浙江桥梁碳纤维加固施工方案

一、引言

 碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料具有强度高、变形小、弹性模量适中、耐腐蚀性和耐久性强、质轻、抗疲劳性优异、使用基本不增加结构截面、施工简便、施工工期短、质量易保证、经济效益高、且能保证碳纤维与原结构共同作用。近年来在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展。二十年代开始已大量运用于建筑结构的加固和补强、抗震加固等。

二、加固工程概况

湖州市某大桥主桥为61m预应力混凝土下承式桁架拱，引桥为165m梁板结构，桥面净宽 17.5m ，于1992年建成通车（大桥立面图）。随着当地经济的发展和乡村的变迁，交通流量急剧增加，该桥预应力混凝土下承式桁架拱桥梁和横梁大部分出现裂缝，桥面现浇混凝土造板破损严重，引桥板梁已出现了大量的破裂和孔洞。由于该桥处于江南潮湿地区，大桥构件的大量裂缝长期受潮湿空气的侵蚀，对桥梁

结构的承载能力，使用寿命和桥梁的安全将会产生严重的后果。为了确保桥梁的安全使用及桥下港道的运输通畅，课题组对该桥现状评估、极限荷载确定试验与研究的基础上进行了改建或加固方案的比选：

（1）拆除重建。但该桥位于公路和港道运输的交通要道，附近又是工业区和公安要区，陆岸交通流量大，拆除重建工期较长，工程费用过大且造成一定程度上无法避免的浪费。

（2）采用新型的碳纤维复合材料进行补强加固。主要利用它极强的抗拉强度（是普通II级钢筋抗拉强度的10倍以上），其弹性模量也与钢材相当。其自重轻，对原结构的厚度增加很小，加固的后的表面可进行各种装饰喷涂。施工时不需要特殊及大型机械设备，不需中断水陆交通。不需大的施工空间，施工周期短。经过以上各方案的比选，最终选用碳纤维材料进行加固，具体加固措施：

2.1上弦杆：两侧凹槽用C50锚喷砼（含Φ6钢筋网片）填平，在两侧及上缘粘贴一层A3钢板（厚8mm），吊点部位上缘加强一层，拱脚部位底缘加强一层。

2.2下弦杆：在底缘纵向粘贴一层（宽80mm三条）YTD-CFS-120型碳纤维板材＋一层YTD-CF-30型碳纤维布，端部U形粘贴一层YTD-CF-30型碳纤维布锚固。

2.3竖杆、斜杆：对整个杆件环向粘贴一层YTD-CF-30型碳纤维布。

2.4横梁：对裂缝宽度＜0.15mm的，先封闭裂缝，再在底缘纵向粘贴一层（宽80 mm二条）YTD-CFS-120型碳纤维板材＋一层YTD-CF-30型碳纤维布，然后在横梁两侧U型粘贴抗剪碳纤维布，横梁顶部植筋与桥面板钢筋连接。对裂缝宽度≥0.15mm的或砼严重破损，断裂的构件，原构件凿除，按部分预应力A类构件设计重新浇筑。

2.5主桥桥面板及桥面铺装：全部凿除重新浇筑，桥面板10cm厚C50砼，桥面铺装6cm厚C40钢纤维砼（钢纤维掺量不少于砼体积率1.5%）。

2.6引桥板梁：对于主桥相邻的两跨引桥14块13 m板梁，考虑这些板梁在汽车荷载的跳车冲击下损害严重，拟换除旧板，采用13m先张法板梁，梁高55cm，通过原盖梁顶垫高调整新板与旧板之间的高差；对引桥其它42块13m板梁，先对板底进行裂缝封闭处理，然后在每块板底缘粘贴一层YTD-CF-30型碳纤维布。

2.7引桥桥面铺装重新浇筑10～13.5cm（由铺装调整桥面横坡）。

2.8伸缩缝：全桥设置D60异型钢伸缩缝四道，共28m；引桥墩顶桥面均做桥面连续。

2.9限高设施；根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）第8.5.3条人行通道净空要求〔3〕，在桥梁两端设置钢筋砼限高设施：B×H=4.0m×2.2m，并设置相应警示标志牌。

2.10对栏杆破损部分及新换板梁处栏杆按原栏杆恢复。

三、主要分项工程的施工顺序、施工方法

1.混凝土结构裂缝封闭及裂缝灌胶施工工艺流程：

1.1 对宽度≤0.2mm的裂缝,用角磨机切割片在裂缝处开“V”型槽，用专用裂缝灌注胶在其表面进行反复涂抹，使胶料渗进裂缝内，达到对裂缝的封闭弥补。

1.2 对宽度＞0.2mm的裂缝,应采用恒压灌注法对裂缝进行灌注，以达到对裂缝的封闭弥补，灌注工艺及步骤如下：

（1）用裂缝放大镜正确观察裂缝宽度；

（2）基层处理：清除裂缝表面的灰尘、油污；

（3）确定注入口：一般按30～40cm距离设置一个“V”型注入口，注入口位置尽量设置在裂缝较宽、开口较畅的部位；

（4）封闭裂缝：除预留注入口之外，采用封口胶封住裂缝，留出注入口；

（5）安设塑料底座：用专用快干胶将底座粘于注入口上；

（6）安设灌浆器：将配备好的专用灌注胶注入软管中，把装有胶料的灌浆器旋紧于底座上；

（7）灌浆：松开灌浆器弹簧，确认注入状态，如胶料不足可补充再继续注入；

（8）注入完毕：待注入速度降低确认不再进胶后，可拆除灌浆器，用堵头将底座堵死；

（9）灌注胶固化后拆除底座及堵头，清理表面封缝胶。

2碳纤维布加固混凝土结构施工工艺流程：

2.1 混凝土结构表面处理

(1)用钢丝轮角磨机清除混凝土表面的劣化层（剥离蜂窝、浮浆、由于腐蚀或风化产生的水泥翻沫、脱模胶层、松散的混凝土碎屑、沥青等），并用吹风机吹净，露出干净、结构坚实的表面；

（2）对于混凝土胀裂、松散、钢筋锈蚀的现象，先凿除松散部分，对锈蚀钢筋进行手工除锈，然后采用环氧树脂作防腐处理，并用环氧胶泥作为整平材料填补平整。在填补环氧胶泥前，先在破伤口处涂刷一遍环氧胶作为粘合剂，以确保新老混凝土粘合良好；

（3）对结构表面蜂窝、麻面等缺陷部位，用环氧胶泥或碳纤维胶整平材料填补修复平整或圆滑顺畅过渡，以确保构件表面平整美观；

（4）对基面尖锐凸起的部位（混凝土构件交接部位，模板段差等）或凸起的转角部位用角磨机进行倒角处理，打磨成弧状（R=2cm）；

2.2 涂上底胶

(1)根据标准用量，算出所涂布面积的底胶用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按底胶规定的比例把底胶主剂和固化剂置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀并应注意：

a、已配好的底胶超过适用期后严禁使用；

b、在底胶中严禁添加任何溶剂，含有溶剂的毛刷或被溶剂湿了的容器、滚筒等工具在未干燥之前不得使用；

（2）用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需加固补强的混凝土表面，底胶涂刷面边界应不小于所粘贴的碳纤维布大小。应注意：施工部位的温度应不低于5℃或高于40℃，相对湿度应不小于70%，如遇雨天、混凝土表面结雾或有水份，应用电吹风将潮湿部位表面处理至干燥后方可施工；

（3）等底胶凝胶至指触干燥（视施工现场气温情况，一般需1小时左右）后，如发现表面有突起毛刺或胶瘤，应用砂布打磨圆顺，注意不能将底胶层打磨穿，如有打磨穿的局部应重上底胶；

2.3 修整找平

(1)底胶指触干燥后，若发现粘贴表面上有缺损、坑洼、凹陷拐角、模板接头处出现的高差等情况，应用找平胶进行多次刮填修补平整；

（2）等整平材料固化至指触干燥（视施工现场气温情况，一般需1小时左右）后，如发现整平部位表面有突起毛刺，应用砂布打磨光顺。

2.4 粘贴碳纤维布

(1)按设计要求的尺寸裁减碳纤维布应注意：

a、碳纤维布的裁剪数量应保证能在当天用完；

b、碳纤维布一定要做好防潮处理，避免影响质量；

c、碳纤维布在运输、存储、裁剪和粘贴过程中应避免受到弯折，每天施工所用的裁剪好的碳纤维布应妥善保存；

d、碳纤维布为导电材料，使用碳纤维布时应尽量远离电气设备及电源；

（2）根据粘结胶的标准用量，计算出所涂布面积的需用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按粘结胶使用说明规定的比例把粘结胶主剂跟固化剂置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀；

（3）用滚刷或毛刷均匀、无遗漏地将粘结胶涂在选定的混凝土表面，粘结胶涂布表面应不小于所粘贴的碳纤维布的大小。应注意：在模板接头处出现的高差位置和拐角以及碳纤维布搭接部位应多涂一些；

（4）地已涂好粘结胶的混凝土表面铺覆碳纤维布，碳纤维布的铺覆方向符合设计要求，接头搭接应在纤维方向进行，并且搭接宽度应不小于10cm；

（5）用专用胶辊和刮板在碳纤维布上沿纤维方向施加压力并向一个方向或从中间向两个方向滚动碾压，但不允许来回反复滚动，使树脂胶液充分浸渍碳纤维布，形成复合材料，消除气泡和除去多余树脂，使碳纤维布和底层充分粘接。严禁交叉垂直于碳纤维布方向滚动碾压施工，以免出现折丝滑丝现象；

（6）二层粘贴，应重复上述步骤，在纤维表面粘结胶固化至指触干燥后方可进行下一层碳纤维布的铺覆；

（7）自然养护应遵循下述要求：

a、每处施工完成后，自然养护24小时内应确保不受外力硬性冲击等干扰；

b、每道工序过程中及完工后，均应采取适当措施保证不受污染或雨水侵袭；

c、施工过程中平均气温一般都高于5℃，自然养护至达到设计要求需要3～5天左右。

（8）、对粘贴施工完成后的复合材料层，经自然养护至粘结胶完全固化后，对碳纤维布粘贴面仔细检查，如果碳纤维布粘贴层有空鼓或气泡，可以用刀片将碳纤维布划开（注意不要划的太大），然后采用注射器针管将调制好的粘结胶注入空鼓或气泡内填充至密实。应保证密实粘贴面积达到100%；

（9）碳纤维布粘贴的质量标准：

a、粘结胶浸润碳纤维束良好；

b、碳纤维布粘贴密实与混凝土结合面达到100%以上；

c、碳纤维布方向不发生弯曲；顺纤维方向搭接长度不小于10cm，各层之间的搭接部位不得位于同一条线上，必须错开至少50cm；

d、碳纤维布规格、贴片位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合设计规定；

（10）涂刷表面防护胶：在粘贴碳纤维并形成复合材料凝胶固化后，在复合层表面采用毛刷和刮板均匀涂刷表面防护胶，形成防护层。

3混凝土结构粘钢施工工艺流程：

3.1 混凝土构件表面，应按下列方法进行处理：

（1）对原混凝土构件的粘合面，可用硬毛刷沾高效洗涤剂，刷除表面油垢物后用水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm厚表层，直至完全露出新面，并清除表面粉粒。如混凝土表面不是很脏很旧，则可直接对粘合面进行打磨处理，去掉1～2mm厚表层，用有压水冲洗干净，待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面即可。

（2）对于新混凝土粘合面，先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，再用硬毛刷沾高效洗涤剂洗刷表面，或用有压水冲洗，待完全干后即可涂粘结剂。

（3）对于龄期在3个月以内或湿度较大的混凝土构件，尚须进行人工干燥处理。

3.2 钢板粘接面，须进行除锈和粗糙处理；如钢板未生锈或轻微锈蚀，可用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至出现金属光泽；打磨粗糙越大越好，打磨纹路应与钢板受力方向垂直。其后，用脱脂棉沾丙酮擦拭干净。

3.3 粘钢专用胶使用前应进行现场质量检验，合格后方能使用，按产品使用说明书规定配制。注意搅拌时应避免雨水进入容器，按同一方向进行搅拌，容器内不得有油垢。

3.4 粘结剂配制好后，用抹刀同时涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板面上，厚度1～3mm，为防止流淌，可加一层脱腊玻璃丝布。粘好钢板后，用手锤延粘贴面轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实，否则应剥下钢板，补胶，重新粘贴。

3.5 钢板粘贴好后立即用夹具夹紧,或用支撑固定，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缝挤出为度。

3.6 夹具或支撑拆除时间及加固构件的受力使用时间应严格按专用粘钢胶产品使用说明书规定控制。

3.7 加固钢板外露部位，应及时采取防锈措施。

3.8 粘结剂施工必须遵守以下安全规定:

(1)配置粘结剂的原料应密封贮存，远离火源，避免阳光直接照射。

（2）配置和使用场所，必须保持通风良好。

（3）操作人员应穿工作服，配防护口罩和手套。

（4）工作场所应配备各种必要的灭火器以备救护。

3.9 粘贴作业结束，拆除临时固定设备后，应用小锤轻轻敲击粘结钢板，从音响判断粘结效果或用超声波探测粘结密实度；如锚固区粘结面积少于90%，非锚固区粘结面积少于70%，则此粘结件无效，应剥下重新粘结。

4伸缩缝施工工艺流程：

4.1本工程桥面伸缩缝使用D60异型钢伸缩缝。

4.2施工前核对伸缩缝宽度，及水泥铺装预留宽度是否符合要求，并作好底层铺设处的标记，以便切割混凝土面层时保证伸缩缝铺装宽度。

4.3根据标记切割混凝土，保证混凝土下无填缝料作底层，如发现填缝料时，须重新切割，以保证混凝土面层强度。

4.4挖除伸缩缝处填料，并清洁底层，整理钢筋，发现缺筋时必须补足，方可进一步施工。

4.5对伸缩缝钢构件应作技术检查，剔除少量不合格钢构件，对要调整的作整平调直处理。

4.6做好放样托板，在烧电焊时，边焊边检查，高程、宽度，使其与已铺好的桥面在一条水平线上。

4.7在钢构件验收合格后，进行水泥混凝土施工，根据天气情况及混凝土标号，组织好施工人员，严格把握好收水一关。

4.8清除伸缩缝中杂物，进行橡胶缝施工，细心安装，防止橡胶条断裂，保证安装完整。

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