預應力碳纖維板技術在舊橋加固中的應用

侯鵬

（山西路橋第一工程有限公司，山西 太原030001)

0 引言

近年來，隨著我國經濟的快速發展，橋梁項目建設的整體規模與數量快速增大。橋梁經長時間運營后，因受自身施工質量、自然條件及行車荷載等因素的影響，難免會出現裂縫、沉陷及鋼筋銹蝕等諸多質量問題，不但會影響橋梁外觀的美觀度，也會降低橋梁結構的承載力，影響橋梁的穩定性[1]，威脅過往車輛的安全通行。為有效解決橋梁病害，提升橋梁結構的使用性能，需結合橋梁項目實際情況選取適宜的技術進行加固。預應力碳纖維板技術在舊橋加固中應用效果顯著。本文將圍繞橋梁項目實際情況，重點研究預應力碳纖維板技術及其應用。

1 預應力碳纖維板技術

預應力碳纖維板是舊橋加固中常用的一項關鍵技術，能夠滿足橋梁結構加固要求，且加固效果良好，可有效改善橋梁結構性能。

1.1 技術內涵

隨著科學技術的快速發展，碳纖維板的各項性能得到了顯著提升，這也促進了碳纖維板在橋梁加固項目中的推廣應用。碳纖維板選用的碳纖維具有較強的抗拉強度，在制作階段需要將其浸泡于環氧樹脂中，以進一步提升碳纖維板的結構強度。在舊橋加固過程中選擇環氧樹脂作為黏結劑，主要按橋梁結構受力方向或與裂縫相垂直的方向進行涂刷，然后從橋梁受損構件位置粘貼碳纖維板。通過黏結劑可以使碳纖維板和舊橋結構融為新的復合體，從而增強橋梁結構的承載力與穩定性，實現舊橋結構的有效加固。

1.2 技術特點

碳纖維板自身重量較輕，通常為200～300g/m2，厚度范圍為0.11～0.16mm。在舊橋加固中使用碳纖維板，對橋梁重量產生的負面影響較輕微，對橋梁外形美觀度影響小[2]。與此同時，碳纖維板的耐久性與抗腐蝕性好，抗斷裂性能較強，技術流程比較簡單，操作便捷。

2 工程概況

某橋梁工程項目長度為480m，跨徑設計為2×35m+3×55m+2×55m+4×35m，其中橋梁上部結構采用預應力混凝土連續T梁與箱梁。項目建成通車時間為2013年10月，在多年運營后，經過專業機構檢測發現橋梁存在較多的質量病害，直接影響到橋梁結構穩定性及承載力，為了有效保證橋梁通車安全性，須采取合理、有效的技術對舊橋進行加固。

2.1 病害調研

通過對橋梁項目進行外觀質量檢測，嚴格按照規定要求實施靜載試驗，得知梁體質量病害如下：①T梁馬蹄位置出現不同程度的裂縫，長度范圍為0.05～0.1mm，同時裂縫呈現持續發展態勢；②梁體跨中位置出現永久性撓度變形，但處于規定允許范圍以內；③在實施荷載試驗階段，梁體應變整體變化幅度比較大，安全冗余不足。

綜合分析研究橋梁質量病害，發現梁體跨中裂縫形成的主要原因是施工質量較低，導致橋梁結構預應力出現大幅度損失。為了有效改善橋梁結構狀態，提高橋梁安全性，須補充預應力，經研究后確定選擇預應力碳纖維板實施橋梁加固。

2.2 加固方案

該橋梁項目的加固施工，首先需要將脫落的混凝土清理干凈，緊接著從T梁馬蹄位置粘貼與張拉碳纖維板，同時嚴格按照技術流程及要求進行后續作業，以有效改善橋梁結構的穩定性與承載力[3]。橋梁加固中選用的預應力碳纖維板類型是UT70-20，而黏結膠水為WD-3503。通過試驗分析得知預應力碳纖維板相關技術性能如表1所示。

表1 預應力碳纖維板的相關技術性能要求

3 施工技術

3.1 前期準備

（1）碳纖維板。安排專人對碳纖維板的外觀質量進行檢查，保證碳纖維板表面平整、厚度一致，同時無任何毛刺現象。

（2）結合橋梁項目實際情況對碳纖維板的厚度及寬度進行合理調整。

（3）該項目中碳纖維板選擇工廠預制方式，在單次跨梁放樣之前，需要對跨梁間隔距離進行精準測量，測量誤差范圍為-0.15～0.27m[4]。

3.2 基底處理

為了提升碳纖維板和舊橋結構間的黏結效果，最大程度地發揮預應力碳纖維板的加固作用，須提前做好基底處理工作。首先清理脫落混凝土，然后將舊橋碳化部分和破壞部分清除干凈，采取有效措施修復和處理鋼筋銹蝕等問題。若橋梁裂縫寬度小于2mm，可涂刷環氧樹脂；若裂縫寬度超過2mm，則可以環氧樹脂為材料進行灌縫處理。除此之外，針對橋梁破損部位等，須做好修復與打磨處理，待各項作業完成后要立即進行清洗，使舊橋表面整潔，為預應力碳纖維板加固技術應用創造有利條件。

3.3 定位放線

該項目定位放線工作如下：①以鋼筋探傷儀器確定橋梁主筋與構造筋的位置；②確定錨桿安裝作業位置；③開孔后預留的施工作業距離不小于30cm，將孔心作為起點，結合固定端孔與張拉端孔之間的中心距離，得出實際鉆孔位置。

3.4 鉆孔

（1）根據設計規定基本要求，確定底座安裝部位，從T梁底部有效固定底座，同時選擇鋼筋探傷儀器檢測鉆孔部位受力筋的具體分布情況，若受力分布不均勻，應結合實際情況對鉆孔部位進行調整，防止受力鋼筋出現破損。

（2）綜合分析錨栓直徑與孔深等因素，合理確定鉆機、鉆頭類型，同時確定具體的鉆孔位置，然后根據設計孔徑與孔深要求，以與結構面相垂直的狀態一次性成孔，鉆孔和基礎面之間的垂直度偏差控制在±2°以內，鉆孔的間隔距離偏差不超過±10mm[5]。

（3）利用“空壓機+硬毛刷”清理孔洞，將空壓機的噴嘴伸入孔底，噴出壓縮空氣，從而實現孔底雜物的清理。利用硬毛刷把孔壁清理干凈后，用工業酒精擦拭孔底和孔壁。

3.5 底層涂料

根據橋梁工程項目實際情況，按照技術規范基本要求合理選用施工材料，尤其要高度重視各類材料配制比例控制，以保證底層涂料性能質量符合施工要求。此外，底層涂料配制結束后要盡早進行涂刷作業，防止涂料長時間儲存而出現固化問題?，F階段，主要使用滾涂方式進行底層涂料涂刷。涂刷結束后，應及時按照規定要求實施打磨，以確保表面平整、光滑，為后續碳纖維板的粘貼施工創造有利條件。

3.6 粘貼碳纖維板

（1）結合橋梁項目加固施工面積和現場作業實際情況，合理剪切碳纖維板，保證碳纖維板尺寸符合加固施工要求，以達到橋梁加固效果。

（2）通常碳纖維板的加固長度小于2.0m，故應綜合分析橋梁加固需要，合理剪切碳纖維板，防止造成材料浪費。

（3）在碳纖維板粘貼階段，首先必須確保橋面底層涂料處于干燥狀態，然后根據相關技術規范基本要求均勻、充分地混合環氧樹脂主劑和固化劑。同時，從底漆位置涂抹環氧樹脂，最后按照指定方向粘貼與推平碳纖維板，使環氧樹脂能夠浸透并除去氣泡，以有效增強黏膠作用，其中推平長度應小于10cm[6]。

（4）高度重視碳纖維板間的接縫施工質量控制。待碳纖維板粘貼結束后，須進行大約30min的觀察，同時立即將碳纖維板壓平，有效避免碳纖維板黏結階段可能出現的浮脫問題。

（5）在進行碳纖維板粘貼施工時，須高度重視煙火控制，保證碳纖維板粘貼作業現場空氣處于良好的流通狀態，同時施工人員應佩戴安全防護裝備，如佩戴橡膠手套、面罩及護目鏡，以免出現不必要的意外事故，保證碳纖維板粘貼施工安全、有序地進行。

3.7 張拉碳纖維板

（1）該橋梁項目中預應力碳纖維板張拉作業階段，需將張拉應力控制為1 400MPa，同時保證預應力碳纖維板均勻受力。

（2）在預應力作用狀態下，首先要把10%的預應力作用在碳纖維板上，然后分別將20%,60%的預應力作用在碳纖維板上，待預應力為100%時，安排專人檢查張拉值。此外，各級預應力加載時間應控制為5min。

（3）在實施碳纖維板的張拉階段，若碳纖維板發生異常變形問題，則必須立即停止張拉，查明原因并加以解決。

3.8 養護

當預應力碳纖維板張拉施工完成后，須高度重視養護處理，以免出現質量問題，其中養護時間應大于14d[7]?，F階段，預應力碳纖維板養護主要采取遮擋和封閉管控措施，最大程度地降低風、雨、人等相關因素的干擾，以使預應力碳纖維板加固效果得以有效發揮。

3.9 質量控制

（1）在舊橋加固中，預應力碳纖維板技術應用之前，需要提前對舊橋破損較為嚴重的部位進行修補處理，同時清理脫落或松動的部分，將結構層外露，然后方可粘貼碳纖維板。

（2）對于橋梁破碎位置，應提前以樹脂砂漿進行填充作業，使其強度與質量滿足相關規定要求。

（3）底層涂料施工要均勻，且無任何漏點。

（4）對于舊橋中的柱、梁等結構加固，需要使碳纖維板和結構處于垂直狀態，同時結構件錨固后無松動。

（5）結合橋梁項目實際情況合理選取施工材料，保證材料性能質量達標，嚴格控制各項作業環節與工序，以確保舊橋加固效果。

（6）根據設計規定要求進行預應力碳纖維板張拉作業，其中張拉誤差不能超過6%。張拉后要及時做好預應力損失試驗，確保預應力符合相關規范要求。

4 加固效果

該橋梁項目通過預應力碳纖維板加固處理后，按照規定要求開展了靜載試驗。結果表明，加固后橋梁結構受力呈現較好狀態，極限荷載為430kN，相較于加固之前有效提升了橋梁承載力與穩定性。

5 結語

碳纖維板具有質量輕、強度高、耐腐蝕好等優勢，在舊橋加固中使用預應力碳纖維板，能夠顯著改善橋梁結構性能，提升橋梁承載力與穩定性。在具體使用過程中，需要結合橋梁項目實際情況合理下料，嚴格按照技術流程及規范要求進行作業，同時加強施工質量控制，在最大程度上發揮預應力碳纖維板的加固效果。