CFRP增强桥梁关键技术应用与分析——以淮安工程为例

檀俊成，张 荣，朱超宇

(1.苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215011； 2.苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室，江苏 苏州 215011)

0 引言

随着交通事业的快速发展和交通量的日益增长，桥梁荷载重量也随之增加，桥梁结构的耐久性逐步降低，其承载力会受到不同程度的影响[1]，对于这些危桥、旧桥进行维修增强，可帮助其恢复工作能力及使用性能，既节省人力物力又满足了桥梁运营要求。CFRP(carbonfiber-reinforced plastics，碳纤维复合材料)具有强度高、施工快捷及耐久性强等优点，被广泛应用于桥梁增强项目中。CFRP能有效提高加固后的桥梁整体刚度，在桥梁结构中可用于裂缝修复。CFRP加固技术能保证桥梁结构的耐久性，提升桥梁使用周期内的安全性，体现了现代化增强技术的发展趋势[2-6]。

随着江苏省城镇体系的调整及新一轮高速公路网和公路过江通道规划方案的出台，位于新沂至宣兴城镇聚合轴的京沪高速公路在路网中的骨架地位更加突出，未来将成为贯穿全省的南北公路主通道的重要组成部分。现有公路技术标准已明显不能适应其功能地位的需要，因此在高速公路网规划中明确提出了扩建京沪高速公路的方案。

为满足沂淮江高速公路日益增长的交通需求，遵循“总体扩建、局部新建”的扩建宗旨，将淮安施工5标段的桩号范围K837+147.384～K846+800.000主体扩建为双向八车道。本段涉及维修加固的桥梁共4座，均为主线桥拟拼宽利用。大桥技术标准：计算行车速度120 km/h，桥面净宽2×净-12 m，设计荷载汽车-超20级、挂车-120。扩建后主要技术指标为：新建桥涵为公路-I级；直接利用原有桥涵：汽车-超20级、挂-120；拼接利用原桥部分： 承载能力极限状态公路-I级(2015)，正常使用极限状态汽车-超20级、挂车-120；主线桥标准段桥面净宽：2×净19.0 m。

1 大桥病害及增强设计方案

淮安施工5标段维修加固桥梁共计4座，对桥梁现有病害进行技术状况评定，其中一座桥梁评定等级为l类，三座桥梁评定等级为2类。桥梁存在的主要病害如下：

本标段大部分病害集中在梁底板部位，主要表现形式为纵向裂缝，其中新增的纵向裂缝集中出现在预应力空心板梁桥底板部位，目前尚未出现横向裂缝。2座空心板桥底板存在较多裂缝修补，表观质量较差且存在绞缝渗水现象。

大桥承载能力提升抗弯增强设计方案：

梁体出现的所有裂缝。如果裂缝宽度较小且在0.15 mm以内，可直接采用树脂封闭胶来涂刷封闭裂缝；如果裂缝宽度较大且超出0.15 mm，采用环氧树脂浆液灌缝来修补裂缝。

空心板梁底板通长纵向裂缝。当裂缝宽度较宽时(宽度大于等于0.18 mm或已经进行过灌缝处治)，且纵向裂缝有渗水或渗水痕迹，处治方式应自上到下解决。底板纵缝腔内通过灌注水泥基灌胶料，从上表面对裂缝进行封堵。腔外底板通过灌缝对裂缝进行封闭。

空心板梁底板通长纵向裂缝。当裂缝宽度较宽，纵向裂缝无渗水或渗水痕迹时，处治方式为底板粘贴双向CFRP来进行增强加固，以提高其刚度。如果空心板梁存在通长渗水析白的绞缝，则单独对绞缝进行加固。

2 粘贴预应力CFRP板施工流程及技术要点

本次加固采用成品CFRP及配套预应力锚具，其施工流程如下：

2.1 安装与锚固

先将CFRP板张拉按照要求固定在对应位置，然后对钢筋混凝土梁钻孔。钻孔过程中，时刻应避免钻孔位置距离主钢筋太近而使主钢筋损伤。

清理预留在钻孔内的碎渣或灰尘，再植入高强螺杆。由于组合箱梁梁底厚度薄，因此工艺设计选择高强螺杆M16×250 8.8级镀锌钢，锚固深度95 mm，搭配玻璃管式化学药剂，避免采用注射式胶配螺杆施工，且需满足抗震测试。

植筋胶通过固化以满足设计强度。将锚固块粘贴在梁的底部，为下一步施工做准备。

2.2 混凝土表面处治

一旦锚固块安装到位，及时准确定位需要粘贴CFRP板的位置，然后对该位置附近的混凝土表面进行凿毛与找平、修补与清洁处治工作。

2.3 CFRP板粘贴前准备

计算与校核CFRP板的合理下料长度并取CFRP板，确保CFRP板精确安置在允许的锚具夹持长度范围，并及时将其擦拭清洁好。将锚具胶黏剂涂抹在CFRP板表面，放入预应力锚具中并及时拧紧锚具上下板。采用丙酮等清洗剂擦洗CFRP板直至干净，然后把胶黏剂涂抹在CFRP板和梁底混凝土表面，即需要粘贴的范围。

2.4 CFRP板安装与张拉

在锚固块上定位安装CFRP板，张拉螺杆和连接螺杆通过套筒进行牢固连接，安装反力钢板并把千斤顶按照预定要求准确置于锚固块和反力钢板中间，采用张拉力和伸长量双控措施张拉预应力CFRP板，张拉施工误差不超过6%。张拉完毕，按照施工顺序拆卸千斤顶和反力钢板等设备，可长期保留锚固块，以确保在CFRP板在失效情况下可及时更换或二次张拉。利用限位卡板处理好CFRP板-混凝土表面的黏结，采用胶黏剂将CFRP板-混凝土表面空隙大的位置填满。

3 结论

如果裂缝宽度较小且在0.15 mm以内，可直接采用树脂封闭胶来涂刷封闭裂缝。如果裂缝宽度较大且超出0.15 mm，采用环氧树脂浆液灌缝来修补裂缝。

空心板梁底板存在通长纵向裂缝且裂缝宽度较宽时，可采用底板粘贴双向CFRP加固，以提高底板纵横向抗裂性能及刚度。

给出成品CFRP及配套预应力锚具增强设计方案及施工流程技术要点，对预应力CFRP板的安装、预应力张拉、粘贴关键应用技术进行分析和总结。