橋梁加固預應力CFRP板混凝土技術研究

王真

（上饒市德興公路事業發展中心，江西 德興 334200）

1 預應力CFRP 板加固體系

1.1 技術原理和特點

預應力CFRP 板即預應力碳纖維板是一種將纖維材料按照相同方向排列并進行浸潤固化、擠壓處理后而形成的材料。經上述方式處理后，預應力CFRP 板便會具備較高的抗拉性，且具備質量輕、厚度小、耐久性強等特點。結合實際經驗發現，該施工技術還具備加固施工操作方便、施工占用空間較少、適用于多種工程環境等優勢。預應力CFRP 板加固施工應按照以下流程進行：結合施工現場的實際需要，做好各個環節的準備工作，滿足現場施工的需要；采用表面涂覆專用環氧膠的高強度碳纖維板進行預應力張拉施工；將碳纖維板錨固到結構表面，形成整體結構，在操作期間通過預應力CFRP 板加固施工技術的應用，可以提升加固穩定性，同時還能提高橋梁結構的承載能力[1]。

1.2 主要技術參數

第一，預應力損失計算。結合施工經驗進行分析得出：由于預應力損失計算的難度較高，數據的復雜性高，使得預應力CFRP 板加固施工易產生預應力損失的情況，如發生錨固結構變形、混凝土收縮、CFRP板松弛及變形等，這類現象會對工程結構施工效果產生不利影響。要想避免上述問題，就需要全面考慮相關影響因素，采取有效的方式，實現對預應力損失的精準計算，進而進行合理的參數設計，以切實保證結構性能合格。

第二，預應力CFRP 板張拉控制力計算。在技術參數設計方面，如果將張拉控制力設計得比較大，就容易出現板材斷裂問題。為避免此類問題，設計人員需要結合施工現場的具體情況綜合分析，精準計算CFRP 板的張拉控制力，以保證技術參數設計更好地滿足施工需要?？傊诩夹g參數設計方面，設計人員應結合以往工程經驗、試驗數據，對各種可能影響預應力損失、張拉控制力等技術參數的因素展開分析，實現精準計算，確保將結構損失控制在3%～4%，以保證工程的整體性能合格。

1.3 加固方案的標準化設計

為使預應力CFRP 板發揮出更好的加固作用，需要對T 梁、空心板、現澆箱梁等多種結構進行分析，以確定預應力CFRP 板加固方案的標準化設計，提高結構的整體性能。

2 工程概況及加固方案

2.1 橋梁工程概況

某橋梁項目的建設長度為785m，主跨尺寸為636m，設計為單跨鋼桁架的懸索橋結構形式，上部結構設計為預應力混凝土先簡后支連續T 梁結構。該橋梁項目投入使用后，出現多處損傷的問題，具體有下述幾個方面需要維修：

第一，橋面板支座有損壞，應及時更換或維修；第二，現場施工區域內防水結構損壞嚴重，應及時維修處理；第三，橋面排水性能損害嚴重，應及時修理泄水管；第四，錨室、鞍室除濕機損壞嚴重，必須維修處理；第五，應立即清理伸縮縫，還要維修止水帶；第六，主塔與錨碇混凝土結構需維修；第七，橋面鋪裝結構需維修；第八，加勁梁、纜索、支座螺栓應及時維修；第九，對腐蝕嚴重的螺栓進行更換處理，修復損壞的部分[2]。

2.2 加固方案選擇

現場加固施工方案包含以下兩種：第一，預應力CFRP 板加固。使用兩條50×3mm 的預應力CFRP 板加固，與錨固塊、錨具組合應用，張拉力386kN，單價900 元/m。第二，無黏結體外預應力加固。根據需要，選擇直徑為15.24cm 的鋼筋，通過雙束兩股結構施工。經對比分析，發現兩種方式的加固效果、成本相差不大，都可以滿足維修需要，但預應力CFRP 板加固施工操作簡單、耐腐蝕效果好，性價比更高，所以最終該橋梁選用預應力CFRP 板加固施工方案。

2.3 加固設計

經過現場計算分析以及根據現場需要，選擇26.6m×24.6m 的預應力CFRP 板，順著橋梁走向展開鋪設施工。結合施工現場的具體情況，采用錨固式方法連接預應力CFRP 板與混凝土，錨固深度95mm，應用鍍鋅螺栓，從而保證結構安全性達標。

3 工程施工與工藝

3.1 錨具構造及材料性能

根據該工程的實際情況，選用夾片與楔形模具結構形式。模具制作完成后，應檢查、驗證模具與CFRP板的拉伸參數。該工程施工的具體參數如下：抗拉強度2498MPa、彈性模量166.8GPa、破壞荷載381kN。如果外部作用力達到破壞荷載參數，會導致結構損壞，使板材出現裂縫問題，裂縫問題主要發生在結構中部，夾持端與錨具周邊一般不會出現裂縫[3]。

3.2 施工工藝

3.2.1 測量定位

現場技術人員需應用探測器對梁體內部鋼筋進行探測，明確具體的鋼筋施工位置后，用記號筆記錄，以此為根據，確定錨具的位置。再標記碳纖維板中心線、錨具底座邊緣線、錨栓孔中心線等位置，為后續的施工提供依據，從而使各個細節的施工均能達到工程標準，全面保證項目質量。

3.2.2 設置上錨固點

第一，根據設計方案要求進行測量放樣，確定錨固點，在梁端面上進行錨固施工時，需在頂面開鑿出兩個角度相同的斜孔，其角度應與斜筋相同，且開鑿前應將表面的混凝土保護層清理干凈，裸露出受力鋼筋結構，防止在現場施工過程中發生受力筋損壞的問題。另外，應將錨墊板周邊的混凝土清理掉，根據設計方案設置鑿孔架，最后安裝鑿孔機。鑿孔機安裝完成后，需要立即檢查鑿孔機的安裝位置，保證鉆頭與錨固中心的點是對正的，經檢查合格才能開始鑿孔作業。

第二，應保證鑿孔施工作業的深度和直徑都符合錨固結構的安裝標準。鑿孔施工全部結束后，需要將錨固結構周邊殘留的混凝土碎屑清理干凈，并在孔周圍涂抹一層環氧膠液，再鋪設一層環氧水泥漿液，最后錨固安裝。在布置梁頂錨固點的環節，應確保錨墊板的上部與梁頂高度相同，也可以稍微低于梁頂，以達到混凝土保護層結構標準。

3.2.3 設置轉向裝置

第一，預應力筋轉向作業要利用轉向裝置開展，所以在該工程預應力穿束作業實施前，應設置好轉向裝置。安裝作業開始前，應在現場設置預應力筋穿束后的曲線，并根據曲線標記轉向施工位置，如果轉向裝置設置不當，會造成預應力筋摩擦力較大，易產生損壞問題，局部也容易出現硬化情況，而這會影響張拉施工質量。

第二，明確了轉向裝置施工形式后，應在制造廠完成轉向裝置的制作，再將之運輸到現場進行安裝施工。為了防止結構發生損壞，應對運輸作業現場做好保護管理，以免出現變形問題，且安裝環節需嚴格按照設計方案執行，焊接部位需達到相應的精度要求，焊接后還要及時檢查焊接質量，經檢查合格才能投入使用[4]。

4 工后檢測

施工結束后，需要對結構參數進行檢測，這是一項極為重要的工作環節，需確保結構參數達到準確、精確性標準。對結構參數的檢測，要從截面尺寸、彈性模量、材料容量、膨脹系數、施工荷載等角度開展。在現場施工管理過程中，需要落實梁體結構質量檢查，實時監測應力、變形等，需確保各參數全部符合設計標準，且各個部件的制作、安裝精度完全滿足要求，符合施工質量標準。

4.1 伸長量變化

該工程采用分級張拉加固處理方式，在施工現場實時進行CFRP 板伸長量檢測，分級參數為10%、20%、50%、75%、100%。伸長量數據信息分析結果表明，誤差在合理范圍內，說明該次加固施工符合設計標準，不會影響橋梁通行質量。

4.2 CFRP 板跨中應變

分析圖1 變化趨勢，發現在張拉參數的變化之下，CFRP 板跨中應變會出現臺階式變化趨勢，短時間內預應力損失較大，隨著時間的推移逐步趨于穩定，說明結構總體性能不會受到影響。

圖1 預應力張拉時間變化情況

4.3 跨中壓應力

對現場加固后的橋梁的跨中壓應力進行檢測、分析，發現該橋梁在加固施工中選取的5 個梁底結構經CFRP 板加固后，跨中壓應力均在0.5MPa 以上，完全符合設計標準。

5 預應力CFRP 板加固中的質量控制

5.1 選擇和布置預應力鋼絞線

該項目在加固施工時采用預應力鋼絞線材料，此舉能夠在滿足施工需要的同時避免過度使用鋼材，經濟性明顯。所選用的預應力鋼絞線長度在30m 以上，適合在場地內制作。制作過程中，將彩條布鋪設在施工現場，并設置方木結構，以免鋼絞線和地面直接接觸，同時能防止鋼絞線腐蝕。

5.2 安裝波紋管

在波紋管安裝環節，應根據設計方案展開施工，波紋管的設置必須符合技術標準，曲線坐標參數也必須達到相應標準。同時，在波紋管安裝期間，需要分析波紋管的底部狀態，按照工藝規范進行安裝施工，保證安裝效果達到波紋管安裝標準要求。此外，在固定波紋管時，采用鋼架支架和箍筋焊方式進行固定。最后，在安裝工作完成之后，需要查看是否存在管道彎曲情況，避免出現開裂的情況出現。為避免出現結構損壞問題，必須嚴格控制綁扎施工環節，波紋管安裝應達到穩定性標準，如果發現有松動問題，應立即采取措施進行加固，以免結構不穩定影響工程質量[5]。

5.3 設置灌漿孔

在灌注施工環節，灌漿孔的設置極為重要。灌漿需要設置灌漿孔（或泌水孔），根據以往施工經驗，設置泌水孔道的曲線預應力管道，能更好地保證灌漿效果。一般一根梁上布置三個點為宜，把灌漿孔布置到低位上，泌水孔可相對高些，這樣可確保孔道內的空氣與水及時從泌水孔排出。波紋管安裝結束后，在波紋管上開孔作業，并在表面鋪設海綿墊片、塑料弧壓板，并用鐵絲綁扎，防止損壞結構。

5.4 混凝土澆筑

預應力鋼束施工全部完成后，應及時檢查各個安裝部位，經檢查每個結構都符合設計要求才能進行澆筑施工。澆筑后需及時進行振搗處理，為避免振搗棒觸碰波紋管，可采用直徑較小的振搗棒施工，同時保證將混凝土振搗密實、均勻，無蜂窩等問題，如此才能保證結構性能合格。

5.5 預應力筋張拉

在預應力筋張拉作業環節，應加強對混凝土強度的控制，保證其強度與剛度性能合格，滿足設計要求。在張拉作業開始前，應先拆除側模，以免張拉力作用影響結構質量。采用逐層澆筑、逐層張拉的工藝進行施工，并通過框架張拉作業方法，對每一層都采取對稱施工方式?，F場施工容易受到較多因素的干擾，易產生滑絲、斷裂等問題，導致張拉質量不合格。若出現質量問題，需立即停止張拉作業，并查找原因，進而采取有效的處理措施。根據工程技術標準，落實對張拉開裂、滑絲問題的控制，必要時及時更換材料，同時確保錨具的性能合格，消除一切可能影響工程質量的因素。

5.6 灌漿

預應力筋張拉施工結束后，要及時進行孔道灌漿施工作業。通常來說，灌漿施工的時間不得超過24h。灌漿施工要嚴格遵循相應的工藝要求，即先進行下層孔道灌漿施工，再進行上層孔道灌漿施工，并加強對壓力、速度的管控，可以根據現場情況開展加壓施工。為使灌漿效果更好，一般需要在現場開展2min 穩壓。

6 結語

綜上所述，在橋梁加固工程中采用預應力CFRP板混凝土技術，能夠提高橋梁結構的整體性能，有助于提高橋梁工程的穩定性。在橋梁加固工程中，施工團隊需明確該技術的應用方式，并注意從參數確定、材料應用、工藝控制等細節之處入手，做好技術管理，如此才能提升橋梁加固的整體效果。