中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002
摘要：以济青高速改扩建大沽河大桥为例，从预应力碳纤维板锚栓孔、锚具支座安装、碳纤维板展长及安装、张拉、封锚等方面进行了论述，为后期同类型旧桥维修加固提供了借鉴和参考。
关键词：旧桥梁板加固；预应力碳纤维板；张拉控制；质量控制
1 引言
粘贴预应力碳纤维板技术在桥梁加固工程中应用越来越广泛，该加固技术具有一系列的优点，发展迅速。预应力碳纤维板固定于受弯混凝土表面或薄弱部位，可以增加混凝土结构刚度，提高其承载能力，修复混凝土构件的变形和闭合裂纹，同时又可抑制混凝土构件变形和裂缝的发展。除此以外，该方法还具有施工简便，快速，不影响结构外形，加固费用低，不影响桥梁净空、对交通无影响等优势。
2 工程概况及加固方案
2.1 工程概况
济青高速始建于1991年3月，于1993年11月竣工通车，是青银高速的起点部分。大沽河大桥位于济青高速青岛段，桥梁全长818.49m。既有桥梁上部结构形式为27×30m装配式预应力混凝土工型梁，桥面连续；下部结构为桩基础，柱式墩，上部结构为沥青混凝土桥面铺装，异型钢单缝式伸缩缝，板式橡胶支座。
经过23年的通车运营，桥梁出现了不同程度的病害，设计院于2015年对本桥进行了专项检测工作，经综合检测计算，对30m预应力混凝土拱型组合梁梁体马蹄两侧粘贴预应力碳纤维板，提高主梁的抗弯承载能力。通过加固的手段，恢复或改善桥梁结构或构件的使用功能，满足改扩建的要求。
2.2 抗弯加固方案
对预应力混凝土工型组合梁梁体马蹄两侧粘贴预应力碳纤维板，碳纤维板两端格局两端2.0m，预应力碳纤维板宽度为100mm，厚度为2mm，截面截面面积为200㎜²。在梁体马蹄两侧粘贴预应力碳纤维板，通过施加梁体体外预应力提高主梁的抗弯能力，提高使用性能。
图1 梁体粘贴碳纤维板立面图
图2 梁体粘贴碳纤维板侧面图
图3 预应力碳纤维板锚固体系构造图
3 粘贴钢板加固混凝土工字梁腹部施工工艺
3.1 施工工艺流程
测量定位→支座槽切割、化学锚栓钻孔→植化学锚栓→张拉支座安装→预应力碳纤维板展长→碳纤维板安装→预应力碳纤维板张拉→锚固、防护。
3.2 主要施工步骤
3.2.1 测量定位
用钢筋探测仪探明钢筋和钢绞线的位置，以便锚栓钻孔时进行避让。测量固定端和张拉端支座中心间距，张拉端后预留的可施工距离必须>30cm（从张拉支座中心量起），用墨斗弹线法进行放样，弹出碳纤维板中心线、上下边缘线，锚具切槽边缘线、锚栓孔中心线、压紧条中心线等位置。
3.2.2 支座槽切割
固定端、张拉端支座槽口切割，开槽尺寸比支座横向宽度宽出2cm，确保支座能够顺利进行安装，开槽深度为25mm。
图4 支座槽切割
3.2.3化学锚栓钻孔
固定端、张拉端支座锚栓孔钻孔之前，必须先探明钢筋和钢绞线的位置，以便进行避让。现场采用白铁皮做胎具，在铁皮上根据支座的实际锚栓孔位置进行钻孔，确保梁体锚栓孔位置和支座锚栓孔重合。化学锚栓孔必须采用冲击钻进行钻孔，现场采用直径24mm化学锚栓，钻孔直径为28mm，锚栓孔应垂直于梁板平面。
图5 化学锚栓钻孔胎具级锚栓孔
植螺杆时必须保持孔内无尘，干燥，防止粉尘、碎屑、油污和水分等落入孔中影响锚固质量。
3.2.4植化学锚栓
植入化学药剂锚管，将螺栓单向旋转插入，直至达到设计深度，确保植入化学锚栓与锚栓孔周边间隙均匀，位置和垂直度满足设计和规范要求。在化学药剂完全固化之前不得对锚栓进行扰动，避免锚栓在外力作用下发生倾斜、松动影响锚固效果和强度。
3.2.5 张拉支座安装
支座槽凹凸不平处进行打磨或采用环氧砂浆进行找平。安装固定端和张拉端支座垫板、化学螺栓垫片、螺母，并旋紧。固定端和张拉端支座安装要与梁体表面平行，支座纵向中心线和碳板纵向中心线重合，避免碳板在张拉过程中受力不均匀产生破损的现象。
图6 张拉端、固定端支座安装图
待支座垫板调平就位后，卸下千斤顶、张拉机具及预应力碳纤维板，对支座垫板进行封边、灌浆固定。沿着支座垫板周边用结构胶封闭，并封闭孔洞和垫板之间的表面空隙，待封边胶达到固化强度，将结构胶通过预留注射管灌注到支座垫板和基面之间的缝隙。
3.2.6 预应力碳纤维板展长
展在操作平台上铺满彩条布，预应力碳纤维板卷材平卧在彩条布上，先将一端夹具人工缓慢牵引至碳纤维板锚固区，另一端夹具需固定随未展开碳板原地同轴旋转，直至预应力碳纤维板展平，整个展长过程需注意防止碳纤维板弯折，避免在长过程中发生破坏；另外，由于夹具端较重，人工牵引时需握紧夹具部位，并托住近端碳纤维板，防止该位置碳纤维板弯折破坏。
3.2.7 碳纤维板安装
将成品预应力碳纤维板布置于设计位置，与固定端、张拉端锚具分别连接。同时，连接张拉端工具拉杆、工具挡板，并安装标定千斤顶，连接油管、油泵和油表。加压张拉至设计张拉应力值的15%，将预应力碳纤维板拉直，分别对张拉端、固定端支座板调平，保证张拉端支座板、固定端支座板、预应力碳纤维板在一条直线且同一平面上，通过松、紧螺栓进行支座垫板调平。
涂抹配制好的结构胶用抹刀在碳纤维板材的粘贴面刮抹少量胶粘剂，并且用力挂抹数遍，然后按照碳纤维板材宽度方向中间厚边缘薄的原则，平均厚度不小于2mm；碳板缓慢粘贴到混凝土基面的同时连接固定端和张拉端锚具，随后安装压紧条，压紧条安装时需与混凝土面保持1cm左右的缝隙，以便张拉时碳纤维板可以自由滑动。
图7 碳纤维板安装、压紧条安装图
3.2.8 预应力碳纤维板张拉
碳纤维板总长26260mm，有效张拉度为25960mm，宽100mm，厚2mm，抗拉强度fpk=2400MPa，试验弹性模量168GPa，碳纤维板的张拉控制应力为0.4fpk=960MPa。张拉端的张拉力P=960MPa*100mm*2mm=192KN，理论伸长值△L=25960*192000/168000/200=148.3mm。
压紧条安装就位后，重新安装千斤顶并调整处于水平位置，加压至设计张拉应力值的20%，刻录锚具张拉移动起始线；加压至设计应力值的20%，检查碳纤维板边缘与梁表面是否有胶液挤出，若局部未出现胶液，应卸压补充胶液后再张拉，检查锚具行程位移是否对应预张拉时的刻度线。分级张拉至设计张拉力的40%、60%、80%、100%（每张拉一级停顿2min），在碳板胶开始固化之前（开始固化时间50min）完成整个施工过程。整个张拉过程中千斤顶行程速度控制不超过20mm/min。张拉结束后进行补胶，碳板与梁体接触面均填满胶液，并与混凝土表面呈45°斜角。张拉计算详见张拉计算表：
图8 碳纤维板张拉过程图
3.2.9 锚固防护
拆除千斤顶、工具挡板等张拉工具，加固压紧条。最后采用环氧树脂砂浆对张拉端和固定端进行全封闭防护，外观质量应满足规范要求，对碳板表面涂抹防护胶。
图9 端部锚固及碳板防护图
4 质量检验评定
4.1 基本要求
（1）所用胶黏剂、纤维复合材料的品种、规格、性能检验合格后方可使用。
（2）原结构、构件的孔洞、蜂窝、裂缝等表面缺陷应按设计要求修补，粘贴范围内无劣化混凝土、浮浆等，表面平整、干净。
（3）纤维片材应无褶皱及折痕，板材粘贴面应按设计要求进行擦拭，表面应无灰尘、碳粒。
（4）胶黏剂厚度、最外层纤维表面浸渍胶黏剂涂刷应满足设计要求。
4.2 预应力碳纤维板粘贴质量检验评定标准
表1 张拉数据计算表
表2 预应力碳纤维板粘贴质量检验评定表
4.3 外观质量评定
（1）板材各边缘胶体饱满无空洞。
（2）纤维板材应无气泡，表面浸渍胶应无漏涂、流挂、起皮。
5结束语
济青高速旧桥梁板病害、缺陷较多，部分桥梁抗弯承载不能满足规范要求，本文针对旧桥梁板抗弯承载力不足的现象，分析通过加固提高抗弯承载力的措施，总结了高速公路改扩建施工中既有桥梁粘贴预应力碳纤维板抗弯加工的施工方案，该工艺在旧桥抗弯加固方面具有较好的应用价值，具有一定的指导意义。
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作者简介：
孙运臣，男，出生年月：1987.01，工程师，现工作单位：中铁十四局集团第四工程有限公司。
论文作者:孙运臣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/16
标签：碳纤维论文; 支座论文; 预应力论文; 桥梁论文; 混凝土论文; 垫板论文; 锚固论文; 《基层建设》2019年第11期论文;