粘鋼與粘碳纖維在潘家口水庫灑河大橋加固改造中的應用

董麗娜，朱桂勇

（海河水利委員會引灤工程管理局，河北遷西 064309）

1 工程概況

灑河橋位于潘家口水庫防汛上壩公路灑河干流上，是潘家口水庫唯一對外交通和防汛專用公路橋。該橋由潘家口水利樞紐工程施工專用特大型鐵路橋改建而成，原鐵路橋為單行準軌中-22級，橋面為鋼筋混凝土雙梁式簡支結構，梁中距1.8 m，橋面寬度3.9 m，各單跨跨徑20 m，共25跨加兩岸橋臺，全長530.4 m，下部為實體重力式墩、臺，每個墩、臺下設4根1.5 m柱樁式鉆孔灌注樁基礎，基礎全部穿過覆蓋層至基巖層。潘家口水利樞紐主體工程完工后，該橋改建成潘家口水利樞紐工程對外交通公路橋。公路橋的改建未改變原橋下部結構及上部主梁，僅將原鐵路橋上部的鐵軌、枕木、道渣及人行道部件拆除，在主梁上安裝預制的異型橋面板，并用錨栓與主梁連接。自1992年運行以來，隨著經濟的發(fā)展，車流量及載重量都遠遠超過原設計標準，造成灑河橋橋面、伸縮縫、欄桿等出現(xiàn)不同程度的損壞。經水利部批準，2008年灑河橋加固改造工程予以實施。再次改造的標準需在原橋基礎上予以提高，經對大梁承載力驗算，已不滿足要求，需對大梁進行粘鋼、粘碳纖維加固。

2 加固原理

粘鋼加固是將強度高的鋼板粘貼于被加固鋼筋混凝土構件的受力部位前沿的一種加固方法，它不僅能保證鋼板與原構件作為一個新的整體、共同受力，而且能最充分地發(fā)揮鋼板的強度、約束混凝土的變形，從而有效地提高加固構件的強度、剛度與抗裂性。同時，粘鋼加固可以任意地依照設計需要與可能而粘貼鋼板，有效地發(fā)揮粘鋼構件的抗彎、抗剪、抗壓性能，且受力均勻，不會在混凝土中產生應力集中現(xiàn)象。另外，加固體所占空間小，基本上不影響外觀。粘鋼加固技術還具有加固施工周期短、材料消耗小、工藝簡便等優(yōu)點。

粘碳纖維加固方式是在大梁底部粘貼具有較強抗拉性能的碳纖維布，主要作用是提高大梁受拉區(qū)的抗拉性能，限制裂縫開展、封閉細微裂縫，并滿足表面防護等構造要求。

3 施工方法

3.1 粘鋼加固施工

粘鋼加固主要施工工藝為：劃線定位→大梁表面處理→錨栓→鋼板貼合面處理→配膠→粘貼、固定與加壓→固化→檢測→鋼板防腐處理。

（1）劃線定位：根據(jù)加固施工圖，準確地在梁的表面劃出粘貼部位輪廓線及定出植錨栓的位置。

（2）大梁表面處理：采用水磨石機和角磨機對大梁貼合面進行打磨處理，要求大梁表面露出新鮮混凝土，粘貼面不得有松散混凝土、油污及其他附著物，并要求盡量平整，不得存在棱角、溝槽等硬性突變。對于局部低坑處須采用修補料進行修補。根據(jù)劃線位置打錨筋孔，采用植筋膠植M12錨栓。然后將表面沖洗干凈，待干燥之后，用吹風機吹去表面灰塵，粘貼前用干凈棉紗蘸丙酮或酒精擦拭一遍。如表面濕度較大，除上述要求外，尚須進行人工干燥處理。

（3）鋼板貼合面處理：粘鋼鋼板采用16 Mn鋼板，大梁頂面鋼板厚度為8 mm，側面鋼板厚度為6 mm，鋼板制作安裝嚴格按照《鋼結構施工及驗收規(guī)范》執(zhí)行。鋼板粘貼之前須采用電動角磨機打磨，露出金屬光澤，打磨紋路與受力方向垂直，粗糙度越大越好。粘貼前用棉紗沾丙酮或酒精擦拭干凈。鋼板宜打磨后立即粘貼，如提前打磨出現(xiàn)銹跡，可根據(jù)實際情況采取用棉紗蘸丙酮或酒精擦拭干凈或重新打磨等措施。

（4）調配結構膠：粘結膠采用武漢武大巨成加固實業(yè)有限公司的WSJ-I粘鋼膠。該膠分A、B兩種組分，按1：1的比例先后置于容器中，用電動攪拌器或手動攪拌，直至膠的色澤一致，無明顯色差。攪拌用容器內不得有油污，應避免任何雜質進入容器。

（5）鋼板粘貼、固定與加壓：在粘貼鋼板的貼合面涂抹結構膠，要求薄而勻，厚度3 mm左右。然后立即將鋼板就位，用預埋植筋螺栓固定，并適當加壓，以使膠體從鋼板邊緣擠出為宜。固定加壓后，用小錘敲擊粘貼兩面邊緣鋼板，如無空洞聲，表示已粘貼密實，否則應補膠或重新粘貼。

（6）檢測：一般采用非破損檢測，即外觀檢測鋼板邊緣溢膠色澤、硬化程度以及小錘敲擊檢驗鋼板的有效粘結面積。錨固區(qū)粘結面積不小于90%，非錨固區(qū)的粘貼面積不小于70%。

（7）鋼構件表面防腐：對鋼構件表面進行清理（酒精或丙酮清洗），表面應無可見的油脂、污垢及鐵銹等附著物，并用壓縮空氣吹盡，然后涂刷防腐涂料。

3.2 粘碳纖維布施工

粘碳纖維布主要施工工藝為：基面處理→涂底膠→表面找平→涂浸漬膠粘碳纖布→涂面膠→表面防護。

（1）結構表面處理：將混凝土表層出現(xiàn)剝落、腐化等部位鑿除，并采用無機修補料進行修補。對被粘混凝土面用角磨機打磨，以除去表面的浮漿、油污，直至完全露出新面。打磨應平整，尤其是表面的凸起部位要磨平。轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀。采用無油壓縮空氣吹除粉塵，使得表面干凈并保持干燥。

（2）涂刷底層膠：底膠采用WSX底膠，涂刷前A、B組分按1：1的比例先后置于容器中，用電動攪拌器或手動攪拌，直至膠的色澤一致，無明顯色差。攪拌用容器內不得有油污，避免任何雜質進入容器。采用滾筒刷或毛刷均勻涂抹于混凝土表面，膠層厚度不超過0.4 mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡。待膠體表面指觸干燥后，再進行下一步施工。

（3）表面找平：混凝土表面若凸凹不平，出現(xiàn)高差的部位應用結構膠（修補型）填補平整。

（4）碳纖維布粘貼：本工程采用碳纖維布規(guī)格為300 g/m2，粘貼過程中盡量避免搭接，搭接部位沿纖維方向的搭接長度不得少于100 mm。浸漬膠采用WSX浸漬膠，調制方法同底層膠，均勻涂抹于所要粘貼的部位，膠層厚度2 mm。在搭接、拐角等部位要多涂抹一遍。粘貼碳纖維布，用滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡和多余膠液，并使粘貼用粘結劑充分浸透碳纖維布。

（5）涂面膠：在碳纖維布的表面涂抹面膠進行防護，要求涂刷均勻，不得有漏涂或涂刷不飽滿之處。

（6）檢測：一般采用非破損檢測。小錘敲擊檢驗碳纖維布的有效粘結面積。錨固區(qū)粘結面積不小于90%，非錨固區(qū)的粘貼面積不小于70%。

（7）表面處理：表面粘細砂一道，使表面粗糙化，干燥后在表面刷CPC防碳化涂料2道。

4 實施效果

4.1 施工質量檢測

粘鋼、粘碳纖維布施工質量按照《混凝土結構加固設計規(guī)范》（GB50367—2006）和《碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程》（CECS146-2003）要求按構件數(shù)量的10%，進行現(xiàn)場正拉試驗。試驗結果全部滿足規(guī)范要求。試驗結果見表1。

表1 現(xiàn)場正拉試驗結果

4.2 實施效果

粘鋼、粘碳纖維加固后，鋼板和碳纖維能夠與原混凝土之間共同工作，使加固體系與原構件形成一個良好的整體，提高了結構整體承載力，提高了結構構件的抗裂性，抑制了裂縫開展，達到了預期效果。