危橋改造工程G528 線長城小橋預應力碳板張拉施工方案

■羅曉安

(南平市公路工程試驗檢測中心，南平 353000)

1 工程概述

福建省南平市政和縣長城小橋位于G528 線， 橋梁中心樁號K41+003， 設計荷載為汽車-20， 掛車-100，于1971 年建成通車。長城小橋上部結構采用2×13m 鋼筋混凝土現澆空心板，簡支結構，板高0.65m，底寬11.0m，兩側翼緣板寬0.5m，橋梁全長34.6m。 橋面布置為：1.5m 人行道+9m 行車道+1.5m 人行道。 下部結構橋臺采用U 型橋臺配擴大基礎，橋墩采用重力式橋墩配擴大基礎，橋型布置圖如圖1 所示。

圖1 長城小橋橋型布置圖(單位：cm)

經檢測，該橋總體技術狀況等級評定結果為3 類，該橋的主要病害為：①空心板梁存在不同程度的橫向裂縫、斜向裂縫及豎向裂縫，共計裂縫359 條，總長300.5m，縫寬0.02～0.14mm；②橋墩蓋梁存在掉塊、露筋；③橋臺臺帽存在5 條豎向裂縫，臺帽存在破損、掉塊；④橋面鋪裝存在13 條裂縫，人行道存在破損及裂縫，且高度不滿足要求。

表1 加固處治方案比選分析

2 加固處治方案

根據橋梁記載，本橋設計荷載為汽-20，掛-100，經調查分析，本橋實際通行荷載長時間超過設計荷載，是導致空心板出現大量裂縫的主要原因。 橋面在重載交通作用下，出現多條橫向裂縫及多出網裂。本次加固設計結合橋梁病害的嚴重程度，針對性地制定兩個處治方案，方案對比如表1 所示。

3 碳板張拉施工

3.1 勞動力組織

本橋空心板預應力碳板張拉施工預計投入技術員2名，技工8 名。 使用的主設備有：20T 小型千斤頂和手動油泵(1 套)、張拉工裝(固定端和張拉端)壓條、錨具、張拉桿、墨斗、卷尺、電錘、吹風機等。

3.2 使用材料

本橋空心板預應力碳板張拉施工的材料選取如下：

(1)碳纖維板：碳纖維板采用高強度I 級板，抗拉標準強度2400MPa，規格100×2.0mm；

(2)碳纖維板膠：碳纖維板膠采用碳板專用膠CFSRA/B，碳板膠為AB 雙組份，配合比A∶B=2∶1；

(3)碳纖維板性能指標：碳纖維板性能指標必須符合表2 的要求。

表2 碳纖維板性能指標

3.3 施工工藝流程

(1)施工準備：在加固梁上按照設計施工放樣，準確確定碳纖維板和兩端錨具位置。放樣采取鋼尺定位，根據支座位置確定實際鉆孔以及混凝土清理位置。

(2)混凝土粘貼表面處理：橋梁鋼筋混凝土結構長期直接暴露在有一定濕度的空氣中， 在粘貼碳纖維板加固施工中，需打鑿掉脆化疏松層，提高粘結力。 對混凝土粘貼面的脆化疏松層， 應采用硬質金剛石磨輪打磨至石粒層掉落且完全露出新面，并用鋼絲刷清除疏松浮層。為了保證碳纖維板與混凝土之間的設計間隙(膠層厚度3～5mm)，實現碳纖維板受力張拉時平直均衡無阻礙，對混凝土高凸面應采用金剛石打磨片打磨， 對混凝土低凹面應采用環氧修補膠修補。 碳纖維板底混凝土平整度要求小于5mm/2m，假如粘貼時混凝土濕度較大，對混凝土粘貼面尚須作人工干燥處理。

(3)鉆植膠錨螺栓：安裝碳纖維板張拉端和固定端構件的位置按照設計圖紙要求進行準確定位， 鉆孔種植化學錨栓，施工放線采用鋼筋探測儀標定螺栓鉆孔位置。采用電錘鉆孔時應保證鉆孔中心線與混凝土梁面垂直，鉆孔中心位置偏差不超過3mm。 M24 錨栓植入深度12cm，壓條用M10 錨栓植入8cm。

將吹風機噴嘴深入成孔底部并吹入潔凈無油的空氣，向外拉出噴嘴，反復3 次；將硬毛刷插入孔中，往返旋轉清刷3 次；再將吹風機噴嘴深入成孔底部吹氣，反復3次；對要植入螺栓上的油污應進行清理；植螺栓前用丙酮擦拭孔壁、孔底和螺栓。植筋膠采用配套專用注射器進行灌注，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且螺栓需垂直于梁面，直至達到設計深度，確保螺桿頂端在同一平面上。 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。

(4)安裝錨具支座：張拉端、固定端支座中心線應與碳板中心線平行或重疊， 錨具兩端支座中心延長線按碳纖維板全長計算偏差不得超過±5mm。支座內側錨栓中心線之間的距離為碳板自由端長度+250mm。

錨具、支座安裝的梁面，縱橫方向水平均應位于水平尺中央， 兩端錨具底部結合面修磨時可以低于安裝梁面1～2mm。

兩端支座板安裝孔因鉆孔偏差修整后與螺栓出現的間隙，安裝時應使用粘鋼膠填補，兩端支座調平后與混凝土的空隙，也應采用粘鋼膠填補或找平。

(5)碳纖維板檢查：碳纖維板重點檢查碳纖維板直線度，其全長直線度偏差不得超過20mm；對于碳纖維復合板材粘貼表面的處理同樣重要， 粘貼表面殘留的油污在膠粘劑與碳纖維復合板材之間容易產生一層油脂狀薄膜，導致膠粘劑與碳纖維復合板材之間粘結失效，要求碳纖維板使用前使用丙酮擦拭干凈。

(6)碳纖維板施加應力預張拉：安裝碳纖維板并旋緊螺桿拉直碳纖維板， 安裝張拉工裝和千斤頂且處于水平位置，加壓張拉至設計張拉應力值的15%，檢查兩端錨具之間碳纖維板與梁表面是否有間隙， 如碳纖維板與混凝土有高凸接觸點或面，應卸壓拆卸打磨后再張拉。

張拉控制力根據設計要求確定，張拉力值=張拉控制應力×碳板橫截面積，根據千斤頂標定報告提供的線性回歸方程Y=aX+b，(X 即為每次達到的張拉力值) 可以計算出碳板不同張拉力下千斤頂上的油壓表讀數， 并填入張拉記錄表中。

另外，碳板伸長量理論值按照Δ=碳纖維板的自由端長度×X/E 進行計算(X 即為每次達到的張拉力值，E 為檢測報告中彈性模量的實測值)， 并填入張拉記錄表中，同時計算出理論伸長量的差值。

(7)配膠、涂抺結構膠：粘板膠采用配套的同一品牌卡本CFPR-A/B 型粘板膠，碳板膠為AB 雙組份，配合比A∶B=2∶1，AB 雙組份分別稱重后攪拌至顏色均勻。 碳板膠對細微多孔、粗糙的混凝土粘貼面，具有良好的滲透性及浸潤性，而對組織密實的、粗糙度光滑的碳纖維復合板材粘貼面浸潤性相對較差。膠粘劑配制好后，為了使膠粘劑能充分浸潤、滲透、粘附于碳纖維復合板材粘貼面，應先使用抹刀在碳纖維復合板材粘貼面刮抹少量膠粘劑，并且用力刮抹數遍，然后，按照碳纖維復合板材寬度方向中間厚、邊緣薄的原則，再刮抹至所需膠體厚度，端部壓條到支座之間的膠層厚度按照5～25mm， 壓條中間碳板的膠層厚度按照3～5mm。 碳板膠用電子稱準確稱量，并用電動攪拌器在干凈的空桶中進行拌制，一次拌制的量不超過單根預應力碳板用膠量， 用膠量按每平米預應力碳板12kg 左右預估。

(8)壓緊條安裝：提前在壓緊條上用502 膠水粘上橡膠片。碳纖維板涂抹膠粘劑并初步固定就位后，即可安裝壓緊條。壓緊條安裝時需根據需要在錨栓底部，即壓緊條和混凝土之間安裝數塊墊片(墊片數量可根據實際情況進行確定)來保持壓條與混凝土8mm 左右的縫隙，以便張拉時碳纖維板可以自由滑動。

(9)張拉碳纖維板：壓緊條安裝就位后后，重新安裝千斤頂并調整處于水平位置， 加壓張拉至設計張拉應力值的5%，測量張拉端錨具和錨頭之間的距離。

張拉過程過程需在張拉端安裝擋板進行防護， 施工人員和技術人員需在擋板后進行操作。 張拉過程中采取應力應變雙控， 控制指標見表3， 分別達到15%、30%、50%、70%、90%、100%設計張拉力應力值時，測量張拉端錨具和錨頭之間的距離， 兩次測量值之差即為此過程中碳纖維板伸長量的實測值。同時，判斷碳纖維板伸長量的實測值是否滿足理論伸長量的要求， 按規范要求碳纖維板伸長量的實測值與理論伸長量誤差應不大于±6%。 當張拉應力值和碳板的伸長量滿足要求后， 將張拉桿上面的鎖固螺栓扭緊到位， 停頓5min 沒有其它異常情況后，拆除千斤頂和錨具張拉工裝； 同時將壓緊條上的螺栓扭緊，保證碳板與壓緊條之間無空隙。 若出現異響或異狀，由技術人員進行檢查，必要時進行卸壓，解決問題后方可繼續加壓。

表3 預應力碳板張拉控制表

張拉的控制應力為690MPa， 張拉控制應變為5‰，控制應變允許誤差范圍為正負6%，現場張拉時，預應力碳板張拉控制應力為690MPa， 即單條張拉力為138kN，張拉控制應變為5‰，且偏差需不大于6%。 加壓或減壓時，千斤頂行程速度應控制在20mm∕min 以內，嚴禁快速沖、 放千斤頂行程。 所有張拉都應在碳板膠適用期內(60min)完成。張拉結束和壓緊條安裝完畢后，即可開始碳纖維板的補膠工作， 要求碳纖維板與混凝土之間的縫隙均填滿膠粘劑， 且碳纖維板邊緣膠粘劑飽滿并與混凝土基層呈45°斜角。

(10)固化養護：根據碳纖維復合板材膠在施工環境溫度和材料特性，合理控制固化時間；當施工環境溫度低于25℃時，固化時間相對延長。

(11)檢驗：固化養護完成后，張拉質量需按《混凝土結構加固設計規范》(GB 50367-2013)和《橋梁結構用碳纖維片材》(JT/T532-2004)相關技術要求進行檢驗。

(12)隱蔽防護：碳纖維板預應力張拉體系中，錨具為鋼構件，容易發生銹蝕；碳纖維板因材質為樹脂復合，應避免陽光紫外線侵蝕，張拉完成檢驗合格后，使用具有較好粘結性、 防腐性和較好耐久性的環氧樹脂砂漿， 對錨具、 碳纖維板涂抹不少于3 mm 厚度的環氧樹脂砂漿進行隱蔽防護。

4 結論

預應力碳纖維板張拉施工技術的優勢在于可操作性強、效果可靠、經濟合理、技術可行、施工方便等，該技術成功應用于G528 長城小橋的改造項目， 后期經檢驗該橋施工質量各方面均符合相關規范技術要求。 方案中提及的施工機械布置、 張拉設備安裝及張拉施工操作應在保障施工人員安全作業的前提下開展， 同時張拉過程中應仔細觀察梁板變形、裂縫變化、錨具狀況等狀況，若出現異常應立即停止作業，及時反饋給業主和設計單位。