预应力碳纤维板技术在旧桥加固中的应用

侯鹏

（山西路桥第一工程有限公司，山西 太原030001)

0 引言

近年来，随着我国经济的快速发展，桥梁项目建设的整体规模与数量快速增大。桥梁经长时间运营后，因受自身施工质量、自然条件及行车荷载等因素的影响，难免会出现裂缝、沉陷及钢筋锈蚀等诸多质量问题，不但会影响桥梁外观的美观度，也会降低桥梁结构的承载力，影响桥梁的稳定性[1]，威胁过往车辆的安全通行。为有效解决桥梁病害，提升桥梁结构的使用性能，需结合桥梁项目实际情况选取适宜的技术进行加固。预应力碳纤维板技术在旧桥加固中应用效果显著。本文将围绕桥梁项目实际情况，重点研究预应力碳纤维板技术及其应用。

1 预应力碳纤维板技术

预应力碳纤维板是旧桥加固中常用的一项关键技术，能够满足桥梁结构加固要求，且加固效果良好，可有效改善桥梁结构性能。

1.1 技术内涵

随着科学技术的快速发展，碳纤维板的各项性能得到了显著提升，这也促进了碳纤维板在桥梁加固项目中的推广应用。碳纤维板选用的碳纤维具有较强的抗拉强度，在制作阶段需要将其浸泡于环氧树脂中，以进一步提升碳纤维板的结构强度。在旧桥加固过程中选择环氧树脂作为黏结剂，主要按桥梁结构受力方向或与裂缝相垂直的方向进行涂刷，然后从桥梁受损构件位置粘贴碳纤维板。通过黏结剂可以使碳纤维板和旧桥结构融为新的复合体，从而增强桥梁结构的承载力与稳定性，实现旧桥结构的有效加固。

1.2 技术特点

碳纤维板自身重量较轻，通常为200～300g/m2，厚度范围为0.11～0.16mm。在旧桥加固中使用碳纤维板，对桥梁重量产生的负面影响较轻微，对桥梁外形美观度影响小[2]。与此同时，碳纤维板的耐久性与抗腐蚀性好，抗断裂性能较强，技术流程比较简单，操作便捷。

2 工程概况

某桥梁工程项目长度为480m，跨径设计为2×35m+3×55m+2×55m+4×35m，其中桥梁上部结构采用预应力混凝土连续T梁与箱梁。项目建成通车时间为2013年10月，在多年运营后，经过专业机构检测发现桥梁存在较多的质量病害，直接影响到桥梁结构稳定性及承载力，为了有效保证桥梁通车安全性，须采取合理、有效的技术对旧桥进行加固。

2.1 病害调研

通过对桥梁项目进行外观质量检测，严格按照规定要求实施静载试验，得知梁体质量病害如下：①T梁马蹄位置出现不同程度的裂缝，长度范围为0.05～0.1mm，同时裂缝呈现持续发展态势；②梁体跨中位置出现永久性挠度变形，但处于规定允许范围以内；③在实施荷载试验阶段，梁体应变整体变化幅度比较大，安全冗余不足。

综合分析研究桥梁质量病害，发现梁体跨中裂缝形成的主要原因是施工质量较低，导致桥梁结构预应力出现大幅度损失。为了有效改善桥梁结构状态，提高桥梁安全性，须补充预应力，经研究后确定选择预应力碳纤维板实施桥梁加固。

2.2 加固方案

该桥梁项目的加固施工，首先需要将脱落的混凝土清理干净，紧接着从T梁马蹄位置粘贴与张拉碳纤维板，同时严格按照技术流程及要求进行后续作业，以有效改善桥梁结构的稳定性与承载力[3]。桥梁加固中选用的预应力碳纤维板类型是UT70-20，而黏结胶水为WD-3503。通过试验分析得知预应力碳纤维板相关技术性能如表1所示。

表1 预应力碳纤维板的相关技术性能要求

3 施工技术

3.1 前期准备

（1）碳纤维板。安排专人对碳纤维板的外观质量进行检查，保证碳纤维板表面平整、厚度一致，同时无任何毛刺现象。

（2）结合桥梁项目实际情况对碳纤维板的厚度及宽度进行合理调整。

（3）该项目中碳纤维板选择工厂预制方式，在单次跨梁放样之前，需要对跨梁间隔距离进行精准测量，测量误差范围为-0.15～0.27m[4]。

3.2 基底处理

为了提升碳纤维板和旧桥结构间的黏结效果，最大程度地发挥预应力碳纤维板的加固作用，须提前做好基底处理工作。首先清理脱落混凝土，然后将旧桥碳化部分和破坏部分清除干净，采取有效措施修复和处理钢筋锈蚀等问题。若桥梁裂缝宽度小于2mm，可涂刷环氧树脂；若裂缝宽度超过2mm，则可以环氧树脂为材料进行灌缝处理。除此之外，针对桥梁破损部位等，须做好修复与打磨处理，待各项作业完成后要立即进行清洗，使旧桥表面整洁，为预应力碳纤维板加固技术应用创造有利条件。

3.3 定位放线

该项目定位放线工作如下：①以钢筋探伤仪器确定桥梁主筋与构造筋的位置；②确定锚杆安装作业位置；③开孔后预留的施工作业距离不小于30cm，将孔心作为起点，结合固定端孔与张拉端孔之间的中心距离，得出实际钻孔位置。

3.4 钻孔

（1）根据设计规定基本要求，确定底座安装部位，从T梁底部有效固定底座，同时选择钢筋探伤仪器检测钻孔部位受力筋的具体分布情况，若受力分布不均匀，应结合实际情况对钻孔部位进行调整，防止受力钢筋出现破损。

（2）综合分析锚栓直径与孔深等因素，合理确定钻机、钻头类型，同时确定具体的钻孔位置，然后根据设计孔径与孔深要求，以与结构面相垂直的状态一次性成孔，钻孔和基础面之间的垂直度偏差控制在±2°以内，钻孔的间隔距离偏差不超过±10mm[5]。

（3）利用“空压机+硬毛刷”清理孔洞，将空压机的喷嘴伸入孔底，喷出压缩空气，从而实现孔底杂物的清理。利用硬毛刷把孔壁清理干净后，用工业酒精擦拭孔底和孔壁。

3.5 底层涂料

根据桥梁工程项目实际情况，按照技术规范基本要求合理选用施工材料，尤其要高度重视各类材料配制比例控制，以保证底层涂料性能质量符合施工要求。此外，底层涂料配制结束后要尽早进行涂刷作业，防止涂料长时间储存而出现固化问题。现阶段，主要使用滚涂方式进行底层涂料涂刷。涂刷结束后，应及时按照规定要求实施打磨，以确保表面平整、光滑，为后续碳纤维板的粘贴施工创造有利条件。

3.6 粘贴碳纤维板

（1）结合桥梁项目加固施工面积和现场作业实际情况，合理剪切碳纤维板，保证碳纤维板尺寸符合加固施工要求，以达到桥梁加固效果。

（2）通常碳纤维板的加固长度小于2.0m，故应综合分析桥梁加固需要，合理剪切碳纤维板，防止造成材料浪费。

（3）在碳纤维板粘贴阶段，首先必须确保桥面底层涂料处于干燥状态，然后根据相关技术规范基本要求均匀、充分地混合环氧树脂主剂和固化剂。同时，从底漆位置涂抹环氧树脂，最后按照指定方向粘贴与推平碳纤维板，使环氧树脂能够浸透并除去气泡，以有效增强黏胶作用，其中推平长度应小于10cm[6]。

（4）高度重视碳纤维板间的接缝施工质量控制。待碳纤维板粘贴结束后，须进行大约30min的观察，同时立即将碳纤维板压平，有效避免碳纤维板黏结阶段可能出现的浮脱问题。

（5）在进行碳纤维板粘贴施工时，须高度重视烟火控制，保证碳纤维板粘贴作业现场空气处于良好的流通状态，同时施工人员应佩戴安全防护装备，如佩戴橡胶手套、面罩及护目镜，以免出现不必要的意外事故，保证碳纤维板粘贴施工安全、有序地进行。

3.7 张拉碳纤维板

（1）该桥梁项目中预应力碳纤维板张拉作业阶段，需将张拉应力控制为1 400MPa，同时保证预应力碳纤维板均匀受力。

（2）在预应力作用状态下，首先要把10%的预应力作用在碳纤维板上，然后分别将20%,60%的预应力作用在碳纤维板上，待预应力为100%时，安排专人检查张拉值。此外，各级预应力加载时间应控制为5min。

（3）在实施碳纤维板的张拉阶段，若碳纤维板发生异常变形问题，则必须立即停止张拉，查明原因并加以解决。

3.8 养护

当预应力碳纤维板张拉施工完成后，须高度重视养护处理，以免出现质量问题，其中养护时间应大于14d[7]。现阶段，预应力碳纤维板养护主要采取遮挡和封闭管控措施，最大程度地降低风、雨、人等相关因素的干扰，以使预应力碳纤维板加固效果得以有效发挥。

3.9 质量控制

（1）在旧桥加固中，预应力碳纤维板技术应用之前，需要提前对旧桥破损较为严重的部位进行修补处理，同时清理脱落或松动的部分，将结构层外露，然后方可粘贴碳纤维板。

（2）对于桥梁破碎位置，应提前以树脂砂浆进行填充作业，使其强度与质量满足相关规定要求。

（3）底层涂料施工要均匀，且无任何漏点。

（4）对于旧桥中的柱、梁等结构加固，需要使碳纤维板和结构处于垂直状态，同时结构件锚固后无松动。

（5）结合桥梁项目实际情况合理选取施工材料，保证材料性能质量达标，严格控制各项作业环节与工序，以确保旧桥加固效果。

（6）根据设计规定要求进行预应力碳纤维板张拉作业，其中张拉误差不能超过6%。张拉后要及时做好预应力损失试验，确保预应力符合相关规范要求。

4 加固效果

该桥梁项目通过预应力碳纤维板加固处理后，按照规定要求开展了静载试验。结果表明，加固后桥梁结构受力呈现较好状态，极限荷载为430kN，相较于加固之前有效提升了桥梁承载力与稳定性。

5 结语

碳纤维板具有质量轻、强度高、耐腐蚀好等优势，在旧桥加固中使用预应力碳纤维板，能够显著改善桥梁结构性能，提升桥梁承载力与稳定性。在具体使用过程中，需要结合桥梁项目实际情况合理下料，严格按照技术流程及规范要求进行作业，同时加强施工质量控制，在最大程度上发挥预应力碳纤维板的加固效果。