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1、張拉碳纖維板施工工藝研究1 概述據記錄截止2023年終，在我國通車公路中，有各種橋梁33.66萬座，累計長度1474.75萬延米，其中：特大橋876座，145.96萬延米；大橋23290座，512.53萬延米；其余為中小橋。從2023年全國橋梁普查資料來看，全國查出危橋13303座，達468888延米。危橋的存在，已嚴重影響到路網和干線的暢通。此外，隨著我國交通事業的快速發展，各級公路上的交通流量均在不斷增長，運送車輛的噸位有較大幅度的增長，這對我國路網中的橋梁通行能力和承載力均提出了更高更新的規定。因此，通過一定的技術措施，對技術標準低、通行能力和技術狀況差及因其他因素導致的危橋進行加寬改造2、與加固補強，使現有橋梁在此后交通事業的發展中保持充足的適應性，是我國交通管理部門要長期進行的一項重要的工作。橋梁加固技術改造其主線目的是為了恢復和提高承載力，方法有以下幾種類型：1、加強薄弱構件。對于有嚴重缺陷或因通行重型車輛而不能滿足安全承載規定的薄弱構件，采用以新材料，增大構件的截面尺寸、增設外部預應力或用化學粘結劑粘貼補強材料等補強措施進行加固。2、增長輔助構件。3、改變結構體系。碳纖維板張拉施工就是通過在梁體設立碳纖維板，然后通過張拉以提高梁體承載力的一種施工技術。我公司在廣東杜步大橋的加固施工中在國內公路橋梁加固施工初次采用了該技術，取得了抱負的效果。杜步大橋位于原107國道，現清（3、遠）連（州）一級公路上，中心樁號為K2177+583.227。橋長833m，斜交角度90，橋寬21.5m，跨徑布置為2730m，上部結構采用預制預應力混凝土T梁，下部橋臺采用重力式橋臺、擴大基礎，橋墩采用柱式墩、樁基礎，支座采用圓形板式橡膠支座。該橋設計荷載為汽車超20級，掛車120。在清（遠）連（州）一級公路升級改造過程中，由于路基施工標段在刷坡施工中防護不妥，部分巨石砸落到杜步大橋上，導致右幅橋第一跨橋面及梁體嚴重破壞。依據橋梁檢測及設計文獻，加固措施中采用了在其中3片T梁馬蹄側面張拉預應力碳纖維板以補償原結構承載力。西安瑞通路橋科技有限公司根據業主批復的施工組織設計于2023年9月4日至4、2023年10月1日組織了該項目的施工，廣東虎門技術征詢有限公司作為該項目的監理全程監理了施工全過程。2 設計與施工工藝流程2.1 設計概況1、順橋向在T梁馬蹄位置張拉單層碳纖維板，碳纖維板設計厚度2.4mm、寬度為60mm，抗拉強度2800Mpa，彈性模量1.65*10 Mpa，極限承載力為403.2KN，張拉控制力為220KN，碳纖維板材料安全性能指標必須符合混凝土結構加固設計規范中強制執行條款條單向織物（布）高強度級的規定。2、預應力碳纖維板通過固定端與張拉端鋼構件與T梁馬蹄側面連接，鋼構件采用Q345鋼，鋼構件表面采用整體鍍鋅防銹解決，鍍鋅外面再涂兩道紅色和銀色防銹漆；固定端和張拉端鋼5、構件與混凝土梁采用M20高強錨栓連接。3、施工完畢后，應在碳纖維板外表面涂抹涂料作為防護。4、只加固第一跨第1、2、3梁，全橋共3片梁。2.2施工工藝流程2.2.1重要施工環節a、施工準備；b、混凝土表面解決；c、在安裝碳纖維板張拉端和固定端構件的位置按照設計圖紙規定鉆孔種植高強度螺桿；d、螺桿固化達成設計強度后開始安裝張拉端和固定端鋼構件；e、碳纖維板粘貼面在粘貼前用丙酮擦洗干凈；f、在碳纖維板和梁底接觸面上涂抹粘結劑，錨具底板和梁底接觸面上涂抹粘結劑；g、安裝碳纖維板；h、張拉碳纖維板并對梁體撓度變化進行觀測；i、張拉完畢后，在碳纖維板兩側（含碳纖維板）范圍內粉5mm厚粘結劑作為碳板保護層6、；j、在固定錨具螺栓的螺帽處抹一層粘結劑，所有的金屬件表面再抹一層防銹油脂，然后安裝張拉端與固定端錨具蓋帽；k、在被加固的梁底兩側范圍涉及蓋帽均采用高強度、高粘結砂漿保護涂料涂刷保護。 2.2.2 工藝流程圖3 重要工藝要點3.1 施工準備1、搭設施工支架、重要材料的采購及錨具鋼構件的加工制造。根據現場條件搭設適于施工的施工支架。本項目使用的碳纖維板材料為橋梁加固專用材料，設計厚度2.4mm，極限抗拉強度為2800 MPa，彈性模量為1.65x105MPa，極限承載力為403.2KN，碳纖維板張拉控制力為220KN，為碳纖維板極限拉力的55%，該材料為進口的sika供應商提供。碳纖維板與梁體粘7、結采用SikaDur30粘結劑；錨具底板和梁底接觸面上涂抹SikaDur31CFN粘結劑。錨具鋼構件采用廠制，錨具加工所用鋼板采用15mm厚A3鋼，錨固螺栓采用M8高強螺栓，張拉螺桿采用8.8級鋼制M24螺桿。2、施工放樣。在加固的T梁表面按照設計圖紙放樣，擬定碳纖維板和兩端錨具位置。放樣采用鋼尺定位，根據支座位置擬定設計位置。3.2 砼鑿除及表面解決根據施工放樣擬定固定錨具和張拉端錨具的位置鑿除梁體表面砼，厚度為1.5cm（即錨具鋼板厚度），以保證粘貼錨具表面與梁體表面水平。在碳纖維板位置處采用角磨機對梁體砼表面進行打磨，再用干布拭擦，保證粘貼面平整且無粉塵。3.3 植螺栓施工1、植螺栓方法8、：采用植筋法對螺栓進行安裝，鉆孔直徑應與螺栓直徑配套的鉆頭進行鉆孔。2、植螺栓用膠和螺栓：植螺栓膠用瑞士喜利得植筋膠，螺栓采用高強錨栓。3、植螺栓定位、鉆孔：在鉆孔前先探明梁體鋼筋位置并作記號，當鉆孔與鋼筋位置發生沖突時，適當調整孔位，鉆孔時應垂直梁體，鉆孔深度為15 cm。 4、清潔孔壁及螺栓： （1）、將吹風機噴嘴進一步成孔底部并吹入潔凈無油的空氣，向外拉出噴嘴，反復3次；（2）、將硬毛刷插入孔中，往返旋轉清刷3次；（3）、再將吹風機噴嘴進一步成孔底部吹氣，反復3次；（4）、對要植入螺栓上的油污應進行清理；（5）、植螺栓前用丙酮擦拭孔壁、孔底和螺栓。5、植螺栓：植筋膠采用喜利得專用注射器進9、行灌注，灌注量為孔深的2/3，并保證在植入螺栓后有少許膠體溢出，注入膠體后應立即單向旋轉插入螺栓，直至達成設計深度，保證螺桿頂端在同一平面上，并校正螺栓的垂直度。膠體完全固化前，不得觸動或振動已植螺栓，以免影響其黏結性能。3.4 固定端錨具和張拉端錨具的制作：1、固定端錨具和張拉端錨具采用工廠自動、半自動切割和焊接方法，切割邊沿表面光滑，無毛刺、咬口等現象。 2、錨具黏合面采用平砂輪打磨直至露出金屬光澤，打磨紋路應與鋼板受力方向垂直，錨具黏結面應有一定的粗糙度。 3、錨具螺栓孔位擬定與制作（1）將螺桿位置印到事先準備好的膠合板上。膠合板應與錨具底板大小相同，并在板上編號并標注方向。 （2）根據10、印在膠合板上螺桿的位置，用開孔器鉆 22mm 的孔。 （3）、將開好孔的膠合板套入螺桿上。若不行則不斷修正孔，直至能順暢地將板套入螺桿。 （4）、復測膠合板的中線應于碳板軸線基本重合。 （5）、將錨具送到鐵件加工車間，依照膠合板上孔的位置在錨具底板上開孔。3.5 固定端錨具和張拉端錨具的安裝與錨固 1、錨具與T梁混凝土間采用SikaDur 31 CFN粘貼，將配好的膠體正面涂抹在清潔的混凝土和錨具黏結面上，涂膠應自上而下進行。 2、錨具黏結面上抹膠應中間厚兩邊薄，中間涂抹膠的厚度為5mm左右，將錨具預留孔平穩對準螺栓并迅速擰緊螺帽，使錨具與混凝土緊密黏合，清理擠出的多余膠體。3.6 張拉碳纖維11、板 1、把錨具與碳纖維板接觸的部位范圍內涂上油脂。 2、用丙酮將碳纖維板接觸混凝土構件的表面擦洗干凈。 3、在碳纖維板上抹2-3mm的Sikadur 30。 4、先在固定端安裝上碳纖維板，然后在張拉端安裝上碳纖維板和轉向板。 5、在張拉端安裝千斤頂，保證千斤頂中線與碳纖維板中線重合。千斤頂型號為FYRR-308，最大功率30T,行程210mm。6、先給碳纖維板施加10%的應力，使碳纖維板繃直，然后再將力歸零。記錄張拉端夾具的位置，并再次檢查各部件的位置。7、再以20%和60%應力給碳纖維板施加預應力，每一級張拉結束后用扳手擰緊螺帽，每一級之間持荷5分鐘，記錄張拉端夾具的位置，比較實測值與計算值12、之間的偏差。8、當預應力施加到100%即張拉力為220kN時計算最終碳纖維板張拉伸長值，并持荷5分鐘。9、張拉結束后用雙螺帽固定死張拉螺桿。卸除千斤頂。10、切除過長的張拉螺桿，螺帽后端留3cm。3.7 安裝蓋帽 1、將錨具表面涂上一層防銹油脂。 2、安裝蓋帽3.8 成品保護 1、用Sikadur 31 CFN填補錨具四周的縫隙。 2、用Sikadur 31 CFN 在碳纖維板表面抹5mm厚，150mm寬的保護層。3、在梁外側和金屬蓋帽表面滾涂丙烯酸彈性涂料Sikagard ElastoColor CW兩度。3.9 施工安全及注意事項1、施工中應嚴格遵守執行公路橋涵施工技術規范(JTJ041213、023)、公路養護安全作業規程（JTG H302023）、公路工程施工安全技術規程進行施工，做到專用設備，專職使用。2、為保證施工安全、結構安全及工作的順利開展，在施工前必須對施工機具、臨時設備及其它保障措施進行具體檢查、核對，在保證萬無一失后方可施工。3、 碳纖維板為導電材料，使用碳纖維板時應盡量遠離電氣設備及電源。 使用中應避免碳纖維板的彎折。 碳纖維板配套樹脂的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射， 樹脂的配制和使用場合，應保持通風良好。現場施工人員應根據使用樹脂材料采用相應的勞動保護措施。4、在碳纖維板張拉的過程中，要對梁體撓度的變化進行觀測，假如撓度變化有異常情況，應停止張拉，14、并檢查因素。4 檢查與驗收由于張拉碳纖維板施工在公路施工是一項新工藝，沒有成熟的工藝規范與規定，我們針對設計意圖，參照相應標準制定了施工中的控制標準，在施工過程中嚴格執行。1、錨具鋼構件加工檢查與驗收錨具鋼構件的加工的材質、厚度、螺孔位置、螺桿長度是保證錨具滿足設計規定關鍵指標，根據設計規定及機械加工手冊、公路橋涵施工規范的相關規定擬定鋼板采用A3鋼、厚度采用15mm、螺孔位置1mm、螺桿長度0mm。經現場檢查驗收，均滿足設計規定。2、碳纖維板檢查與驗收碳纖維板采用sika成品，其重要指標為：設計厚度2.4mm，極限抗拉強度為2800 MPa，彈性模量為1.65x105MPa，極限承載力為4015、3.2KN，碳纖維板張拉控制力為220KN，為碳纖維板極限拉力的55%，由sika直供商提供并保證其品質。現場的檢查重要是成品的外觀，經檢查碳纖維板外觀順直、無毛刺、厚度均勻、與張拉固定頭連接牢固，從張拉結果看sika碳纖維板質量平穩可靠，滿足設計規定。3、錨具安裝檢查與驗收根據設計規定，結合公路橋涵施工規范的相關規定，錨具安裝的允許誤差為10mm，經檢查驗收實際施工均滿足設計規定。4、碳纖維板張拉施工與驗收根據設計規定，參照預應力砼施工規范的相關規定，碳纖維板張拉采用張拉力與伸長值雙值控制，由于碳纖維板為多層碳纖維布粘結而成，其彈性模量差異系數相對較大，擬定其張拉伸長量允許誤差為10%，實際施工中經檢查驗收滿足設計規定。5 結論通過杜步大橋的張拉碳纖維板施工實踐及后期的檢測結果表白，施工成果完全符合設計預期效果，張拉碳纖維板施工工序簡樸可靠、工藝簡捷可控，是預應力體外施工提高梁體承載力的有效方法。