碳纖維加固技術在汾河管線橋加固工程中的應用

王立文

（太原市熱力公司基建處，山西 太原 030001）

一、工程概況

雙塔西街跨汾河管線橋修建于20世紀90年代，橋長561.7米，橋面總寬10.7m，橫向布置為3.5m(左側護欄及管道設施)+5.0m（人行道）+2.2m（右側護欄及管道設施）,是由西向東輸送煤氣、熱力的“溫暖橋”。該橋梁上部結構為鋼架拱，由鋼筋混凝土實腹段、弦桿、斜腿、橋面板、橫隔梁、橫系梁等組成；橋梁下部結構由支座、橋臺、拱腳、蓋梁、立柱、承臺、灌注樁基等組成；支座采用板式橡膠支座。由于運行距今已近20年，橋體、橋面等均出現一定破損。為此，相關主管部門決定對該橋進行維修加固。

經過現場檢測，該橋梁現存的主要病害情況大致分為橋面板縱向裂縫，以及橋上部和下部結構存在銹脹露筋或破損漏筋、全橋附屬設施挑梁存在混凝土剝落露筋等問題。

經綜合交通、環境、工程造價等因素考慮，確定放棄重建方案，采用碳纖維加固方案。

二、總體方案

（一）搭建加固平臺

汾河管線橋維修加固主要分為上部結構、下部結構、橋面系和附屬設施維修加固，難點是下部結構蓋梁、橋面板的維修加固，特別橋下有水地段。下部結構蓋梁、橋面板的維修搭設腳手架。搭設根據現場情況，腳手架搭設分兩種情況：

1.地面已硬化地段

管線橋橋下已進行汾河治理地段，地面已硬化，維修加固時可在地面上直接搭設腳手架，腳手架橫向間距1.5m，縱向間距1.5m，在腳手架上鋪設木板。

2.地面未硬化地段以及汾河有水地段

汾河有水地段，因現汾河已進行治理，必須保護周圍環境和水源，現場不適合進行導流，根據管線橋位于河道內的施工特點，采用吊架施工工藝，河道內橋下全部設吊架。吊架分吊掛系統、支承系統、平臺、門式支架四部分，門式支架上承受施工人員、注漿機等施工機械，吊架施工具體布置如下圖所示。

吊掛系統：吊掛利用拱肋上的吊鉤，通過焊接φ16圓鋼吊鉤，每跨需長1.6m的6根，長2.4m的18根，鋼筋吊鉤上面用3.25t卸扣與拱肋預埋吊鉤連接，下面穿過橫梁鋼管，鋼管間采用扣件連接。吊鉤處設扣件與橫梁鋼相管連接。鋼管為外徑48mm，壁厚3.5mm。

吊架橫斷面圖

吊架立面示意圖

支承系統：在河道內直接設鋼管支承，沿橋方向每隔1.2m設一根鋼管，沿河道每隔5m設鋼管，鋼管處設斜撐。

平臺：縱向每隔1m橫向每1.2m的鋼管上滿鋪設25cm×5cm木板，四周設1.5m高安全網。

搭設好腳手架后，即可按照碳纖維加固的一般流程進行維修加固。

（二）加固區域混凝土表面清理

對混凝土破損部位，采用人工鑿除法、氣動工具鑿除法或高速射水法將該處松散、破損、污損的混凝土清除干凈，直至露出堅硬密實的基面，同時應注意保證該部位無油污、油脂、蠟狀物、灰塵以及附著物等物質。所有廢棄物全部外棄，運距10km，其中吊架上廢棄物需及時人工運到岸邊集中收集。

（三）具體部位維修處治措施

1.混凝土裂縫

施工前對裂縫進行全面的檢查，現場核實裂縫長度、寬度、數量等，并對裂縫進行編號，做好記錄，繪制裂縫分布圖；所有工序均搭設腳手架進行作業。

裂縫寬度＜0.15mm采用表面封閉法修補，涂刷專用環氧樹脂進行封閉；裂縫寬度≥0.15mm時，采用壓力注漿法修補。

2.混凝土表層缺陷修復

采用高標號（比修補部位混凝土標號高一級）的環氧砂漿對混凝土破損處進行修補恢復。

（1）在混凝土破損區域清理完成以及鋼筋阻銹處理工作完畢后進行。

（2）在混凝土破損區域結合面刷抹環氧樹脂和固化劑混合料。

（3）采用環氧砂漿對破損區域進行修補，要求修補后結構表面平整密實。

（4）環氧砂漿必須專人配比，隨拌隨用，必須在1小時（20℃）之內使用完畢。

（5）因為環氧砂漿不能立即成型，橋梁立面區域分兩次進行抹制完成，橋梁仰面區域分四次進行抹制完成，并且需要支模型。

（6）補修區處于潮濕狀態，采用風干機進行處理。

（7）做養護：應根據材料物理化學特性、修補厚度以及氣候條件等因素做好養護工作。

（四）涂底膠

用專用刷將底膠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，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。一般固化時間為3-5天。

（五）找平

經過對混凝土裂縫以及混凝土破損表面的處理后，要求此表面必須光滑平整，因此可不進行找平處理。

（六）粘貼

按設計要求的尺寸及層數裁剪碳纖維布（除非特殊要求，碳纖維布長度一般應在3m之內）。粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后剝去離型紙，用特制工具沿纖維布方向反復滾壓，目的就是使得去除粘貼部位氣泡，并使底膠充分浸透碳纖維布。多層纖維布的粘貼應重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥后方可進行下一層的粘貼。碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100 mm，粘貼層數不超過為三層，同時碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。

三、總結

碳纖維加固技術已日趨成熟，并廣為大眾熟知，其特點在此不一一枚舉。汾河管道橋采用碳纖維布加固技術加固，為政府節約投資（工程造價約78萬元）、工期短（45天）、對交通影響小且經過檢測各項指標均達到了設計標準；維修加固與拆除重建相比，資金僅相當于重建的30%，工期僅為重建的1/3，經濟效益和社會效益顯著。此次維修加固圓滿完成了業主方在開工前提出的要求，為碳纖維加固技術的進一步普及起到了一定的推進作用。

工程施工進度計劃

[1]史文生.碳纖維加固舊橋橋板技術在唐津高速上的應用[J].交通世界(建養·機械)，2008，（11）.

[2]裘泳.碳纖維結構加固技術[J].中華建設,2012，（3）.