ja預(yù)應(yīng)力碳纖維加固橋梁混凝土結(jié)構(gòu)施工工法

1、預(yù)應(yīng)力碳纖維加固簡(jiǎn)支橋梁混凝土結(jié)構(gòu)施工工法1引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)和交通量的迅猛增加，大量的橋梁處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用環(huán)境(如荷載、碳化、凍融、化學(xué)介質(zhì)侵蝕等) 作用下，引起結(jié)構(gòu)開裂，橋梁的承載能力降低，使用年限縮短，甚至出現(xiàn)橋梁坍塌情況。為了適應(yīng)我國(guó)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，以節(jié)約投資和可持續(xù)發(fā)展為原則，在橋梁梁板結(jié)構(gòu)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(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)與加固處理，達(dá)到提高其承載能力、恢復(fù)其工作性能及延長(zhǎng)其正常使用年限效果。浙江順暢高等級(jí)養(yǎng)護(hù)有限公司在杭金衢高速公路后徐橋應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力碳纖維加固橋梁混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，

2、現(xiàn)將預(yù)應(yīng)力碳纖維加固橋梁混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝總結(jié)編制成工法。工法中涉及的預(yù)應(yīng)力碳纖維加固技術(shù)課題成果經(jīng)省廳鑒定，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。2工法特點(diǎn)采用本工法的預(yù)應(yīng)力碳纖維加固橋梁混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)有如下特點(diǎn)：2.1本工法裂縫修補(bǔ)與結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)同時(shí)進(jìn)行，選用緩粘結(jié)灌縫膠，保證預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)灌縫膠尚未完全硬化，便于結(jié)構(gòu)變形的恢復(fù)。2.2采用預(yù)應(yīng)力碳纖維加固的混凝土結(jié)構(gòu)可以抵抗各種酸、堿、鹽的腐蝕，極大地降低了結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)的使用壽命。2.3本工法采用嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)，其特點(diǎn)是先錨固后張拉，以構(gòu)件本身和先前的錨固作為張拉受力裝置，無(wú)需復(fù)雜的張拉機(jī)具，方法簡(jiǎn)便易行。2.4采用預(yù)應(yīng)力碳纖維加固的混凝土結(jié)構(gòu)

3、可有效提高被加固橋梁的抗彎、抗剪、抗疲勞強(qiáng)度，恢復(fù)撓度變形，閉合裂縫，增加剛度。3適用范圍本工法適用于處于通車狀態(tài)下中小跨徑（20m）以內(nèi)的混凝土簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)的加固修補(bǔ)。4工藝原理使用彈性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的裂縫進(jìn)行灌縫，對(duì)裂縫進(jìn)行初步封閉；用機(jī)械錨具將碳纖維布安裝在構(gòu)件的設(shè)計(jì)部位，采用嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)將碳纖維布張拉至設(shè)計(jì)的預(yù)拉應(yīng)力，同時(shí)進(jìn)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(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及恢復(fù)構(gòu)件變形。同時(shí)通過張拉碳纖維布使構(gòu)件變形恢復(fù)和剛度提高，對(duì)灌縫的彈性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行擠壓，以提高裂縫封閉質(zhì)量。嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)通過收緊夾具（圖4.1-1

4、），通過夾具的相互擠壓，使纖維布收緊，從而建立預(yù)應(yīng)力。圖4.1-1 嵌入式張拉夾具原理5工藝流程和操作要點(diǎn)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(gòu)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(jìn)行張拉進(jìn)行二次錨固粘貼拆除夾具防護(hù)處理圖5.1-1預(yù)應(yīng)力碳纖維加固橋梁混凝土結(jié)構(gòu)流程圖5.2操作要點(diǎn)5.2.1加工錨夾具圖5.2.1-1錨固夾具根據(jù)梁板加固需要制作適當(dāng)數(shù)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(zhuǎn)角構(gòu)造

5、圖為了使預(yù)應(yīng)力碳纖維與混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)緊密，需進(jìn)行基層處理，將表面松動(dòng)的混凝土打磨找平，露出密實(shí)層；混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)。用混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)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(zhuǎn)角安裝粘貼處要進(jìn)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(dòng)。用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。5.2.3清理構(gòu)件裂縫用空壓機(jī)的風(fēng)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(nèi)無(wú)雜物，保證裂縫封閉效果

6、。5.2.4安裝螺栓圖5.2.4-1 螺栓安裝圖按設(shè)計(jì)要求在相應(yīng)位置打孔（注意控制深度，不得傷及構(gòu)件的主筋或預(yù)應(yīng)力筋），用于預(yù)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(duì)裂縫進(jìn)行清孔，螺栓孔清孔后用植筋膠（按以下方法配制：環(huán)氧樹脂:固化劑:增柔劑20:5:1）將螺栓植入孔內(nèi)。(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(duì)裂縫進(jìn)行灌膠。用滾筒刷將底膠（按以下方法配制：環(huán)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(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以手指觸摸干燥為準(zhǔn))再進(jìn)行下一工序施工。5.2.6安裝碳纖維布按設(shè)

7、計(jì)要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布，單節(jié)碳纖維布長(zhǎng)度一般應(yīng)在3m之內(nèi)，當(dāng)碳纖維布長(zhǎng)度超過限定長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)設(shè)置輔助錨固點(diǎn)（見圖5.2.6-1）；纖維布端部預(yù)先彎折，粘貼；端部穿圓鋼。圖5.2.6-1 輔助錨固構(gòu)造圖待膠硬結(jié)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(shí)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(jìn)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(huán)氧樹脂:固化劑:增柔劑:稀釋劑20:5:2:0.5

8、），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(jìn)行灌膠（見圖5.2.7-2），同時(shí)施加預(yù)應(yīng)力（見圖5.2.7-3），為降低施工難度，保護(hù)纖維布，可在夾具處墊硬質(zhì)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(yù)應(yīng)力的控制是本工法關(guān)鍵之處，預(yù)應(yīng)力的控制主要是根據(jù)測(cè)定碳纖維布的縮進(jìn)量，除以碳纖維布的凈長(zhǎng)度，得出碳纖維布的應(yīng)變，再乘以纖維布的彈性模量，從而確定張拉預(yù)應(yīng)力的大小。如下式子（5-1）所示： （5-1）為了便于預(yù)應(yīng)力的控制，制作張拉夾具時(shí)，目前設(shè)計(jì)夾具的最大縮進(jìn)量為35mm

9、，跨徑10m的構(gòu)件， 采用一個(gè)夾具就可以將碳纖維布的應(yīng)力張拉至800mpa（一般情況，碳纖維布的張拉控制應(yīng)力值為：600mpa張拉控制應(yīng)力1200 mpa）。5.2.8進(jìn)行二次錨固粘貼施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)的控制應(yīng)力，進(jìn)行二次錨固（見圖5.2.8-1），同時(shí)安裝附加錨固（附加錨固點(diǎn)間距一般不大于3m，且選擇在基底凹陷處），充分?jǐn)D壓粘結(jié)層，并將擠出的粘膠均勻地涂在纖維布表面，待膠初步硬結(jié)后，表面撒中砂，便于后期抹砂漿進(jìn)行表面防護(hù)處理。 圖5.2.8-1 張拉示意圖5.2.9拆除夾具防護(hù)處理待粘結(jié)層養(yǎng)護(hù)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(gòu)件表面（見圖5.

10、2.9-2），完成加固。 圖5.2.9-1 張拉端錨固夾具 圖5.2.9-2 錨固夾具拆除6材料與設(shè)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(tǒng)計(jì)表序號(hào)材料名稱規(guī)格技術(shù)要求1環(huán)氧樹脂e44見公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范2乙二胺見公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范3液體橡膠液體端基羧丁腈橡膠（ctbn）見公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范4丙酮見公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范5碳纖維布見碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程6錨固板6mm q235鋼板見碳素和低合金結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板和鋼帶gb/t912-896.2機(jī)具設(shè)備

11、 主要工程機(jī)具設(shè)備見表6.2.1-1。.表6.2.1-1 預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固主要機(jī)具序號(hào)名稱規(guī)格 單位 數(shù)量1空壓機(jī)2.5m3/min臺(tái)根據(jù)需要2沖擊鉆臺(tái)根據(jù)需要3電焊機(jī)臺(tái)14發(fā)電機(jī)30kw臺(tái)15滾筒刷個(gè)根據(jù)需要6梯子可升降式個(gè)根據(jù)需要7扭矩扳手個(gè)根據(jù)需要8電子秤 個(gè)19電動(dòng)攪拌器個(gè)210容器個(gè)根據(jù)需要11大膩刀個(gè)1012塑料刮板個(gè)1013注膠器個(gè)根據(jù)需要14活動(dòng)腳手架套根據(jù)需要7質(zhì)量要求及控制措施7.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)7.1.1碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程cecs 146:20037.1.2金屬材料彎曲試驗(yàn)方法gb/t232-19997.2質(zhì)量控制措施7.2.1建立健全質(zhì)量管理體系，嚴(yán)格執(zhí)行

12、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(shí)要帶軟膠起潤(rùn)滑作用，必要時(shí)可墊硬質(zhì)塑料膜，否則易將纖維束擠斷；碳纖維布與梁板表面粘接時(shí)，要嚴(yán)格控制梁板表面的平整度和碳纖維布與梁板粘貼時(shí)的平整度，安裝時(shí)注意均勻收緊，兩端同時(shí)進(jìn)行，保持纖維布受力均勻，否則會(huì)引起纖維布皺起，無(wú)法保證粘貼質(zhì)量；注意選擇合適的附加錨固安裝點(diǎn)；7.2.3纖維布施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，同一斷面應(yīng)多道纖維布同時(shí)進(jìn)行，避免先后施加帶來過大的預(yù)應(yīng)力損失。7.2.4各種材料必須符合設(shè)計(jì)要求，粘膠要保證在有效時(shí)間內(nèi)用完，否則要另行拌制。粘膠選擇與配制；粘膠配制必須嚴(yán)格按比例，并用電子秤計(jì)量，電動(dòng)攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣

13、溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。一般情況下1h內(nèi)用完。主劑（環(huán)氧樹脂），固化劑（乙二胺），增柔劑（液體橡膠），稀釋劑（丙酮）。7.2.5準(zhǔn)備工作充分，人員必須到位，責(zé)任到人，纖維布一旦開始安裝張拉即不能停頓直至一個(gè)結(jié)構(gòu)單元完成。7.2.6安裝纖維布前，要將粘貼范圍內(nèi)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(yǎng)護(hù)完成后立即進(jìn)行表面防護(hù)層施工。8安全措施8.1交通組織通車狀態(tài)下施工，合理交通組織是安全措施的重點(diǎn)。8.1.1對(duì)于嚴(yán)重橋頭跳車的橋在粘貼纖維布時(shí)，應(yīng)防止車輛高速闖入，加強(qiáng)防護(hù)，需設(shè)減速標(biāo)志。8.1.2當(dāng)在立交橋下施工時(shí)，搭建的腳手架將會(huì)占

14、據(jù)部分路面，橋下凈空亦將有所減少，應(yīng)在前方150m處設(shè)立限寬和限高標(biāo)志。8.1.3在施工地點(diǎn)前依次設(shè)置高速公路施工gb5768-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的明示標(biāo)牌，并在施工區(qū)域全程內(nèi)每隔15m設(shè)一反光警示樁。8.1.4夜間在施工區(qū)域前方設(shè)置警示燈，并根據(jù)天氣情況增設(shè)警示燈。8.1.5確定專職交通協(xié)管員維護(hù)交通秩序及安全設(shè)施，24小時(shí)專人值班看護(hù)，堅(jiān)決杜絕安全設(shè)施不到位而對(duì)道路的運(yùn)行帶來影響。8.2施工安全措施8.2.1強(qiáng)化全員安全意識(shí)，施工前對(duì)所有施工人員進(jìn)行高速公路作業(yè)安全知識(shí)培訓(xùn)。8.2.2必要的安全設(shè)施擺放齊全后才可進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，施工期間現(xiàn)場(chǎng)安全由專職安全員全程統(tǒng)一指揮、檢查、監(jiān)督。8.2.3施

15、工機(jī)具及人員嚴(yán)禁進(jìn)入營(yíng)運(yùn)車道或橫穿公路。8.2.4所有參與施工人員必須提高個(gè)人安全意識(shí)，上路作業(yè)要穿防護(hù)服、戴安全帽，涉及高空作業(yè)的必須系好安全帶。9環(huán)保措施9.1實(shí)行清潔生產(chǎn)，粘膠集中配置和，剩余物全部帶離現(xiàn)場(chǎng)，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(jīng)濟(jì)效益分析采用預(yù)應(yīng)力碳纖維加固，由于碳纖維布處于張緊狀態(tài)，且粘結(jié)層經(jīng)過改良，粘結(jié)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(yù)應(yīng)力加固的耐久性可長(zhǎng)達(dá)10年左右；而且即便粘結(jié)層剝離，機(jī)械錨固的存在使得碳纖維布不會(huì)脫落，加固不會(huì)完全失效。并且，可以在重新注膠粘貼后

16、恢復(fù)性能。因此，對(duì)比兩種橋梁加固方法的全壽命費(fèi)用，預(yù)應(yīng)力碳纖維加固僅為普通碳纖維加固的30%35%。大幅度降低了加固維修的費(fèi)用。10.2社會(huì)效益分析預(yù)應(yīng)力碳纖維加固屬于主動(dòng)加固技術(shù)，無(wú)需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)無(wú)需中斷道路交通運(yùn)輸，且不會(huì)影響加固效果。對(duì)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(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)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(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。預(yù)應(yīng)力碳纖維加固，降低了碳纖維布、環(huán)氧樹脂等材料的用量，十分符合節(jié)約資源，合理利用資源的國(guó)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(fù)建設(shè)造成自然資源的浪費(fèi)，具有良好

17、的社會(huì)效益。11工程實(shí)例實(shí)例一：xx橋（左幅）橋梁梁板加固修復(fù)工程，該橋位于xx高速公路杭紹段，該橋中心樁號(hào)k21+572，橋梁全長(zhǎng)27.04m，右偏角105，布跨為1.52m+38m+1.52m。，橋面凈寬12.0m。第3跨設(shè)人行通道，凈空2.20m；第2跨有河流，設(shè)計(jì)水位4.03m。實(shí)例二：xx橋（右幅）橋梁梁板加固修復(fù)工程，該橋位于xx高速公路杭紹段，該橋中心樁號(hào)k21+572，橋梁全長(zhǎng)27.04m，右偏角105，布跨為1.52m+38m+1.52m。，橋面凈寬12.0m。第3跨設(shè)人行通道，凈空2.20m；第2跨有河流，設(shè)計(jì)水位4.03m。采用本工法加固，上述兩個(gè)工程僅用時(shí)15天，質(zhì)量進(jìn)

18、度效益良好，受到業(yè)主肯定，得到了廣泛的贊譽(yù)。attention to improving the quality and efficiency of development and pay more attention to security and reform the peoples livelihood, more focus on maintaining social harmony and stability, and promote the development of township economy in a better and faster, create a new no

19、rmal xx development and lay a more solid foundation for xx build a well-off society. completed tasks this year, we must always pay special attention to the primary task of development. xx weak economic base, low levels of development, economic construction is the center, we have to create conditions for faster economic development, accumulating more wealth, better peoples lives. effort should be made to this years economic growth, revenue growth, people have maintained a high rate of income growth, gdp growth of more than 15 per cent respectively. always grasp