預應力碳纖維板在小橋加固維修中的應用

李成敢

甘肅省交通建設集團有限公司 甘肅蘭州 730030

1 應用研究的目的及意義

針對目前橋梁出現橋面鋪裝破損、梁板裂縫、鉸縫脫落等病害，造成單板受力，橋梁承載能力降低等突出問題；我們本著節約成本、提高橋梁承載能力，通過應用預應力碳纖維板技術，對構件進行加固補強，提高橋梁承載能力，延長橋梁使用壽命，也隨著碳纖維成本的降低及制造復合材料技術的突破，碳纖維復合材料在土木工程領域，作為適合的纖維復合加固材料，其使用量正在逐年增長。

2 橋梁病害

（1）橋面鋪裝在鉸縫部位出現坑槽和縱向裂縫；板間滲水，板底水蝕；鉸縫混凝土開裂、脫落；（2）橋面排水不暢，雨天橋面積水；（3）空心板7#、8#和9#板底出現橫向裂縫；

3 預應力碳纖維板

預應力碳纖維板技術是一項新型加固補強技術，預應力加固技術可使碳纖維在承擔結構傳遞的荷載應力之前就已經處于較高應力水平，預先發揮了一定的強度，從而使其高強性能得到充分利用。預應力碳纖維加固法可提高開裂荷載、屈服荷載，改善使用荷載下的性能。其充分發揮了碳纖維材料的高強性能，有效提升結構承載力與抗彎剛度，節約碳纖維用量，降低工程總造價。并且有重量輕、空間要求小，碳纖維強度高等優點、質量僅為鋼的1/5，基本不增加原結構自重，施工占用場地少，加固完成后不影響原結構使用空間。而且具有良好的耐久性和耐腐蝕性，不須定期維護。

4 碳纖維板的施工工藝及技術要求

4.1 加固前對板底混凝土表面處理及裂縫進行修復

4.2 千斤頂標定，錨固區定位

（1）對千斤頂進行標定。（2）用鋼筋探測儀探明板底鋼筋位置，在混凝土板底按照設計圖紙進行放樣，以便能確定錨具的安裝位置。

4.3 基礎清理找平

（1）在板底需粘貼碳纖維板的部位，除去表面2-3mm厚的砂漿層，直至露出堅實的骨料，打磨后用強力鼓風機清除灰塵。x（2）如表面低洼處較深，需涂抹找平膠找平。

4.4 化學錨栓打孔、植筋

（1）避開已探明的鋼筋位置，用電錘在錨固區(張拉區)各打4 個植筋孔，鉆孔直徑φ16±2mm，鉆孔深度160(350)±5mm，鉆孔時應垂直梁體，孔洞與基面的垂直度為90°±2°，孔洞中心距離的誤差≤5mm；（2）將雜質徹底清理干凈，植化學錨栓前用丙酮或酒精擦拭孔壁、孔底和錨栓；（3）確認玻璃管錨固包無外觀破損、藥劑凝固等異常現象之后才可使用。將藥包玻璃管圓頭朝內放入潔凈的植筋孔，推至孔底。（4）用電錘將螺桿緩慢旋轉強力植入孔底，以使玻璃管擠壓破碎并強力混合錨固藥劑，但不應采用重錘或扳手將螺桿強行錘入的沖擊方式植入。（5）當旋至孔底時立即停止旋轉，確保螺桿頂端在同一平面上且與基面垂直，并能與錨固支座配合緊密。植筋后的中心距離偏差≤3mm。（6）在化學錨栓凝膠后至完全固化前的時間內避免觸動或振動，至少放置24h才可進行下一道工序。

4.5 安裝固定端及張拉端錨固體系

（1）待化學錨栓完全固化后，將固定裝置及張拉裝置與梁面貼合的一面及梁面本身同時涂抹結構膠，抹膠時應中間厚兩邊薄，厚度≥5mm。（2）將裝置預留孔按對應孔位的位置與化學錨栓緊密貼合，調平之后迅速擰緊螺帽，使其壓實。（3）將碳纖維板錨具兩端分別安裝在錨固區及張拉區上，用千斤頂施加預緊力到張拉力的3%之后，檢查碳纖維板與梁面間是否有接觸之處，如有接觸需將梁面打磨平整，使其與碳纖維板有至少2mm的縫隙。（4）將裝置周圍擠出的結構膠清理干凈，在預緊期間結構膠未固化的情況下適當調整固定端及張拉端位置。根據環境溫度放置至少1-3天才可進行張拉施工，期間避免振動。待結構膠固化后將碳纖維板從梁上卸下。

4.6 安裝千斤頂，張拉碳纖維板

（1）用丙酮或酒精將碳纖維板與梁面貼合的一面擦洗干凈，然后配置碳纖維粘結膠，立即用滾筒刷將粘結膠均勻涂抹在碳纖維板上，抹膠時應中間厚兩邊薄，中間抹膠厚度≥5mm，如碳纖維板與梁面間距較大，抹膠厚度需相應增加。（2）先在固定端安裝上碳纖維板，再在張拉端安裝碳纖維板。（3）在張拉端安裝千斤頂，確保千斤頂中心線與碳纖維板中心線重合，用手動油泵給千斤頂加油，為碳纖維板施加10%的應力，使其繃直預緊，然后回油卸力歸零，再次檢查整個錨固體系的位置及外觀情況，記錄張拉端錨具、千斤頂活塞等的初始位置。（4）檢查正常后開始張拉，按照20%、40%、60%、80%、100%的應力逐級張拉，每級張拉到位后擰緊鎖緊螺母，保壓2分鐘，測量并記錄錨具、活塞等位移情況，檢查錨固體系各部位受力情況。（5）當張拉位移超出千斤頂行程時，需先用鎖緊螺母擰緊鎖死張拉桿，記錄此時的張拉力，再卸去千斤頂油壓并回程，然后在千斤頂與張拉裝置之間墊入合適厚度的鋼板，重新用千斤頂張拉，在張拉力達到此前張拉值時繼續平穩給力張拉至規定值。（6）當張拉力施加到100%時，擰緊鎖緊螺母，記錄數據并保壓2分鐘。觀察無異常現象后卸力。拆除工具拉桿、千斤頂，如張拉桿過長可切除，但鎖緊螺母后端至少留30mm。（7）若梁需對稱張拉，需兩根碳纖維板同時張拉，確保梁兩面施加預應力時的均衡。

4.7 安裝壓緊條

在碳纖維板上每隔3米處用螺栓安裝固定一件壓緊條。壓緊條與碳纖維板接觸面需涂抹黃油或塞一層橡皮墊，以免損傷碳板。

4.8 刷涂保護層，兩端錨頭防護處理

（1）在碳纖維板表面均勻刷涂一層保護材料。（2）在兩端錨固區放置一層金屬網格，再用聚合物砂漿刷涂封錨或支模進行澆筑封錨。

5 施工注意事項

（1）鉆孔定位準確，避開梁板鋼筋網。（2）施工前需檢查碳纖維板表面及兩端錨頭處是否完好無損。（3）化學錨栓植筋時應一次完成，檢查其可靠性。（4）碳纖維板抹膠時，根據實際情況，在碳板與梁面無接觸的部位不需涂抹膠粘劑。一般可在接近固定端及張拉端錨具的最后80mm一段不要涂抹。（5）張拉時注意觀察千斤頂行程，在接近行程之前即應停止張拉，及時按要求加裝墊塊后再繼續。（6）在低溫環境下施工時，須嚴格按照各膠粘劑的使用說明進行，確保其完全固化之后才能進行張拉施工。

6 結語

預應力碳纖維板加固橋梁技術具有傳統碳纖維加固技術與體外預應力都無法比擬的優勢所在，并在提升橋梁結構的承載力、抗彎剛度、抑制裂縫、改善結構內力分布以及減小結構變形等方面都發揮了不可或缺的作用。