碳纤维板加固补强技术在桥梁养护工程中的应用

摘要：某高速公路立交桥发生超高车辆撞桥事故，导致该立交桥箱梁底部破损严重，梁底出现严重露筋，部分预应力钢绞线断裂。针对上述情况，现场进行了养护方案比选，在预应力碳纤维板加固、更换箱梁、体系外预应力钢束加固以及外包开口钢箱加固4种方案中，从对交通的影响、施工难度、工程造价、加固效果等多方面进行比选，最终选择了碳纤维板加固方案对该受损箱梁进行加固。

关键词：碳纤维板加固;紧急养护;方案比选;加固验算

碳纤维板补强加固混凝土结构技术是目前应用于土木工程领域的一种新兴的、技术含量高的补强加固方法， 相比碳纤维布加固补强效果具有与传统的加固修补方法相比具有补强效果明显， 提高幅度大的特点。常用的碳纤维布加固技术， 由于其截面面积较小， 加固补强提高幅度不大， 对于需要大幅提高承载能力的构件， 碳纤维布往往不能满足要求。而碳纤维板不仅可以提高构件的承载能力， 而且对提高构件的刚度和耐久性， 改变结构的破坏模式。具备粘钢加固和粘碳纤维加固二者的优点。

1 工程概况

某桥梁工程全长586m，宽28m，为双幅桥，按照双向四车道设计。该桥上部结构采用装配式预应力T梁，桥面铺装层为混凝土现浇，行车道为2×10.25m，人行道为2×1.9m；桥梁下部结构为桩基础柱式墩、U形台，板式橡胶支座。由于该桥修建的年代较为久远，经过多年使用，桥梁结构出现大量的病害问题，如腹板裂缝、支座损坏、墩身露筋、桥面受损等。为消除病害，恢复桥梁的性能，决定采用预应力碳纤维板对桥梁进行加固处理。下面重点对该桥加固施工中碳纤维板的应用展开分析。

加固方案如下：

（1）采用抗流挂聚合物砂浆恢复破损截面尺寸，同时采用预应力钢绞线单孔连接器连接断裂钢绞线，布置纵横向钢筋与原结构钢筋单面焊连接。

（2）在破损箱梁底板布置4条预应力碳纤维板，在钢绞线断裂一侧的腹板布置1条预应力碳纤维板进行加固，然后采用挂钢丝网+喷抗流挂聚合物砂浆的方式覆盖预应力碳纤维板加固区域腹板和底板，抗流挂聚合物砂浆厚度为3 cm。

2 预应力碳纤维板加固技术的应用

2.1 桥梁加固方案

依据桥梁承载力现场检测结果，针对T梁，采用两侧粘贴预应力碳纤维板的方法加固梁体，以此来增强T梁的承载力，提高其抗弯性能。分别在梁体两侧粘贴碳纤维板，板的左右两端与梁端之间的距离为200cm，板宽为10cm，板厚为0.2cm，在梁体两侧同时张拉预应力，采用分级张拉的方式，当所有梁体的碳纤维板全部张拉完毕后，用结构胶将板和梁体之间填充密实，最后以压紧条固定。

2.2 施工技术要点

2.2.1 测量定位

然后将碳纤维板的中心线、锚具底座边缘线、锚栓孔中心线的位置全部准确画出，为后续施工提供有利条件，确保碳纤维板、锚具、锚栓的安装位置准确无误。

2.2.2 底座割槽

桥梁加固要保证美观，应用碳纤维板加固梁体时，要确保顺直。为实现上述目标，可在梁体上切割一个的槽口，将锚具底座安装到槽内，使锚具与梁体保持在同一个水平面内。依据锚具底座固定端和张拉端的尺寸，施工人员可以使用电锤放样区域进行凿平处理，保证割槽的深度与设计要求相符。

2.2.3 钻设锚栓孔

在梁体上钻设锚栓孔时，为避免触碰底板钢筋，要先探明钢筋所在的具体位置，钻孔过程中，对该位置加以避让，按实际情况调整孔位。钻孔前先制作模板，并依据锚具的孔位，在模板上钻出相应的孔洞，随后用记号笔在梁体上将孔位准确标出，使用冲击钻，根据设计要求的孔深和孔径完成孔位钻设，确保钻孔垂直。可将锚具底座的孔位作为参考，使螺栓与底座的孔位相匹配。在孔位钻设的过程中，若是因操作不当触碰到梁体内部的结构钢筋或预应力钢绞线，则可按实际向左或向右偏移。为使钻孔表面达到要求的粗糙度，要选择冲击钻孔工艺。

2.2.4 清除孔内残渣

孔位钻设完毕后，要对孔内的残渣、粉尘等全面清除，为后续化学锚栓的顺利植入提供有利条件。可使用高压风吹扫钻孔，随后用浓度较高酒精对孔内全面清洗，待酒精挥发后，且孔内达到干燥时，便可植入化学锚栓。需要注意的是，因特殊情况，无法立即植入化学锚栓时，必须将孔洞临时封闭，以免杂物入孔，对锚栓的锚固质量造成不利影响。

2.2.5 基面处理

为确保碳纤维板粘贴的牢固度，要在正式粘贴前，对梁体上待粘贴部位的混凝土基面进行打磨处理，并在打磨完毕后，使用压缩空气将表面吹洗干净。针对梁体表面存在缺陷的部位，可使用修补胶后再使用聚合物砂浆予以修复，为碳纤维板粘贴稳定创造有利条件。

2.2.6 植入锚栓

在化学锚栓植入前，要先清洁钻孔，具体做法是选用浓度较高的酒精，擦洗孔洞，待酒精挥发后，便可开始植栓。将化学药管安放至孔洞内，随后以顺时针或逆时针的方向旋转锚栓，使其顺利插入孔内，要确保锚栓入孔后达到设计深度，并使锚栓与孔壁之间保持均匀的间隙，锚栓必须垂直，允许偏差不得超过现行规范标准的规定要求，以免影响施工质量。化学药剂尚未彻底固化前，不得以人为的方式扰动锚栓，以免造成锚栓移位。

2.2.7 安装锚具底座及碳纤维板

在预先开设好的槽口混凝土底面上均匀涂抹一层聚合物砂浆，也可以选用修补胶，以此来达到修补底面及找平的目的。随后按照相关规定要求，将固定端和张拉端的锚具底座安装就位，将螺母拧紧，确保底座牢靠稳固；待底座安装完毕后，可先用浓度较高的酒精擦洗碳纤维板需要涂抹结构胶的部位，在这一过程中，要避免损坏板面。将结构胶均匀涂抹在碳纤维板上，控制好平均厚度，以3.0mm为宜，涂好胶的碳纤维板与锚具全部安装到底座上，将螺母拧紧。

2.2.8 张拉

张拉碳纤维板前，要先预紧，使板达到绷直状态，对受力情况全面检查，看受力是否均匀，若受力不均，则要采取相应的措施加以调整。张拉过程中，要对每片T梁两侧的碳纤维板同时张拉，保证对称，并分级进行。通过计算，得出的张拉控制力为192kN，以此控制张拉，避免出现超拉或是张拉不足的问题，确保张拉质量达标。

2.2.9 压紧与防护

当预应力碳纤维板张拉完毕后，要将碳纤维板边缘挤出的结构胶清理干净，随后加装压紧条；当单片T梁碳纤维板施工后，可将张拉工具及时拆除，然后全面清洁施工现场，使用环氧砂浆，将固定端和张拉端的锚具部位封锚，以达到防护效果，并在碳纤维板表面均匀涂刷防护胶，保护碳纤维板。

3 施工主意事项

3.1 气温在5℃以下、相对湿度RH>85%、有结露的可能时， 无有效措施不得施工。

3.2 远离电源。

3.3 施工用各种树脂远离明火， 并避免阳光直射。

3.4 施工及检查人员应穿防护工作服， 配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品。

3.5 粘结剂的配制应在室内进行， 施工现场保证通风状况良好。

3.6 千斤顶要在胶固化后， 即48小时以后拆除。

4 加固效果评价

采用此方法加固后， 5天进行荷载试验， 试验采用设计荷载的1.1倍进行分4级加载， 分别是15%、20%、45%和30%。最大挠度没有超过规范容许值， 裂缝几乎没有发展， 效果十分明显。

结论

在经过碳纤维板加固处治后，受损桥梁承载能力、使用功能以及主梁挠度等指标均恢复至事故前的水平，经检测，桥梁各项功能满足设计及规范要求，行车舒适，未发生其他事故，目前桥梁已恢复运营。工程实践表明，碳纤维板加固在桥梁养护中起到了关键的作用，不但施工工艺成熟，加固效果好，工程造价也相对较低，在桥梁养护中对既有公路交通影响也较小，为类似桥梁工程养护提供了借鉴意义。

参考文献

[1]杜含辰.预应力碳纤维板在梁桥加固工程中的应用研究[J].工程建设，2023，55（8）：74-78.

[2]张海亮.预应力碳纤维加固技术在钢筋混凝土连续梁桥中的应用[J].交通世界，2023（14）：156-158.