預應力碳纖維板舊橋梁底加固新技術研究

史立濤

（山東建峰工程項目管理有限公司，山東 煙臺 264003）

橋梁工程為推動社會及經濟發展作出了極為重要的貢獻，然而隨著橋梁的長時間服役運行，難免會發生一些自然病害及人為損壞等問題，若不妥善解決這些問題，不但會影響橋梁的質量及壽命，還會帶來極大的行駛安全隱患。因此，為確保舊橋可以長期安全地運行，對其產生的病害問題進行相應的加固處理非常有必要。目前，用于舊橋加固的技術很多，其中預應力碳纖維板加固技術是近幾年迅速發展并廣泛應用的一項新型技術，為了驗證這項技術的應用效果，文章就此展開詳細的論述。

1 預應力碳纖維板加固技術概述

預應力碳纖維板應用于舊橋加固施工，可以有效增強橋梁的強度、質量及耐腐蝕性等，因此得到了大力的推廣及應用。碳纖維板的彈性模量與鋼筋的彈性模量一樣，只是碳纖維板的抗拉能力更強，所以如果是正常使用的情況下，碳纖維板材的利用率不高，很難發揮出碳纖維板應有的價值及加固作用。預應力碳纖維板加固技術是利用環氧膠碳纖維板并在其上面施加合適的預應力張拉，然后布置在舊橋梁的裂縫等病害位置，從而使病害問題得以修復，并有效增強了舊橋的強度。相比較于傳統的不施加預應力的碳纖維板粘貼加固技術，應用預應力碳纖維板加固后，碳纖維板會承受橋梁受力后的絕大部分應力，有效解決了應變滯后的問題，并可充分發揮出碳纖維板材的高強度等優勢及價值，增強舊橋的荷載能力的同時，有效延長舊橋的使用壽命。

2 實例分析

某大橋工程總長430m，橋梁共計11跨，跨徑組成為 2×30m+3×50m+2×50m+4×30m，并設計橋梁交角為90°。該大橋上部由預制預應力混凝土連續T梁及箱梁裝配而成，橋梁預制中心梁高度分別為280cm、160cm。該大橋采用雙向坡，且順著路線方向設計左右兩邊梁頂板預制橫坡都往外側下方傾斜2%；一跨中間的T梁頂板設計為2%的雙向坡，也就是兩邊翼緣均往外側下方傾斜；橋梁底部預制均是平坡。該大橋總共使用了24片30m箱梁及25片50mT梁。

2.1 病害情況

該大橋在建成投入運行3年后出現了一些病害，經專業檢測后得出：該大橋的各T梁跨中腹板部位出現一些豎向裂縫（見圖1），且T梁兩頭腹板部位也出現了一些斜向裂縫（見圖2）；整個大橋的橫隔板均出現砼開裂，有鋼板露出來且被銹蝕；橋梁表面也有局部損壞情況，且伸縮縫存在堵塞和橡膠條損壞的情況。

圖1 豎向裂縫

圖2 斜向裂縫

2.2 加固方案

結合該大橋的病害問題設計了針對性的加固方案，即選用裂縫修補膠封閉處理T梁上的裂縫，再處理橋梁表層的鋼筋外露及混凝土剝離脫落等病害；然后應用預應力碳纖維板技術加固第4～6跨的T梁腹板靠近底部的側面，確保主梁能保持足夠強的抗彎承載力，并在各T梁臨近支座的部位粘貼“U”型鋼板，確保主梁保持足夠強的抗剪承載力，也在橫隔板的兩邊粘貼了鋼板，確保大橋保持良好的橫向聯系，減小單個梁片的受力。

2.3 加固施工

（1）基底處理。在開始加固施工前，必須處理好基底才能確保碳纖維板得以高效應用，并使大橋達到理想的加固效果。這就要求先把大橋的損壞部位修復好，清理碳化及損壞部位，并對銹蝕的鋼筋進行除銹及防腐處理，再修補好缺口及損壞部位，確保大橋的完整性。用磨光機對需粘貼碳纖維板的基面位置進行打磨及清理，并使用壓縮空氣吹掉浮塵，針對表面凹凸不平較嚴重的位置，涂上找平膠。間隔一定時間，待大橋表面完全干燥達到加固施工要求后，開始加固施工。

（2）涂刷底層。結合現實要求設計并配制出所需的涂料，攪拌充分且均勻，并立即進行涂刷操作，以防涂料發生固化。

（3）碳纖維板粘貼。①準確測算出大橋需加固的具體面積大小，依此明確碳纖維板材的實際用量，并根據大橋加固部位的形狀剪裁出碳纖維板。該大橋加固所用的都是小于2m的碳纖維板。②等要加固部位底漆干燥度達到要求后，配比并拌制環氧樹脂主劑和固化劑，均勻拌制2min。③把拌好的環氧樹脂用專用的滾輪毛刷涂到底漆上，確保涂得均勻，且根據加固部位的粗糙程度來確定環氧樹脂的具體用量。④涂完環氧樹脂后及時粘貼碳纖維板，并沿纖維方向選擇滾輪毛刷或橡皮刮刀把碳纖維板整理平整，不可有氣泡。順纖維方向預留10cm的長度空間，以便后續搭接施工，短方向上不用預留。⑤粘完碳纖維板之后必須靜放30min，如果此時段內發生浮出或脫線等現象，必須用滾輪毛刷或橡皮刮刀及時壓平并修改好，確保加固效果。這個過程中要確保現場足夠整潔且空氣流動良好，施工操作人員也必須穿戴好護具，以保證安全。

（4）養護。必須在粘完碳纖維板后及時實施相應的養護措施，養護時間應達到7～14d，并適當封閉或遮擋那些易受外界因素影響或擾動的部位，以確保加固施工達到預期效果。

3 加固效果分析

3.1 計算結論

應用預應力碳纖維板對該大橋加固后，為驗證效果，測算了大橋4～6跨T梁的跨中截面增加的抗彎承載力和安全系數（見表1）。由表1可以得出，加固后，大橋的安全系統大于1，滿足標準要求，且經測算截面受壓部位高度也符合標準要求。

表1 計算結果

3.2 預應力徐變觀測分析

碳纖維板會受車輛荷載影響而發生徐變，對預應力產生不利影響，使得難以長時間維持良好的加固效果。所以，在完成大橋加固后，應對該大橋的碳纖維板的預應力實施長期監測。具體方案：選擇T梁跨中底板兩邊的碳纖維板、跨中兩邊腹板的碳纖維板及1/4截面底板兩邊的碳纖維板為對象進行監測，且各碳纖維板上均安裝一個光纖光柵傳感器，總共設了6組監測對象，并按1～6標好編號；然后長期監測碳纖維板長時間受荷載影響而產生的徐變情況，并準確算出預應力的損失情況（見表2）。由表2可知，碳纖維板整體在3個月中發生一些徐變且緩慢增長，最終趨于穩定。比如1號碳纖維板最大徐變值是21.55，前兩個月徐變值達到20.45，最后一個月增長速度不到1，非常緩慢，這說明碳纖維板的徐變趨于穩定，初始徐變預應力損失（包括碳纖維板徐變及錨具滑移）為0.37%。經測量，錨具沒有發生太大的松動及側滑，使用錨具能很好地防止出現碳纖維板因錨具滑動而出現預應力損失。因此可以得出，預應力碳纖維板加固技術和傳統利用有機膠粘貼碳纖維板加固的方式是有本質區別的，預應力碳纖維板加固技術是利用錨具把碳纖維板牢靠地錨固到要加固的橋梁結構上，從而有效杜絕了因有機膠水老化而導致橋梁加固部位耐久性差的問題。

表2 碳纖維板徐變監測值

4 結束語

綜上，通過實踐證實了應用預應力碳纖維板技術對舊橋進行加固，不僅可以很好地增強舊橋的承載能力，而且也能有效解決舊橋的裂縫及撓度變形等問題，有著很好的加固效果。同時在適用性、安全性、耐久性及經濟性等方面有著明顯的優勢，所以，應積極推廣并應用。