粘贴碳纤维布及钢板加固技术在桥梁中的应用

黄 龙

(湖南强邦土木技术有限公司，湖南 长沙 410000)

1 工程概况

H大桥位于黄河大桥的南部接线上，在1989年建成，属于简支板梁桥，桩号为K670+720，跨径在3～10 m之间，交角为120°，总长度为34.04 m，桥面的总宽度为23.0 m，高度为3.5 m，护栏尺寸为2×0.5 m，桥体的上方采用预应力混凝土空心板，下方采用四柱式墩台与钻孔灌注桩。近年来，在桥梁质量检测中发现1#与2#墩盖梁存在安全隐患，已经对桥体的正常使用构成威胁，经过安全等级评定该桥为“危桥”，主要病害为：1#中墩盖梁底面混凝土过于松散、保护层面腐蚀严重，出现明显的腐蚀与剥落，梁底主筋与箍筋暴露出来，且有严重的腐蚀痕迹；2#中墩盖梁的侧面存在起皮、剥落等情况，且混凝土不密实、箍筋裸露于外，出现严重的锈蚀情况，针对钢筋锈蚀情况进行检测，结构显示，梁底主筋截面已经锈蚀50%左右，箍筋界面已经锈蚀约70%。

2 设计方案

针对桥梁中存在的上述病害，经讨论决定按照原本结构设计，采用粘贴碳纤维布与钢板的方式进行加固处理，主要的设计方案如下：在梁底受拉区加固中，采用混凝土结构修补胶对截面进行补强，以此消除梁表面的病害；对于梁底主筋锈蚀情况，将JGN-TD底胶涂抹在梁底，再利用面胶粘贴三层型号为CXC-300型的碳纤维布，达到加固补强的效果；

在梁体悬臂端加固中，由于臂长较长，且受拉区的主筋无法满足当前荷载要求，因此可利用粘钢结构胶，将型号为7000×300×300 mm的钢板进行粘贴，使其得到加固补强；在梁体横断面加固中，根据箍筋锈蚀情况，在梁底涂刷JGN-TD底胶后，沿着梁体的长度采用碳纤维布U型箍条进行加固，为了提高箍条的粘贴效果，还可在受拉区顶部粘贴一层CXC-300型号的碳纤维布压条；

在钢板植筋加固中，在设计位置利用φ12钢筋将其加工成紧固螺栓，先用机械成孔，再用型号为JGN-Z植筋结构胶粘牢，孔径为16 mm，栽植的深度为150 mm。在罩面防护中，为了避免胶体因长期处于潮湿环境下对钢板造成侵蚀，当碳纤维布与钢板粘贴完毕后，应在钢板、碳纤维布与螺栓的外面涂抹JGN-TM面胶，经过自然风干后，在盖梁表面涂抹一层厚度在20 mm左右的水泥砂浆防护层，使罩面得到有效防护。

3 施工工艺

3.1 粘贴碳纤维布

针对H大桥中盖梁加固工程，采用粘贴碳纤维布的方式来完成。

(1)在施工前准备中，应认真阅读施工图以及相关文件，按照施工现场实际情况，拟定切实可行的施工与组织方案，准备好碳纤维布、机具以及胶结材料，对原材料的力学性能进行实验，确保其与工程需求相符合，起到最大的加固效果；

(2)在基底处理中，利用角磨机对构件转角基面进行打磨，使转角处成为半径超过20 mm的圆弧，利用空气压缩机对构件表面进行修正，并将杂物清理干净，保持干燥；

(3)在底胶配置与涂抹中，按照说明书对JGN-TD底胶进行配比，使其数值称量准确，并搅拌均匀，底胶现用现配，每次配置量不应超过1 000 g，在配置完毕后最好在30 min内用完；在使用中利用毛刷将底胶均匀的涂抹在构件表面，待其干燥后，才可开展后续工作；

(4)在面胶配置与涂抹中，按照说明书对JGN-TM面胶进行配比，使其数值称量准确，并搅拌均匀，底胶现用现配，每次配置量不应超过1 000 g，在配置完毕后最好在30 min内用完；在使用中利用毛刷将面胶均匀的涂抹在裁剪完毕的碳纤维布表面，并在拐角、搭接等位置适当多涂抹一些面胶；

(5)在碳纤维布粘贴时，将布料拉紧对齐后粘贴，顺着相同的方向用刮板反复按压，将气泡排出，直至胶料渗出，再对面胶进行涂刮，使面胶均匀的渗透碳纤维布；如若需要搭接，则长度应控制在200 mm以上，在多层布料同时粘贴时，不得在相同位置重复搭接，且要等到纤维布外表胶液干燥后再进行下层粘贴；在粘贴碳纤维布U型箍时，首先在钢板底部利用结构胶制成斜度超过1∶2的斜坡，确保U型箍与钢板紧紧的固定在一起，在二者相交位置，将螺栓的平垫、螺丝帽等拆除，在U型箍上开孔，将开孔套入螺栓中，使U型箍与钢板贴紧后，再将平垫、螺丝帽按好并拧紧；

(6)对碳纤维布的粘贴程度进行检查，一旦发现存在缝隙或气泡，应用针管将面胶注入其中，再沿着相同的方向进行刮压，使其粘贴得更加密实；待检查合格后，先在纤维布的表面涂抹两层结构胶，再均匀的洒上小石子，石子的粒径不超过10 mm，在自然环境下风干；5 d后在盖梁表面涂抹水泥砂浆，厚度在20 mm左右即可，确保罩面得到有效防护。

3.2 粘贴钢板技术

针对H大桥中盖梁加固工程，采用粘贴钢板的方式来完成。

(1)做好钢板与混凝土的表面处理工作，确保构件表面完好，如若表面较脏，可采用硬毛刷配合高效洗涤剂，将表面油污、杂物进行冲洗，再对粘合面进行打磨，去除2～3 mm的表层直至露出新面，如若表面不是特别脏，可直接打磨粘合面，去除1～2 mm即可，在自然风干后利用丙酮擦拭表面即可；如若钢板表面存在锈迹，则利用磨光机进行打磨，直至表面光泽，打磨纹路应垂直度钢板受力方向，再涂抹丙酮后，使表面恢复洁净；

(2)植入紧固螺栓。根据设计位置，利用钻孔机械对钢板进行打孔；在粘贴表面准确的标记出钢板孔径的位置，根据设计的孔径与深度要求，利用冲击钻成孔，在完毕后利用空压机将杂物吹净，并确保孔深、直径符合标准后，临时封闭孔口；以设计尺寸为参考，截取适当的螺纹钢筋，一端利用车床套丝，并配置平垫、螺丝帽等，使其成为专业的紧固螺栓，将表面的油污去除，再次清理孔内碎屑后将GJZ-Z植筋锚固结构胶填充其中，当孔内有少量胶体溢出时停止填充，植入的螺栓应与粘合面呈垂直状态，在植入后6h内不可干扰，一旦出现较大扰动，则需要重新植入；

(3)在配置和涂敷胶结剂时，粘钢结构包括两个组份，分别为甲和乙，在使用时将这两个组分按照规定要求进行配比融合，将其放置到干净的容器中，沿着顺时针方向搅拌，最大限度减少空气混入产生气泡，当色泽均匀后停止搅拌，按照粘贴实际需求合理配置胶体量；在配置完毕后，将其均匀的涂抹到处理完毕的钢板与构件上，厚度在1～3 mm左右，胶层应中间厚、边缘薄；

(4)在粘贴与固定钢板时，将钢板放置在设计位置，均匀挤压后用皮锤由中间朝着外侧边缘均匀敲打，提高粘接的紧密度；在粘贴完毕后，将平垫、弹簧垫等安装到紧固螺栓上，并将螺帽拧紧，紧固顺序应是从钢板的中间向两侧进行，利用粘钢结构胶在常温状态下固化，3 d后才可投入使用；

(5)对钢板粘贴质量进行检查，如若发现粘贴钢板与构件之间密实度不足，则需要进行注胶处理，确保钢板与混凝土连接为整体，且共同受力；在检查合格后，首先用结构胶均匀的涂抹在钢板与螺栓的表面，再均匀的洒上小石子，石子的粒径不超过10 mm，在自然环境下风干；5 d后在盖梁表面涂抹水泥砂浆，厚度在20 mm左右即可，确保罩面得到有效防护。

3.3 桥梁加固后实验结果

通过静载实验的方式对H大桥的加固效果进行分析，在实验过程中，桥梁测点的应变基本相同，这意味着横向对称荷载中盖梁具有较强的受力特性，具体的实验结果如表1所示。

表1 桥梁加固后实测值与理论值对比

从上表中数值可知，挠度实测值小于理论数值，卸载后桥体的残余变形量较小，说明加固后桥梁的刚度与规定要求充分符合，同时也证实了粘贴碳纤维布与钢板加固技术的作用与优势，使H大桥在1#与2#中盖梁、梁底等方面存在的诸多病害得到有效处理，最终获得理想的加固效果。