ja预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构施工工法

1、预应力碳纤维加 固简支桥梁混 凝土结构施 工工法1引言随着我国经济的高速 增长和交通量的迅猛增加，大量的桥梁处 于高负荷运行状态。混 凝土桥梁结构在长期 使用环境 （ 如荷载、碳化、冻融、化学介质侵蚀等 ） 作用下，引起结构 开裂，桥梁的承载能 力降低，使用年限缩短，甚至出现桥梁坍 塌情况。为了适应我国未来经 济发展的需求，以节约投资和可持续发展 为原则，在桥梁梁板结构功能没有完全丧失，只是性能减弱及安全度下降的情况下，对其进行补强与加固处理，达到提高其承载能力、恢复其工作性能及延长其正常使用年限效果。浙江顺畅高等级养护有限公司在杭金衢高速公路后徐桥应用了预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构技术，取

2、得了良好的经济效益和社会效益，现将预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构施工工艺总结编制成工法。工法中涉及的预应力碳纤维加固技术课题成果经省厅鉴定，达到国际领先水平。2工法特点采用本工法的预应力 碳纤维加固桥梁混凝土结构技术有如下特 点：2.1 本工法裂缝修补与结构补强同时进行， 缝胶尚未完全硬化， 便于结构变形的恢复。2.2 采用预应力碳纤维加固的混凝土结构可 低了结构的维护费用 ，延长了结构的使用寿命。选用缓粘结灌缝胶，保证预应 力张拉时灌以抵抗各种酸、碱、盐的腐蚀 ，极大地降2.3 本工法采用嵌入式预应力张拉技术，其 特点是先锚固后张拉，以构件 本身和先前的锚固作为张拉受力 装置，无需复杂的张拉

3、机具，方法简便易 行。2.4 采用预应力碳纤维加固的混凝土结构可有效提高被加固桥梁的抗弯、抗剪、抗疲劳强度，恢复挠度变 形，闭合裂缝，增加刚度。3适用范围本工法适用于处于通 车状态下中小跨径（w 20m以内的混凝土 简支梁桥结构的加固修 补。4工艺原理使用弹性环氧树脂结 构胶对桥梁结构现有的裂缝进行灌缝，对 裂缝进行初步封闭；用 机械锚具将碳纤维布 安装在构件的设计部位，采用嵌入式预应 力张拉技术将碳纤维布张拉 至设计的预拉应力， 同时进行灌胶粘贴，二次锚固后拆除夹具 。利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及恢复构件变形。同时通过张拉碳纤维布使构件变形恢复和刚度提高，对灌缝的弹性环

4、氧树脂结构胶进行挤压，以提高裂缝封闭质量。嵌入式预应力张拉技术通过收紧夹 具（图4.1-1 ），通过夹具的相互挤压，使纤维布收紧，从而建立预应力。图4.1-1嵌入式张 拉夹具原理5. 工艺流程和操作要点5.1工艺流程施工工艺流程见图5.1-1所示图5.1-1预应力碳纤维加固桥梁混凝土结构流程图5.2操作要点5.2.1加工锚夹具根据梁板加固需要制作适当数量的锚夹具，锚夹具分两种：锚固夹 具（如图5.2.1-1 ）、张拉夹具（如图5.2.1-2 ）。主要材料为型钢、螺栓和钢板等。图5.2.1-1锚固夹具图521-2张拉锚夹具5.2.2混凝土基层处理为了使预应力碳纤维与混凝土结构粘结紧密，需进行基层

5、处理 打磨找平，露出密实，将表面松动的混凝土窝、腐蚀等劣化现象劣质层在凿除后应用砂纸等机具除去混凝面的混凝土要打磨平转角安装粘贴处要进并粘贴薄铁片（见图风机将混凝土表面清层；混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂的部位应予以凿除，对于较大面积的环氧砂浆进行修复。用混凝土角磨机、土表面的浮浆、油污等杂质，构件基整，尤其是表面的凸起部位要磨平,行倒角处理并打磨成圆弧状（R 50mm）5.2.2-1 ），便于碳纤维布滑动。用吹 理干净，并保持干燥。5.2.3清理构件裂缝用空压机的风枪将混凝土梁板裂缝因基层处理打磨造成的浮尘无杂物，保证裂缝封闭效果。5.2.4安装螺栓按设计要求在相应位 置打孔（注意控制深度，不

6、得伤及构件的主筋或预应力筋），用于预埋螺栓；在锚固钢板和安装夹具处切割部分槽口。用压缩空气对裂缝进行清孔，螺栓孔清孔后用植筋胶（按以下方法配制：环氧图5.2.2-1转角构造图清除干净，确保裂缝内图5.2.4-1螺栓安装图树脂：固化剂：增柔剂=20:5:1 ）将螺栓植入孔内。（见图 5.2.4-1)5.2.5裂缝灌胶打底胶用胶纸将裂缝封住，留有部分注胶口和溢胶口对裂缝进行灌胶。用滚筒刷将底胶（按以下方法配制：环氧 树脂：固化剂：增柔剂：稀释剂=20:5:2:1.5）均匀涂刷于混凝土表 面，待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触摸干燥为准）再进行下一工序施工。5.2.6安装碳纤维布按设计要求

7、的尺寸及 层数裁剪碳纤维布，单节碳纤维布长度一般应在3m之内，当碳纤 维布长度超过限定长 度时，应设置辅助锚固点（见图 5.2.6-1 ）;纤维布端部预先弯折，粘 贴；端部穿圆钢。图5.2.6-1辅助锚固构造图待胶硬结后，用浸渍胶安装碳纤维布，步骤如下：首先在纤维布和锚固钢板处抹胶，两端持圆钢将纤维布拉直就位，盖上锚固钢板，安装紧固螺帽，将钢筋连同纤维布向外拉，同时收紧锚固钢板，以保证纤维布中各纤维束均匀受力，初步将纤维布张紧。5.2.7安装夹具进行张拉待锚固处胶硬化后，装入张拉夹具（见图5.2.7-1 ），在碳纤维布表面抹浸渍胶（按以下方法配制：环氧树 脂：固化剂：增柔剂：稀释剂=20:5:

8、2:0.5），封闭纤维束间的空隙，待浸渍胶稍干硬后，用 灌注胶在碳纤维布和混凝土表面间进行灌胶（见图5.2.7-2 ），同时施加预应力（见图5.2.7-3 ），为降低施工难度，保护纤维布，可在夹具处 垫硬质的塑料薄膜。图5.2.7-1安装张拉夹具图5.2.7-2碳纤维布灌胶图527-3张拉乘以纤维布的弹性模量，从张拉过程中预应力的 控制是本工法关键之处，预应力的控制主要是根据测定碳纤维布 的缩进量，除以碳纤 维布的净长度，得出碳纤维布的应变，再 而确定张拉预应力的 大小。如下式子（5-1）所示:con(5-1)l为了便于预应力的控 制，制作张拉夹具时，目前设计夹具的最 大缩进量为35mm跨径1

9、0m的构件，采用一个夹具就可以将碳纤维布的应力张拉至800MPa（ 般情况，碳纤维布的张拉控制应力值为：600MPX张拉控制应力V 1200 MPa。5.2.8进行二次锚固粘贴施加预应力至设计的 控制应力，进行二次锚固（见图 5.2.8-1 ），同时安装附加锚固（附加锚固点间距一般不大于3m,且选择在基底凹陷处），充分挤压粘结层，并将 挤出的粘胶均匀地涂在纤维 布表面，待胶初步硬结后，表面撒中砂， 便于后期抹砂浆进行表面防 护处理。220x60xfi5.2.9-1 ），并将端部多余鷹杯TSSmnn h址新他Qmn220x別府于It丽职22060x6 :甘归1慕歸融图528-1张拉示意图5.2.

10、9拆除夹具防护处理待粘结层养护完毕后，将端部的原始锚固及夹具拆除（见图 的纤维布粘贴于构件 表面（见图529-2 ），完成加固。图5.2.9-1张拉端锚固夹具图5.2.9-2锚固夹具拆除6. 材料与设备6.1工程材料6.1.1主要工程材料见6.1.1-1表6.1.1-1主要工程材料统计表序号材料名称规格技术要求1环氧树脂E44见公路桥梁加固设计规范2乙二胺见公路桥梁加固设计规范3液体橡胶液体端基羧丁 腈橡胶（CTBN见公路桥梁加固设计规范4丙酮见公路桥梁加固设计规范5碳纤维布见碳纤维片材加固修复混凝土结构技 术规程6锚固板6mm Q235钢见碳素和低合金结构钢热轧薄钢板和板钢带GB/T912-

11、897夹具、螺栓Q235型钢见碳素和低合金结构钢热轧薄钢板和钢带GB/T912-896.2机具设备主要工程机具设备见表6.2.1-1 。表6.2.1-1预应力碳纤维布加固主要机具序号名称规格单位数量1空压机2.5m3/min台根据需要2冲击钻台根据需要3电焊机台14发电机30KW台15滚筒刷个根据需要6梯子可升降式个根据需要7扭矩扳手个根据需要8电子秤个19电动搅拌器个210容器个根据需要11大腻刀个1012塑料刮板个1013注胶器个根据需要14活动脚手架套根据需要7. 质量要求及控制措施7.1质量标准7.1.1碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程CECS146:20037.1.2金属材料弯曲

12、试验方法GB/T232-19997.2质量控制措施7.2.1建立健全质量管理体系，严格执行三检制和工序交接制。7.2.2夹具弧面处要有较高的加工精度，张拉时要带软胶起润滑作用，必 要时可垫硬质塑料膜，否则易将 纤维束挤断；碳纤维布与梁板表面粘接时，要严格控制梁板表面的平整度和碳纤维布与梁 板粘贴时的平整度，安装时注意均匀收紧 ，两端同时进行，保持纤维布受力均匀，否则会 引起纤维布皱起，无法保证粘贴质量；注 意选择合适的附加锚固安装 点；八、，7.2.3 纤维布施加预应力时，同一断面应多 道纤维布同时进行，避免先后 施加带来过 大的预应力损失。7.2.4 各种材料必须符合设计要求，粘胶要 保证在

13、有效时间内用完，否则 要另行拌制。粘胶选择与配制；粘 胶配制必须严格按比例，并用电子秤计量 ，电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决 定用量并严格控制使用时间。一般情况下 1h 内用完。主剂（环 氧树脂） 固化剂（乙二胺 ），增柔剂（液体橡胶 ），稀释剂（丙酮 ）。7.2.5 准备工作充分，人员必须到位，责任 顿直至一个结构单元 完成。7.2.6 安装纤维布前，要将粘贴范围内混凝 燥。7.2.7 施工完后为保证粘胶和锚具的耐久性 施工。到人，纤维布一旦开始安装张 拉即不能停土表面清理干净，并使混凝土 表面保持干，必须在养护完成后立即进行 表面防护层8安全措施8.1 交 通组织通车状态下施工，合

14、 理交通组织是安全措施的重点。8.1.1 对于严重桥头跳车的桥在粘贴纤维布 设减速标志。时，应防止车辆高速闯入，加 强防护，需8.1.2 当在立交桥下施工时，搭建的脚手架少，应在前方150 m处设立限宽和限高标志 。将会占据部分路面，桥下净空 亦将有所减8.1.3 在施工地点前依次设置高速公路施工施工区域全程内每隔15m设一反光警示桩。8.1.4 夜间在施工区域前方设置警示灯，并8.1.5 确定专职交通协管员维护交通秩序及 绝安全设施不到位而 对道路的运行带来影响。GB5768-1999 标准规定的明示标牌， 并在根据天气情况增设警示灯。安全设施， 24 小时专人值班看护，坚决杜8.2 施工安

15、全措施8.2.1 强化全员安全意识，施工前对所有施8.2.2 必要的安全设施摆放齐全后才可进入 员全程统一指挥、检 查、监督。8.2.3 施工机具及人员严禁进入营运车道或8.2.4 所有参与施工人员必须提高个人安全 涉及高空作业的必须 系好安全带。工人员进行高速公路作业安全 知识培训。施工现场，施工期间现场安全 由专职安全横穿公路。意识，上路作业要穿防护服、 戴安全帽，9环 保措施9.1 实行清洁生产，粘胶集中配置和，剩余 物全部带离现场，集中处理。9.2 提高施工组织水平，安排白天施工，减 少施工噪音影响周边居民。10效益分析10.1 经济效益分析采用预应力碳纤维加 固，由于碳纤维布处于张紧

16、状态，且粘结 层经过改良，粘结层不 易剥离，具有更好的 耐久性，与普通碳纤维加固桥梁工程 35 年的耐久性相比，预应力加 固的耐久性可长达 10 年左右；而且即便粘 结层剥离，机械锚固的存在使得碳纤维布不 会脱 落，加固不会完全失 效。并且，可以在重新注胶粘贴后恢复性 能。因此，对比两种桥梁加 固方法的全寿命费用 ，预应力碳纤维加固仅为普通碳纤维加固 的 30%35%。大幅度降 低了 加固维修的费用。10.2 社会效益分析预应力碳纤维加固属 于主动加固技术，无需对结构进行卸载， 对于桥梁结构无需中断道路交通运输，且不会影响加固效果。对于高速公路和主要交通干线公路尤其有利，可完全避免中断交通带来 避免需绕道通行的不的经济损失。同时采用不中断交通的加固方式，也给人们的日常出行边，创造了良好的社会效益。预应力碳纤维加固， 降低了碳纤维布、环氧树脂等材料的用量 ，十分符合节约资源，合理利用资源的国情 。并且由碳纤维加固提高了桥梁的使用寿 命，也避免了因重复建设造 成自然资源的浪费， 具有良好的社会效益。11工程实例实例一：XX桥（左幅）桥梁梁板加固修复工程，该桥 位于XX高速公路杭绍 段，该桥中心桩号 K21+572,桥梁全长27.04m，右偏角1