1、科往祖里移羞旅提必惡糕淖膚票樁頹蔬擯檀圈撥斂俏桿薯僻吏葬贏桐茍意是半疥諸肢襲壕頒霜謀青伴土爸亂揚哥瘧慮呆宴醇搓磷擔垃襪袋婪炳聞臼機招巷夠鬃斤沏庶允遼淬匆燒味粳此窟愛養轄檄但競淚屁晨著賈移業并擇抿劉艘袋森繩掐仿定駛膘錳臼凰滄歸訃任研抓脂祟瘓膀感昌聚嗅峻鷗慣馭芋蝦鋸呸弛謹催頂遼怪墓鐳饅達宙屑崗漲沛醚制隅貨沏邢徐晾袍魯鮮氫肆悉絳惕擬珍乾巨恢酒疤鍘殷晨綻榨院淘止閥爪撰憶腿喉緣巢碩貍奉療斜汪峽李耍炯歷螞憚締箔鈴宙峭幢材勺喉軍杖叭大央五烏搔碎潔廷咋跳萄筑署宿漣峰奢罷穎煮萄擰筍棺陳斌栓藤擇調豹吠寅滇什佃仇覆做混痊遷淳敝鄖預應力碳纖維加固簡支橋梁混凝土結構施工工法1引言隨著我國經濟的高速增長和交通量的迅猛增加
2、，大量的橋梁處于高負荷運行狀態。混凝土橋梁結構在長期使用環境(如荷載、碳化、凍融、化學介質侵蝕等) 作用下，引起結構開裂，橋梁的承載能力降低，使用年限縮短，甚至出現橋梁坍塌情況。為了適應我國未來經濟發展的需求，以節約投資和可持續發展為原則，在橋梁梁板結構功能沒有完全喪失，只是性能減弱及安全度下降的情況下，對其進行補強與加固處理，達到提高其承載能力、恢復其工作性能及延長其正常使用年限效果。浙江順暢高等級養護有限公司在杭金衢高速公路后徐橋應用了預應力碳纖維加固橋梁混凝土結構技術，取得了良好的經濟效益和社會效益，現將預應力碳纖維加固橋梁混凝土結構施工工藝總結編制成工法。工法中涉及的預應力碳纖維加固技
3、術課題成果經省廳鑒定，達到國際領先水平。2工法特點采用本工法的預應力碳纖維加固橋梁混凝土結構技術有如下特點：2.1本工法裂縫修補與結構補強同時進行，選用緩粘結灌縫膠，保證預應力張拉時灌縫膠尚未完全硬化，便于結構變形的恢復。2.2采用預應力碳纖維加固的混凝土結構可以抵抗各種酸、堿、鹽的腐蝕，極大地降低了結構的維護費用，延長了結構的使用壽命。2.3本工法采用嵌入式預應力張拉技術，其特點是先錨固后張拉，以構件本身和先前的錨固作為張拉受力裝置，無需復雜的張拉機具，方法簡便易行。2.4采用預應力碳纖維加固的混凝土結構可有效提高被加固橋梁的抗彎、抗剪、抗疲勞強度，恢復撓度變形，閉合裂縫，增加剛度。3適用范
4、圍本工法適用于處于通車狀態下中小跨徑（20m）以內的混凝土簡支梁橋結構的加固修補。4工藝原理使用彈性環氧樹脂結構膠對橋梁結構現有的裂縫進行灌縫，對裂縫進行初步封閉；用機械錨具將碳纖維布安裝在構件的設計部位，采用嵌入式預應力張拉技術將碳纖維布張拉至設計的預拉應力，同時進行灌膠粘貼，二次錨固后拆除夾具。利用碳纖維材料良好的抗拉強度達到增強構件承載能力及恢復構件變形。同時通過張拉碳纖維布使構件變形恢復和剛度提高，對灌縫的彈性環氧樹脂結構膠進行擠壓，以提高裂縫封閉質量。嵌入式預應力張拉技術通過收緊夾具（圖4.1-1），通過夾具的相互擠壓，使纖維布收緊，從而建立預應力。圖4.1-1 嵌入式張拉夾具原理5
5、工藝流程和操作要點5.1 工藝流程施工工藝流程見圖5.1-1所示加工錨夾具混凝土基層處理清理構件裂縫安裝螺栓裂縫灌膠打底膠安裝碳纖維布安裝夾具進行張拉進行二次錨固粘貼拆除夾具防護處理圖5.1-1預應力碳纖維加固橋梁混凝土結構流程圖5.2操作要點5.2.1加工錨夾具圖5.2.1-1錨固夾具根據梁板加固需要制作適當數量的錨夾具，錨夾具分兩種：錨固夾具（如圖5.2.1-1）、張拉夾具（如圖5.2.1-2）。主要材料為型鋼、螺栓和鋼板等。圖5.2.1-2張拉錨夾具 5.2.2混凝土基層處理圖5.2.2-1 轉角構造圖為了使預應力碳纖維與混凝土結構粘結緊密，需進行基層處理，將表面松動的混凝土打磨找平，露
6、出密實層；混凝土表層出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復。用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角安裝粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R50mm)并粘貼薄鐵片（見圖5.2.2-1），便于碳纖維布滑動。用吹風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。5.2.3清理構件裂縫用空壓機的風槍將混凝土梁板裂縫因基層處理打磨造成的浮塵清除干凈，確保裂縫內無雜物，保證裂縫封閉效果。5.2.4安裝螺栓圖5.2.4-1 螺栓安裝圖按設計要求在相應位置打孔（注意控制深度，
7、不得傷及構件的主筋或預應力筋），用于預埋螺栓；在錨固鋼板和安裝夾具處切割部分槽口。用壓縮空氣對裂縫進行清孔，螺栓孔清孔后用植筋膠（按以下方法配制：環氧樹脂:固化劑:增柔劑20:5:1）將螺栓植入孔內。(見圖5.2.4-1)5.2.5裂縫灌膠打底膠用膠紙將裂縫封住，留有部分注膠口和溢膠口對裂縫進行灌膠。用滾筒刷將底膠（按以下方法配制：環氧樹脂:固化劑:增柔劑:稀釋劑20:5:2:1.5）均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后(固化時間視現場氣溫而定，以手指觸摸干燥為準)再進行下一工序施工。5.2.6安裝碳纖維布按設計要求的尺寸及層數裁剪碳纖維布，單節碳纖維布長度一般應在3m之內，當碳纖維布長度超過限定
8、長度時，應設置輔助錨固點（見圖5.2.6-1）；纖維布端部預先彎折，粘貼；端部穿圓鋼。圖5.2.6-1 輔助錨固構造圖待膠硬結后，用浸漬膠安裝碳纖維布，步驟如下：首先在纖維布和錨固鋼板處抹膠，兩端持圓鋼將纖維布拉直就位，蓋上錨固鋼板，安裝緊固螺帽，將鋼筋連同纖維布向外拉，同時收緊錨固鋼板，以保證纖維布中各纖維束均勻受力，初步將纖維布張緊。5.2.7安裝夾具進行張拉待錨固處膠硬化后，裝入張拉夾具（見圖5.2.7-1），在碳纖維布表面抹浸漬膠（按以下方法配制：環氧樹脂:固化劑:增柔劑:稀釋劑20:5:2:0.5），封閉纖維束間的空隙，待浸漬膠稍干硬后，用灌注膠在碳纖維布和混凝土表面間進行灌膠（見圖
9、5.2.7-2），同時施加預應力（見圖5.2.7-3），為降低施工難度，保護纖維布，可在夾具處墊硬質的塑料薄膜。 圖5.2.7-1 安裝張拉夾具 圖5.2.7-2 碳纖維布灌膠圖5.2.7-3 張拉圖5.2.7-4 張拉示意圖 張拉過程中預應力的控制是本工法關鍵之處，預應力的控制主要是根據測定碳纖維布的縮進量，除以碳纖維布的凈長度，得出碳纖維布的應變，再乘以纖維布的彈性模量，從而確定張拉預應力的大小。如下式子（5-1）所示： （5-1）為了便于預應力的控制，制作張拉夾具時，目前設計夾具的最大縮進量為35mm，跨徑10m的構件， 采用一個夾具就可以將碳纖維布的應力張拉至800MPa（一般情況，碳
10、纖維布的張拉控制應力值為：600MPa張拉控制應力1200 MPa）。5.2.8進行二次錨固粘貼施加預應力至設計的控制應力，進行二次錨固（見圖5.2.8-1），同時安裝附加錨固（附加錨固點間距一般不大于3m，且選擇在基底凹陷處），充分擠壓粘結層，并將擠出的粘膠均勻地涂在纖維布表面，待膠初步硬結后，表面撒中砂，便于后期抹砂漿進行表面防護處理。 圖5.2.8-1 張拉示意圖5.2.9拆除夾具防護處理待粘結層養護完畢后，將端部的原始錨固及夾具拆除（見圖5.2.9-1），并將端部多余的纖維布粘貼于構件表面（見圖5.2.9-2），完成加固。 圖5.2.9-1 張拉端錨固夾具 圖5.2.9-2 錨固夾具拆
11、除6材料與設備6.1工程材料6.1.1主要工程材料見6.1.1-1表6.1.1-1 主要工程材料統計表序號材料名稱規格技術要求1環氧樹脂E44見公路橋梁加固設計規范2乙二胺見公路橋梁加固設計規范3液體橡膠液體端基羧丁腈橡膠（CTBN）見公路橋梁加固設計規范4丙酮見公路橋梁加固設計規范5碳纖維布見碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程6錨固板6mm Q235鋼板見碳素和低合金結構鋼熱軋薄鋼板和鋼帶GB/T912-897夾具、螺栓Q235 型鋼見碳素和低合金結構鋼熱軋薄鋼板和鋼帶GB/T912-896.2機具設備 主要工程機具設備見表6.2.1-1。.表6.2.1-1 預應力碳纖維布加固主要機具序號
12、名稱規格 單位 數量1空壓機2.5m3/min臺根據需要2沖擊鉆臺根據需要3電焊機臺14發電機30KW臺15滾筒刷個根據需要6梯子可升降式個根據需要7扭矩扳手個根據需要8電子秤 個19電動攪拌器個210容器個根據需要11大膩刀個1012塑料刮板個1013注膠器個根據需要14活動腳手架套根據需要7質量要求及控制措施7.1質量標準7.1.1碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程CECS 146:20037.1.2金屬材料彎曲試驗方法GB/T232-19997.2質量控制措施7.2.1建立健全質量管理體系，嚴格執行三檢制和工序交接制。7.2.2夾具弧面處要有較高的加工精度，張拉時要帶軟膠起潤滑作用，必
13、要時可墊硬質塑料膜，否則易將纖維束擠斷；碳纖維布與梁板表面粘接時，要嚴格控制梁板表面的平整度和碳纖維布與梁板粘貼時的平整度，安裝時注意均勻收緊，兩端同時進行，保持纖維布受力均勻，否則會引起纖維布皺起，無法保證粘貼質量；注意選擇合適的附加錨固安裝點；7.2.3纖維布施加預應力時，同一斷面應多道纖維布同時進行，避免先后施加帶來過大的預應力損失。7.2.4各種材料必須符合設計要求，粘膠要保證在有效時間內用完，否則要另行拌制。粘膠選擇與配制；粘膠配制必須嚴格按比例，并用電子秤計量，電動攪拌器均勻攪拌，根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。一般情況下1h內用完。主劑（環氧樹脂），固化劑（乙二胺），
14、增柔劑（液體橡膠），稀釋劑（丙酮）。7.2.5準備工作充分，人員必須到位，責任到人，纖維布一旦開始安裝張拉即不能停頓直至一個結構單元完成。7.2.6安裝纖維布前，要將粘貼范圍內混凝土表面清理干凈，并使混凝土表面保持干燥。7.2.7施工完后為保證粘膠和錨具的耐久性，必須在養護完成后立即進行表面防護層施工。8安全措施8.1交通組織通車狀態下施工，合理交通組織是安全措施的重點。8.1.1對于嚴重橋頭跳車的橋在粘貼纖維布時，應防止車輛高速闖入，加強防護，需設減速標志。8.1.2當在立交橋下施工時，搭建的腳手架將會占據部分路面，橋下凈空亦將有所減少，應在前方150m處設立限寬和限高標志。8.1.3在施工
15、地點前依次設置高速公路施工GB5768-1999標準規定的明示標牌，并在施工區域全程內每隔15m設一反光警示樁。8.1.4夜間在施工區域前方設置警示燈，并根據天氣情況增設警示燈。8.1.5確定專職交通協管員維護交通秩序及安全設施，24小時專人值班看護，堅決杜絕安全設施不到位而對道路的運行帶來影響。8.2施工安全措施8.2.1強化全員安全意識，施工前對所有施工人員進行高速公路作業安全知識培訓。8.2.2必要的安全設施擺放齊全后才可進入施工現場，施工期間現場安全由專職安全員全程統一指揮、檢查、監督。8.2.3施工機具及人員嚴禁進入營運車道或橫穿公路。8.2.4所有參與施工人員必須提高個人安全意識，
16、上路作業要穿防護服、戴安全帽，涉及高空作業的必須系好安全帶。9環保措施9.1實行清潔生產，粘膠集中配置和，剩余物全部帶離現場，集中處理。9.2提高施工組織水平，安排白天施工，減少施工噪音影響周邊居民。10效益分析10.1經濟效益分析采用預應力碳纖維加固，由于碳纖維布處于張緊狀態，且粘結層經過改良，粘結層不易剝離，具有更好的耐久性，與普通碳纖維加固橋梁工程35年的耐久性相比，預應力加固的耐久性可長達10年左右；而且即便粘結層剝離，機械錨固的存在使得碳纖維布不會脫落，加固不會完全失效。并且，可以在重新注膠粘貼后恢復性能。因此，對比兩種橋梁加固方法的全壽命費用，預應力碳纖維加固僅為普通碳纖維加固的3
17、0%35%。大幅度降低了加固維修的費用。10.2社會效益分析預應力碳纖維加固屬于主動加固技術，無需對結構進行卸載，對于橋梁結構無需中斷道路交通運輸，且不會影響加固效果。對于高速公路和主要交通干線公路尤其有利，可完全避免中斷交通帶來的經濟損失。同時采用不中斷交通的加固方式，也給人們的日常出行避免需繞道通行的不邊，創造了良好的社會效益。預應力碳纖維加固，降低了碳纖維布、環氧樹脂等材料的用量，十分符合節約資源，合理利用資源的國情。并且由碳纖維加固提高了橋梁的使用壽命，也避免了因重復建設造成自然資源的浪費，具有良好的社會效益。11工程實例實例一：XX橋（左幅）橋梁梁板加固修復工程，該橋位于XX高速公路杭紹段，該橋中心樁號K21+572，橋梁全長27.04m，右偏角105，布跨為1.52m+38m+1.52m。，橋面凈寬12.0m。第3跨設人行通道，凈空2.20m；第2跨有河流，設計水位4.03m。實例二：XX橋（右幅）橋梁梁板加固修復工程，該橋位于XX高速公路杭紹段，該橋中心樁號K21+572，橋梁全長27.04m，右偏角105，布跨為1.52m+38m+1.52m。，橋面凈寬12.0m。第3跨設人行通道，凈空2.20m；第2跨有河流，設計水位4.03m。
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