梁桥加固中预应力碳纤维板的应用

张振伟

（中交建冀交高速公路投资发展有限公司，河北 石家庄 050011）

1 工程概况

某桥梁工程是一座跨河大桥，全长420m，共计21跨，该桥上部结构采用的是简支T梁，高度为1.3m，单跨由6 个T 梁组合而成；下部结构为桩柱式墩台。该桥于2001 年11 月末建成投用，经过长时间的使用，桥梁出现不同程度的病害问题，导致结构耐久性下降。通过对该桥全面检测后得知，T 梁腹板位置处有裂缝，连接横隔板的钢板发生断裂，鉴定结果为4类，依据现行规范标准的规定要求，应对该桥进行修复加固，提高结构稳定性和承载力。经研究后决定，采用预应力碳纤维板加固桥梁。

2 预应力碳纤维板在T梁桥加固中的应用

2.1 加固方案

根据T梁桥现有的病害问题，在充分考虑技术先进性和经济合理性的前提下，拟定如下加固方案：修补T梁腹板上的裂缝，将预应力碳纤维板黏贴在T 梁底部，在修补裂缝的同时，起到结构加固的效果，进一步提升T梁的承载力；在T梁的梁肋上，每隔0.5m黏贴一道厚度为6.0mm、宽度为0.5m 的钢板，借此来增强T梁的抗剪能力[1]；采用黏贴钢板的方法，对T 梁的中横隔板加固，以高强度螺栓固定钢板，桥面铺装层全部凿除后重新铺设，在原本的基础上加大横向钢筋，提升传力性能。

2.2 施工工艺流程

在应用预应力碳纤维板加固T梁桥的过程中，为达到预期中的加固效果，要对施工工艺流程加以了解和掌握，以此来确保施工能够顺利开展，并在规定的时间按质按量完成。预应力碳纤维板加固的工艺流程如下：

（1）按照待加固桥梁的状况，结合制定的加固方案，对桥梁加固施工中需要使用的碳纤维数量、尺寸、张拉力以及加固位置等合理确定。根据图纸要求，在指定的生产厂家，制作配套的锚具及碳纤维板。在施工现场内，准备好相关的材料和机具设备，依据现场的实际情况，在适宜的位置搭设作业平台或支架。对采购的液压千斤顶做标定处理，使用钢筋位置扫描装置，对混凝土结构中的钢筋位置加以确定，避免后续安装锚具时，与现有的钢筋发生冲突，导致钢筋损伤，影响结构稳定性的情况发生。按设计图纸的要求，在混凝土梁体表面测量放样，通过钢尺、水平仪等设备完成定位，以梁中心线为依据，对预估位置初步确定，在实际定位的过程中，需要充分考虑钢筋和波纹管的避让。

（2）采用预应力碳纤维板加固T 梁混凝土结构前，要对表面明显的裂缝及其他缺陷做简单的修补，避免对加固效果造成不利影响。修补完毕后，对待加固的构件表面全面清理，将杂质去除，清表的厚度控制在2.0～3.0mm，以混凝土中的骨料外露为准，随后使用砂轮打磨，使表面平整，再用乙醇清洗，晾干后待用。当待加固的混凝结构表面局部存在较深的低洼，打磨无法平整时，可以使用找平胶做找平处理。

（3）使用电锤在锚固区和张拉区域内打设植筋孔，打孔过程中，要避开之前探明的钢筋位置，防止打到钢筋上造成结构损伤。植筋孔的直径及深度要符合设计要求，孔位打好后，及时用清孔器将孔内的灰尘全部清除。在向孔内植入化学锚栓前，要先用丙酮或是酒精，对孔壁、孔底以及锚栓孔进行擦拭，然后用电锤将螺杆缓慢旋压至孔底，与锚固剂混合，待螺杆旋压至孔底后及时停止旋转，保证螺杆的顶端处于同一水平面内并与基面相垂直，与锚固基座能够紧密配合。化学毛刷植入孔内后，在植筋胶完全凝固前，不得振动或扰动，以免影响植筋质量，下道工序可再植筋24h后开展。

（4）当化学锚栓固化后，在固定装置、张拉装置与梁体的结合面涂抹厚度为5.0mm的结构胶，按对应孔将装置与化学锚栓结合，经调平处理后，将螺帽拧紧，以达到压实的效果。随后将碳纤维板的一端安装在锚固区，另一端安装在张拉区，并使用千斤顶施加预应力的3%，检查碳纤维板与梁面有无接触，若有则将梁面打磨平整，使碳纤维板与梁面之间有2.0mm以上的缝隙。检查装置两端，看有无结构胶，如果有要及时清理干净，并在预紧期内，结构胶未完全开化时，对固定端及张拉端的位置做适当调整，依据施工现场的环境温度，放置24～48h，便可开始张拉作业。

（5）使用丙酮或是酒精，对碳纤维板及梁体表面的一侧做清洁处理，去除灰尘和杂质，配制黏合剂，黏贴碳纤维板。在黏贴的过程中，涂抹黏合剂时，要保证涂层中间的厚度高于两侧，以便用刮刀黏贴时，能够将多余的胶刮掉，使碳纤维板与混凝土黏结得更加牢固。安装碳纤维板的过程中，先对固定端支座进行安装，随后安装张拉端，使固定端和张拉端与碳纤维板形成整体。加工液压千斤顶安装在碳纤维板中心线位置处，以液压泵对千斤顶施加压力，先施加10%的应力，随后卸载，对初始位置做好记录，检查确认无任何问题后，便可开始张拉。

（6）当预应力张拉完毕后，在碳纤维板上安装压紧条，间距控制在3.0m，用螺栓固定。最后刷保护层，砸锚固区放置钢筋网格，以聚合物砂浆浇筑封锚即可。通过上述工艺流程便可完成预应力碳纤维板的施工，达到加固效果。

2.3 施工技术要点

2.3.1 前期准备

（1）预应力碳纤维板加固施工前，要准备各种材料与施工工具，在指定的工厂加工锚头，并将加工好的锚头固定于碳纤维板的端部，同时，在工厂预制固定端及张拉端锚具和底座，确保表面光滑、无破损的情况。所有外购的液压千斤顶在使用前均必须标定，并依据现场的实际情况，搭设支架或是作业平台[2]。

（2）为使碳纤维板能够与混凝土黏结得更加牢固，在施工前，要对混凝土表面做如下处理：去除掉混凝土表面一定范围内的杂质，确保表面洁净，然后打磨混凝土表面，使其露出坚实的骨料，最后用乙醇将表面的浮灰全部擦拭干净即可。混凝土表面若是存在坑洼不平的情况，可以用找平材料处理，裂缝通过压力灌浆的方法处治，使之快速封闭。

2.3.2 定位放样

（1）依据设计图纸的要求，由专业的测量小组负责在T梁上放样，通过水平仪、钢尺等仪器设备完成定位，按T 梁中心线对具体位置初步预估，在实际定位时，要避让钢筋及波纹管。

（2）通过钢筋位置扫描仪，对T梁混凝土结构中的钢筋位置加以确定，这样能够防止后续安装锚具时与钢筋位置发生冲突，使钢筋受损的情况发生。

（3）使用手持式切割机，根据放样位置，对固定端和张拉端的底座槽现场切割，确保槽宽和槽深与设计要求相符。

2.3.3 植入锚栓

（1）植入锚栓的过程中，要避开混凝土结构内已经探明的钢筋位置，在确定好的锚固区和张拉区内，使用电锤开设植筋孔，按照设计图纸的要求，对孔径、孔深及钻孔数量予以确定，保证孔位准确[3]。

（2）成孔后，及时用清孔装置将植筋孔内的灰土层清除干净，并用丙酮对孔壁和孔底全面擦拭，随后将药包玻璃管的圆头朝内，插入植筋孔内，缓慢推至孔底。用电锤将螺杆旋压入孔，与锚固药剂混合到一起。

（3）螺杆植入孔底后，要停止旋转，使其顶端与基面保持垂直状态，能够与锚固支座紧密配合。锚固胶凝固硬化的过程中，要避免振动锚杆，达到24h后方可进入下道工序[9-10]。

2.3.4 锚固体系安装

（1）当锚栓彻底固化之后，将固定端和张拉端的底座，与T 梁结合的混凝土表面均匀涂抹一层厚度在5.0mm 左右的结构胶，随后将底座上的预留孔与锚栓紧密结合，调平后将螺帽拧紧，以此来达到压实的效果[4]。

（2）将预应力碳纤维板的一端安装在固定端上，另一端安装于张拉端上，随后开启液压千斤顶，增加预应力的3%，检查板面与梁面是否接触，若是接触，则应对梁面打磨处理，使其表面平整。

（3）挤出的结构胶要在固化前清理干净，并在预紧期间，结构胶尚未完全固化时，对固定端和张拉端的位置做适当调整。随后将液压千斤顶与碳纤维板全部卸下，按施工现场的温度，放置24～72h 后方可张拉，期间要避免出现强烈的振动[5]。

2.3.5 碳纤维板黏贴与张拉

（1）在碳纤维板安装前，要先用丙酮清洁T梁表面及碳纤维板的黏贴面，处理完毕后匹配黏合剂。涂抹黏合剂时，应确保中间部位的黏合剂厚度略大于两边，以便用刮刀将多余的黏合剂向两边刮出，使碳纤维板面与T梁混凝土表面黏贴得更加紧密。安装碳纤维板的过程中，要确保顺序正确，即先安固定端支座，再安张拉端，使二者与碳纤维板形成整体[12]。

（2）碳纤维板张拉时，可于板的中心线位置处安装液压千斤顶，先向碳纤维板施加10%的预应力后卸载，将初始值准确记录；碳纤维板正式张拉前，要做好相关的检查工作，确认无任何问题后，便可开始张拉作业，按每10%拉力梯度张拉，直至达到100%应力为止。为确保张拉达到预期中的效果，应在每次张拉后，保持2min 左右，同时对碳纤维板回缩位置准确测量。当施加的应力达到100%后[6]，要及时将位于锚具两端的螺母拧紧，并记录碳纤维板回缩的数据。T 梁需要以对称的方式开展张拉作业时，要对两根碳纤维板同步张拉，以保证T梁两个面上施加的预应力相同[13]。

（3）当碳纤维板张拉完毕后，便可开始黏贴，具体做法如下：先用刮刀蘸取适量的结构胶，然后从碳纤维板的中间位置处逐步向两侧压实，要保证均匀，以挤出内部的结构胶，提高黏贴的密实度。待碳纤维板贴好后，必须及时将两边挤出的结构胶清理干净。每间隔3.0m，安设一根压紧条并用螺栓对压紧条固定。

2.4 技术措施

（1）与不需要黏贴的体外预应力技术相比，预应力碳纤维板加固的优点更为明显，即采用黏贴的方法，能够使碳纤维板与混凝土形成一个完整的整体。在此整体中，碳纤维板与混凝土会共同受力，对于T梁结构中的裂缝具有限制效果，结构本身的承载力也随之提升。基于这一前提，在具体施工中，应确保预应力碳纤维板与混凝土黏贴得足够牢靠。为此，要对混凝土接触面打磨抛光，去掉浮浆，并用树脂胶对存在空洞的位置填补修复[7]。

（2）锚具安装的准确性，与碳纤维板受力的均匀性密切相关，为此，在施工过程中，要严格按照现行规范标准的规定要求，对锚具准确安装，防止碳纤维板出现偏拉的现象。

（3）碳纤维板施工完毕后，为防止板面受到外部环境影响出现损伤的情况，可采取相应的防护措施，如使用聚合物水泥砂浆，对碳纤维板的外立面进行覆盖等[8]。

3 结语

在应用预应力碳纤维板加固T梁桥的过程中，为达到预期中的加固效果，要对施工工艺流程的加以了解和掌握，以此来确保施工能够顺利开展，并在规定的时间按质按量完成。当预应力张拉完毕后，在碳纤维板上安装压紧条，间距控制在3.0m 并用螺栓固定。最后刷保护层，砸锚固区放置钢筋网格，以聚合物砂浆浇筑封锚即可。

在T梁桥加固中，应用预应力碳纤维板时，为达到预期中的加固效果，必须保证碳纤维板的整体质量。要求作业人员掌握相关的技术要点，并通过有效的措施，对施工质量加以控制，最大限度发挥出碳纤维板的作用，提高桥梁结构的承载力。