1.前言

      隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)和交通量的迅猛增加，大量的橋梁處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)�；炷�土橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用環(huán)境(如荷載、碳化、凍融、化學(xué)介質(zhì)侵蝕等) 作用下，引起結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，橋梁的承載能力降低，使用年限縮短，甚至出現(xiàn)橋梁坍塌情況。為了適應(yīng)我國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，以節(jié)約投資和可持續(xù)發(fā)展為原則，在橋梁梁板結(jié)構(gòu)功能沒(méi)有完全喪失，只是性能減弱及安全度下降的情況下，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)與加固處理，達(dá)到提高其承載能力、恢復(fù)其工作性能及延長(zhǎng)其正常使用年限效果。

       預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)是規(guī)范中規(guī)定可以在不卸荷、不阻斷交通情況下進(jìn)行有效加固的少數(shù)加固方法，同時(shí)所用材料具備高強(qiáng)纖維復(fù)合材料輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐老化的特點(diǎn)，加固后幾乎不增加原結(jié)構(gòu)的自重和體積，是非常理想的橋梁加固解決方案。

       預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)主要應(yīng)用于梁結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)，是一種通過(guò)對(duì)高強(qiáng)纖維復(fù)合材料（碳纖維板）施加預(yù)應(yīng)力，提升結(jié)構(gòu)承載能力、改善工作性能的主動(dòng)加固技術(shù)。2014年實(shí)施的GB50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維板的設(shè)計(jì)方法、材料要求作出了相應(yīng)規(guī)定。國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)已在全國(guó)進(jìn)行了數(shù)十個(gè)橋梁加固項(xiàng)目應(yīng)用，加固效果得到了較為廣泛的認(rèn)可，是一種未來(lái)橋梁加固領(lǐng)域不可替代的重要方法。目前國(guó)內(nèi)只有少量廠家擁有相關(guān)材料的全套生產(chǎn)、施工技術(shù)，跨度大、拉應(yīng)力大對(duì)材料和施工技術(shù)都提出了更高的要求。現(xiàn)將預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固橋梁混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝總結(jié)編制成工法。

2.工法特點(diǎn)

2.1 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固屬于主動(dòng)加固技術(shù)，利用碳纖維板高強(qiáng)、高彈的材料特性，通過(guò)對(duì)碳纖維板預(yù)張拉，產(chǎn)生初始預(yù)加力，用來(lái)平衡原梁一部分載荷，從而很大程度延緩裂縫的開(kāi)展和減小裂縫寬度，有效增加結(jié)構(gòu)剛度，減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度，緩解內(nèi)部鋼筋的應(yīng)變，提高鋼筋的屈服荷載和結(jié)構(gòu)的極限承載能力。

2.2 本工法裂縫修補(bǔ)與結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)同時(shí)進(jìn)行，選用緩粘結(jié)灌縫膠，保證預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)灌縫膠尚未完全硬化，便于結(jié)構(gòu)變形的恢復(fù)。

2.3 采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的混凝土結(jié)構(gòu)可以抵抗各種酸、堿、鹽的腐蝕，極大地降低了結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2.4 自重輕、易使用，作業(yè)輕松且不需大型機(jī)械設(shè)備。

2.5本工法采用嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)，其特點(diǎn)是先錨固后張拉，以構(gòu)件本身和先前的錨固作為張拉受力裝置，無(wú)需復(fù)雜的張拉機(jī)具，方法簡(jiǎn)便易行。

2.6采用預(yù)應(yīng)力碳纖維加固的混凝土結(jié)構(gòu)可有效提高被加固橋梁的抗彎、抗剪、抗疲勞強(qiáng)度，恢復(fù)撓度變形，閉合裂縫，增加剛度。

2.7 補(bǔ)強(qiáng)后基本不改變構(gòu)件的形狀與重量。

2.8 碳纖維板材更適用于采用預(yù)應(yīng)力加固方式，更能充分發(fā)揮碳纖維高強(qiáng)度作用。

3.適用范圍

3.1 適用于大跨度鋼筋混凝土橋梁加固，提升承載能力，廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力、非預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)。

3.2 橋梁截面類型和適用于空心板梁、箱型梁、T型梁截面增加預(yù)應(yīng)力加固。

3.3 適用于廠房等建筑，大跨度結(jié)構(gòu)梁預(yù)應(yīng)力加固。

3.4 適用于截面偏小或配筋不足的鋼筋混凝土受彎、受拉和大偏心受壓構(gòu)件的加固。本方法不適用于素混凝土構(gòu)件，包括縱向受力鋼筋一側(cè)配筋率低于0.2%的構(gòu)件加固。

4.工藝原理

       預(yù)應(yīng)力碳纖維板有配套的錨固單元，其與梁體的粘結(jié)主要還是依靠膠粘劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的裂縫進(jìn)行修復(fù)后，用機(jī)械錨具將已涂抹膠結(jié)劑預(yù)應(yīng)力碳纖維板安裝在構(gòu)件的設(shè)計(jì)部位，通過(guò)收緊夾具，使纖維布收緊，從而建立預(yù)應(yīng)力。將碳纖維布張拉至設(shè)計(jì)的預(yù)拉應(yīng)力為止。

5. 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 工藝流程

      鋼筋探測(cè)→鉆孔植入錨栓→梁底打磨→安裝錨板及滑槽→碳板下料及抹膠→安裝碳板→安裝夾具單元并張拉→夾具和錨板螺絲緊固→拆掉油缸并養(yǎng)護(hù)→拆除夾具→碳板防護(hù)→檢查驗(yàn)收。

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 梁底粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固設(shè)計(jì)方案

       本橋梁底加固中，采用lOcm寬碳纖維板材，粘貼于梁肋下方，對(duì)于空心板梁，一條肋下粘貼一條預(yù)應(yīng)力碳纖維板材，對(duì)于箱梁，一條梁肋下粘貼2-3條預(yù)應(yīng)力碳纖維板，錨固單元錯(cuò)開(kāi)布置。

       本橋粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板采用后張法，采用化學(xué)錨栓將預(yù)應(yīng)力板材一端錨固于梁底，另一端固結(jié)在張拉機(jī)具上，并在板材與梁體結(jié)合面上涂刷粘合膠，最后進(jìn)行張拉。碳纖維板材的張拉有配套的張拉機(jī)具實(shí)現(xiàn)，對(duì)于長(zhǎng)度小于20m的預(yù)應(yīng)力碳纖維板，采用單端張拉的方式；對(duì)于長(zhǎng)度大于20m的預(yù)應(yīng)力碳纖維板，采用兩端張拉的方式。下圖為空心板及箱梁預(yù)應(yīng)力碳纖維板橫斷面布置形式。

橫斷面圖

5.2.2 施工放線

       按照施工圖所示位置對(duì)碳板、錨板及滑槽位置進(jìn)行放線，并用墨線標(biāo)識(shí)。放線過(guò)程中因注意張拉端和錨固端的位置，為滿足作業(yè)空間需求，距離墩柱中心較遠(yuǎn)的截面碳板安裝張拉端滑槽。由于錨板為定型產(chǎn)品，放線過(guò)程中應(yīng)使碳板、錨板、滑槽板軸線，三線合一，以保證碳板的軸線受力可靠。

5.2.3 鋼筋探測(cè)

       放線完成后，對(duì)錨栓孔位進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)過(guò)程中加大探測(cè)區(qū)域，以使錨栓盡量避讓鋼筋。根據(jù)探測(cè)結(jié)果交設(shè)計(jì)調(diào)整。最后根據(jù)調(diào)整圖紙，實(shí)施放線鉆孔。

鋼筋探測(cè)

5.2.4 鉆孔

       M12化學(xué)錨栓，錨固深度70mm。M16化學(xué)錨栓，錨固深度90mm。根據(jù)放線結(jié)果進(jìn)行鉆孔。鉆桿垂直于梁底面，在鉆桿上用油漆標(biāo)識(shí)鉆孔深度，邊鉆進(jìn)邊控制孔深。為使所植錨栓與原構(gòu)件充分粘接，鉆孔完成后，將孔內(nèi)灰塵清理干凈，用氣泵、毛刷清孔，此過(guò)程要作到三吹兩刷，即吹孔三次、清刷兩次，清刷完畢后，用棉絲沾丙酮，清刷孔洞內(nèi)壁，使孔洞內(nèi)最終達(dá)到清潔干燥；如遇較潮濕的情況，還須用加熱棒，進(jìn)行干燥處理。清孔不得用水，孔內(nèi)如有積水應(yīng)清除。將植栓膠和錨栓放入孔內(nèi)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)加壓，使之錨固至孔底。養(yǎng)護(hù)需在靜載條件下進(jìn)行。不得用重物碰撞錨栓。

鉆孔植入錨桿

5.2.5 梁底打磨

       清理粘貼面混凝土表面浮漿，去除油污等異物，打磨凸角，使堅(jiān)實(shí)的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平處應(yīng)用尖鑿輕鑿整平,再用角磨機(jī)清除表面浮漿，剔除表層疏松物，最后用無(wú)油壓縮空氣吹除表面粉塵或清水沖洗干凈，待完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面。

梁底打磨

梁底找平

5.2.6 錨板和張拉臺(tái)座安裝

       如遇到鋼筋，則需要安裝輔助錨板和輔助滑槽板，輔助錨板和輔助滑槽板均采用Q235C d=12mm的鋼板定型加工而成，采用灌注膠工藝。先對(duì)其進(jìn)行鉆孔，最后進(jìn)行鋼板灌膠施工。輔助鋼板安裝完成后，安裝錨板及張拉臺(tái)座滑槽。

錨桿和張拉臺(tái)座安裝

5.2.7 碳板安裝

       按照設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的長(zhǎng)度，裁剪碳纖維板，同時(shí)進(jìn)行膠粘劑的拌制，應(yīng)延長(zhǎng)膠粘劑攪拌時(shí)間且攪拌均勻。為使碳板粘接面膠粘劑均勻無(wú)氣泡，應(yīng)先使用抹刀在碳纖維復(fù)合板材粘貼面刮抹少量膠粘劑，并且用力刮抹數(shù)遍，然后，按照碳纖維復(fù)合板材寬度方向中間厚、邊緣薄的原則進(jìn)行刮抹。完成后將碳纖維板的兩端分別插入夾具單元槽內(nèi)，合上夾具單元并將夾具單元上的固定螺絲擰緊；初步固定錨固后固定張拉單元并放置液壓油缸。

碳板安裝

5.2.8 碳纖維板張拉

（1）確保液壓油缸、碳板、錨板軸線三線合一。碳板膠粘劑抹好后，應(yīng)立即進(jìn)行張拉。

（2）張拉采用單端張拉。張拉前應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備及配套油表進(jìn)行配套標(biāo)定，完成才能進(jìn)行張拉。

（3）張拉施工采用逐級(jí)張拉，每級(jí)應(yīng)持荷5min，并量測(cè)記錄伸長(zhǎng)量。張拉施工以張拉力為主，伸長(zhǎng)量為輔進(jìn)行雙控。實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量控制誤差為±6%。

（4）初張拉為10%的控制應(yīng)力即12KN，再以20%和60%施加預(yù)應(yīng)力，最后張拉至100%。張拉過(guò)程中嚴(yán)格控制張拉速度，要求緩慢、均勻、平穩(wěn)。

（5）初張過(guò)程中，如碳板表面膠粘劑流失，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行補(bǔ)膠。

（6）當(dāng)預(yù)應(yīng)力施加到100% 即張拉力為120kN時(shí)，復(fù)驗(yàn)碳纖維板張拉伸長(zhǎng)值，并持荷5分鐘。張拉控制應(yīng)力為1000MPa，伸長(zhǎng)量為6‰。

（7）張拉持荷后將固定螺絲固定好，卡緊張拉單元和夾具單元間的位置。之后卸除液壓油缸，并將錨固板固定緊。

（8）待膠粘劑固化完畢后，即可進(jìn)行張拉單元和夾具單元的拆除，拆除完畢后，將多余的碳纖維板和錨栓端部進(jìn)行切除。張拉機(jī)具拆除完畢后，僅在結(jié)構(gòu)上剩下碳纖維板、粘板膠、錨固板和錨栓，以確保加固后對(duì)結(jié)構(gòu)自重增加最小；嚴(yán)禁將張拉機(jī)具永久固定在結(jié)構(gòu)上。

液壓油缸安裝

碳纖維板張拉

5.2.9 碳纖維板表面防護(hù)

        碳纖維板張拉完成以后，與梁體一道，在碳纖維板表面涂刷一層聚氨酯面漆，涂刷要均勻，美觀。

5.2.10 注意事項(xiàng)

（1）為保證施工安全及連續(xù)性，在施工前必須對(duì)施工機(jī)具、臨時(shí)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查、核對(duì)，確保萬(wàn)無(wú)一失后方可施工。

（2）碳纖維復(fù)合板粘貼表面應(yīng)采用粗砂布進(jìn)行交叉打磨糙化處理，并用無(wú)水乙醇擦拭干凈。

（3）張拉前應(yīng)對(duì)油泵和壓力表進(jìn)行配套標(biāo)定。

（4）在膠粘劑凝固之前，嚴(yán)禁活載對(duì)膠粘劑的過(guò)大擾動(dòng)，以保證黏結(jié)效果。

（5）碳纖維板為導(dǎo)電材料，使用碳纖維板時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源。使用中應(yīng)避免碳纖維板的彎折。碳纖維板下料裁剪時(shí)應(yīng)預(yù)留足夠的尺寸滿足工作長(zhǎng)度要求。膠粘劑應(yīng)密封儲(chǔ)存，遠(yuǎn)離火源，避免陽(yáng)光直接照射，膠粘劑的配制和使用場(chǎng)所，應(yīng)保持通風(fēng)良好。現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)根據(jù)使用材料采取相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)措施。

（6）膠粘劑應(yīng)適用期內(nèi)使用完成。

（7）碳板張拉的縱向前后不得站人，量測(cè)伸長(zhǎng)量應(yīng)在兩側(cè)進(jìn)行測(cè)量。

（8）膠粘劑時(shí)，應(yīng)佩戴口罩、手套等必要的安全保護(hù)措施。

（9）施工現(xiàn)場(chǎng)使用膠粘劑時(shí)必須保持通風(fēng)，注意防火；如不慎污染到皮膚，可用無(wú)水乙醇擦拭后清水沖洗；

6.材料與設(shè)備

6.1 材料

       施工中所需材料按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定和業(yè)主的準(zhǔn)入規(guī)定進(jìn)行購(gòu)買和運(yùn)輸，保證材料安全、及時(shí)的運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。施工所用化學(xué)錨栓、結(jié)構(gòu)膠、碳板、錨具等進(jìn)行充分的儲(chǔ)備以滿足施工需要。進(jìn)場(chǎng)材料必須經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格，且經(jīng)自檢和抽檢合格后，才能投入使用。

對(duì)不同規(guī)格、型號(hào)的材料要分類、分型號(hào)儲(chǔ)備。到場(chǎng)的材料采取集中遮蓋堆放，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)看守，防止被盜和損壞。

材料情況一覽表

碳纖維板膠黏劑

碳纖維板膠黏劑的主要性能指標(biāo)如下：

       采用優(yōu)質(zhì)改性環(huán)氧樹脂類膠黏劑；膠黏劑、碳纖維浸漬、粘貼用膠黏劑的安全性檢驗(yàn)指標(biāo)符合《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T J22-2008）A級(jí)膠的要求，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求如下：

碳纖維板膠黏劑性能指標(biāo)

化學(xué)錨栓用膠

       為減小加固期間對(duì)交通的影響，本工程化學(xué)錨栓用膠采用改性乙烯基類，符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB／50367-2013中錨固型快固結(jié)構(gòu)膠安全性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求�；瘜W(xué)錨栓錨固用膠主要設(shè)計(jì)指標(biāo)要求如下：

化學(xué)錨栓錨固用膠粘劑安全性能指標(biāo)

化學(xué)錨栓錨固用膠粘劑安全性能指標(biāo)

6.2 設(shè)備

      按照施工部署，施工所需機(jī)械設(shè)備提前到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，做好開(kāi)工準(zhǔn)備。施工機(jī)械以自有為主，社會(huì)租賃為輔。

機(jī)械設(shè)備表

7.效益分析

7.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

       采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固，由于碳纖維板處于張緊狀態(tài)，且粘結(jié)層經(jīng)過(guò)改良， 粘結(jié)層不易剝離，具有更好的耐久性，預(yù)應(yīng)力加固的耐久性長(zhǎng)。而且即使粘結(jié)層剝離，機(jī)械錨固的存在使得碳纖維板不會(huì)脫落，加固不會(huì)完全失效。大幅度降低了加固維修的費(fèi)用。

7.2 社會(huì)效益分析

       預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固屬于主動(dòng)加固技術(shù)，無(wú)需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載。預(yù)應(yīng)力碳纖維加固，降低了材料的用量，十分符合節(jié)約資源，合理利用資源的國(guó)情。并且由碳纖維板加固提高了橋梁的使用壽命，也避免了因重復(fù)建設(shè)造成自然資源的浪費(fèi)， 具有良好的社會(huì)效益。

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