预应力碳板与体外预应力结合在混凝土连续箱梁维修加固中的应用

【摘要】随着桥梁加固技术的发展，各种加固技术已经日渐成熟，然而单靠一种加固方式进行桥梁加固已经不能满足现在工程的需求。利用张拉预应力碳板和张拉体外预应力复合加固的方式对连续梁桥进行加固是一种综合、有效的加固方法。施工中采用先张拉体外预应力至设计值后再进行预应力碳板施工。施工完成后监测结果显示：预应力碳板张拉完成后，体外预应力索力未有明显变化、碳纤维板与砼表面粘结良好，桥梁承载能力得到提高。监测数据分析表明达到了加固设计的目的。

【关键词】预应力碳板，体外预应力，桥梁加固，复合使用

1 工程实例

1.1 工程概况

高粱互通式立交由主线桥和5座匝道桥组成，主线路基宽24.50m，设计荷载标准为汽车-超20，挂车-120。该桥近年来随着车流量、车载重的不断加大，代表车型不断趋于重型化以及其它多种原因，使得左幅第12跨出现严重病害。在充分掌握结构的外部条件和现状的基础上，正确分析病害产生的根本原因，综合考虑社会效益和经济效益，本着尽可能减少加固工程对大桥交通的影响程度和影响时间长度的原则，制定对该跨梁段采用腹板张拉体外预应力和底板张拉预应力碳板的方案进行加固。

1.1-1 箱梁底板张拉碳纤维板加固

1.2 施工工艺

根据设计图纸加固设计要求，先对腹板进行体外预应力张拉再对底板进行预应力碳板张拉。

（1） 体外预应力施工重点及关键点

1、 钻孔植筋、钢筋绑扎

1） 钢筋空位放线完成后，用φ20的钻头打孔，孔深为25cm，如果遇到钢筋，适当便宜空位，但空位不得与预埋钢管走向线相冲突。

2） 钻孔完成后，先用毛刷将板结在孔内的灰尘清理一遍，然后用吹灰机清除孔内浮灰，直到手触无明显灰尘为止。

3） 清孔完成后，用注胶枪向孔内灌注胶液至孔深2/3处，然后将钢筋旋转进入孔内，直至植筋孔周围溢出胶液，植筋时注意每根钢筋的位置与弯起筋的朝向。

4） 植筋完成后，等胶液固化后，开始对那些孔位偏移的钢筋进行矫正，并保证预埋管线的正确走向上无阻碍钢筋。

2、 预埋管、锚垫板的安装

依据施工图纸，对预埋管进行定位，定位完成后，用两排井字筋将预埋管及锚头固定，锚头部位中心线水平距离25cm，离梁底板垂直距离35cm，预埋管出口部位距离腹板水平距离为10cm，距离底板垂直距离为20cm，锚头端部保持水平，预埋管出口位置保证平顺。

3、 混凝土浇筑

浇筑前准备工作对要浇筑的构件先湿水，不能有明水。对于到达现场的自密实混凝土，现场需进行坍落度及扩展试验指标合格，混凝土才能用于现场施工。浇筑期间控制主要是构件要浇筑密实，浇筑时通过振动棒快插慢拔，至混凝土不再下沉后，通过榔头敲击模板检查混凝土是否密实，如有空洞声响，必须用振动棒敲击此处及周边模板，直到听到闷响为止。浇筑时，要每个点派人检查模板，发现漏浆，胀模要及时处理。所有构件，浇筑完成8h后可拆除侧模板，48h后可拆除底模。拆除时注意不要损伤新混凝土面。每个构件每天浇水七次（上午三次、下午三次、晚上一次，浇筑完后三天白天每一个小时浇水养护一次），共养护七天。

4、 预应力张拉

1） 张拉前准备工作

为保证张拉顺利进行，张拉前应先检查：油泵与千斤顶是否连接正确、千斤顶与油表是否对应、张拉人员是否到位、通信对讲机是否到位、张拉用到的工具如碘钨灯、锤子、扳手、备用油管垫片等是否准备到位。

2） 张拉期间控制

本次张拉共分三级，即20%、40%、60%、80%、100%，最后张拉力为186.14t。张拉期间应严格按照分级张拉顺序和油表力值对应表进行张拉施工，每级张拉应均匀缓慢，每级张拉持荷时间为5分钟。每级张拉到位后要把油表读数和延伸量由现场技术人员记录下来。

张拉期间，由专人指挥，且全程要有人员监控，发现异常及时停止张拉，顺利无误后再进行张拉。

（2） 预应力碳板施工

1、 施工注意事项

1） 钻孔定位准确，避开原钢筋网和波纹管，核对施工操作空间。

2） 化学锚栓安装要牢固，检查其可靠性，施工时要等化学锚栓达到允许强度后，方可进入下一道工序。

3） 检查碳纤维板有无表面损伤等。

4） 安装时碳纤维板粘贴面用干净纱布沾丙酮等清洁剂清洁干净，注意不要损坏碳板，接着在碳纤维板上涂抹碳纤维专用结构胶，然后再将两端的锚具安装到位。

5） 张拉时，要逐级张拉，张拉分级为20%、40%、60%、80%、100%，最后张拉力为9.6t，保压2min。

6） 张拉时张拉螺母必须拧紧。

7） 张拉端和固定端锚具与梁面接合处需用结构胶填满形成整体。

8） 封锚。在张拉端、固定端锚固区加上一层钢筋网格，用聚合物砂浆或者其他防腐材料进行封闭。

1.3 监测方案

本桥加固效果的优劣及加固目的能否达到，最关键的因素是体外预应力的预应力效果和新增补强材料能否有效地与原结构共同参与工作、提高结构刚度。因此对加固段加固效果进行监测。

（1） 体外预应力实施过程监测结果

1、 应变监测结果

体外预应力张拉过程中各测点的应变数据见下表

1.1-2 应变传感器测试结果（με）

从上表可见，4#，5#和8#的数据可信度较高，因此可计算出跨中截面下缘在体外预应力张拉后获得压应力为0.76MPa。应力校验系数为0.76，位于大多数桥梁测试范围内。

2、 变形监测结果

体外预应力张拉后，30m跨跨中截面上挠2.18mm。理论计算值为2.72mm。变形校验系数为0.80，位于大多数桥梁测试范围内。

3、 索力监测结果

索力监测结果为1887.8KN，而原加固设计索力为1861.4kN，所以千斤顶张拉力与采用振动法测试索力结果吻合较好，结果表明张拉力达到设计要求。

（2） 碳纤维板张拉过程监测结果

通过钢弦计测试结果，计算得相应混凝土压应力为0.40MPa，与理论计算值0.8MPa相比的校验系数为0.5，位于大多数桥梁测试的合理范围内。

结束语

通过对高粱互通主线左幅12跨桥梁在施加体外预应力和预应力碳纤维板施工过程的监测结果表明：体外预应力索力达到设计要求，桥梁所获得应力及挠度校验系数均在合理范围内；预应力碳纤维板加固后体外预应力索力未发生明显变化，混凝土与碳纤维板间的胶粘剂未受到疲劳荷载及环境作用的显著影响，粘结良好；桥梁结构的内力分布得到明显改善，桥梁承载力得到显著提高，满足承载力及变形要求，达到加固设计目标。高粱互通立交桥的成功加固及监测结果，证明了体外预应力及预应力碳纤维板加固技术具有较大工程实用价值。

参考文献

[1]《预应力碳板在湖北旧桥加固中的应用研究》 郑卫华

[2]《碳纤维结合体外预应力筋》 季广军

[3]《高粱古家坝互通式立交桥加固监控报告》

[4]《云万路四座桥梁维修加固施工组织设计》