gòu)膠的品種、級(jí)別、批號(hào)、包裝、出廠日期、產(chǎn)品合格證、出廠質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告等是否符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（3）結(jié)構(gòu)膠粘劑等材料的各項(xiàng)指標(biāo)性能要滿足預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（4）檢查結(jié)構(gòu)膠粘劑的外觀質(zhì)量，應(yīng)無結(jié)塊、分層或者沉淀等現(xiàn)象。

（5）結(jié)構(gòu)膠涂抹施工技術(shù)要求：結(jié)構(gòu)膠呈突起狀、均勻、無漏涂抹，結(jié)構(gòu)膠平均厚度大于2 mm。

8.2 碳纖維板的質(zhì)量控制

（1）材料要求。碳纖維板材料各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)滿足《橋梁結(jié)構(gòu)用碳纖維片材》（JT/T 532—2004）、《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》（JG/T 167—2016）、《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146：2003）及《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）。

（2）碳纖維板按照設(shè)計(jì)用量進(jìn)場(chǎng)到位。材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)對(duì)碳纖維板進(jìn)行取樣，檢測(cè)下列重要性能和指標(biāo)性能：①碳纖維板的抗拉強(qiáng)度、抗拉彈性模量和斷裂延伸率；②碳纖維板板材體積含量和厚度。

（3）檢查碳纖維板與配套的結(jié)構(gòu)膠粘劑的適配性。

8.3 成品保護(hù)

外露鋼板按照有關(guān)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行防腐處理，防腐等級(jí)為Sa2。

9 結(jié)語

在橋梁加固施工過程中，為達(dá)到設(shè)計(jì)加固效果和確保預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的施工質(zhì)量，要求現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員掌握預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的施工技術(shù)操作要點(diǎn)，制定切實(shí)有效的質(zhì)量保障措施，加強(qiáng)施工過程質(zhì)量控制，最大限度發(fā)揮出碳纖維板加固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用。由被動(dòng)加固變?yōu)橹鲃?dòng)加固，切實(shí)解決應(yīng)力滯后問題，充分發(fā)揮碳纖維的高強(qiáng)度特性，同時(shí)減小原構(gòu)件裂縫及撓度，提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。

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