桥梁加固预应力CFRP板混凝土技术研究

王真

（上饶市德兴公路事业发展中心，江西 德兴 334200）

1 预应力CFRP 板加固体系

1.1 技术原理和特点

预应力CFRP 板即预应力碳纤维板是一种将纤维材料按照相同方向排列并进行浸润固化、挤压处理后而形成的材料。经上述方式处理后，预应力CFRP 板便会具备较高的抗拉性，且具备质量轻、厚度小、耐久性强等特点。结合实际经验发现，该施工技术还具备加固施工操作方便、施工占用空间较少、适用于多种工程环境等优势。预应力CFRP 板加固施工应按照以下流程进行：结合施工现场的实际需要，做好各个环节的准备工作，满足现场施工的需要；采用表面涂覆专用环氧胶的高强度碳纤维板进行预应力张拉施工；将碳纤维板锚固到结构表面，形成整体结构，在操作期间通过预应力CFRP 板加固施工技术的应用，可以提升加固稳定性，同时还能提高桥梁结构的承载能力[1]。

1.2 主要技术参数

第一，预应力损失计算。结合施工经验进行分析得出：由于预应力损失计算的难度较高，数据的复杂性高，使得预应力CFRP 板加固施工易产生预应力损失的情况，如发生锚固结构变形、混凝土收缩、CFRP板松弛及变形等，这类现象会对工程结构施工效果产生不利影响。要想避免上述问题，就需要全面考虑相关影响因素，采取有效的方式，实现对预应力损失的精准计算，进而进行合理的参数设计，以切实保证结构性能合格。

第二，预应力CFRP 板张拉控制力计算。在技术参数设计方面，如果将张拉控制力设计得比较大，就容易出现板材断裂问题。为避免此类问题，设计人员需要结合施工现场的具体情况综合分析，精准计算CFRP 板的张拉控制力，以保证技术参数设计更好地满足施工需要。总之，在技术参数设计方面，设计人员应结合以往工程经验、试验数据，对各种可能影响预应力损失、张拉控制力等技术参数的因素展开分析，实现精准计算，确保将结构损失控制在3%～4%，以保证工程的整体性能合格。

1.3 加固方案的标准化设计

为使预应力CFRP 板发挥出更好的加固作用，需要对T 梁、空心板、现浇箱梁等多种结构进行分析，以确定预应力CFRP 板加固方案的标准化设计，提高结构的整体性能。

2 工程概况及加固方案

2.1 桥梁工程概况

某桥梁项目的建设长度为785m，主跨尺寸为636m，设计为单跨钢桁架的悬索桥结构形式，上部结构设计为预应力混凝土先简后支连续T 梁结构。该桥梁项目投入使用后，出现多处损伤的问题，具体有下述几个方面需要维修：

第一，桥面板支座有损坏，应及时更换或维修；第二，现场施工区域内防水结构损坏严重，应及时维修处理；第三，桥面排水性能损害严重，应及时修理泄水管；第四，锚室、鞍室除湿机损坏严重，必须维修处理；第五，应立即清理伸缩缝，还要维修止水带；第六，主塔与锚碇混凝土结构需维修；第七，桥面铺装结构需维修；第八，加劲梁、缆索、支座螺栓应及时维修；第九，对腐蚀严重的螺栓进行更换处理，修复损坏的部分[2]。

2.2 加固方案选择

现场加固施工方案包含以下两种：第一，预应力CFRP 板加固。使用两条50×3mm 的预应力CFRP 板加固，与锚固块、锚具组合应用，张拉力386kN，单价900 元/m。第二，无黏结体外预应力加固。根据需要，选择直径为15.24cm 的钢筋，通过双束两股结构施工。经对比分析，发现两种方式的加固效果、成本相差不大，都可以满足维修需要，但预应力CFRP 板加固施工操作简单、耐腐蚀效果好，性价比更高，所以最终该桥梁选用预应力CFRP 板加固施工方案。

2.3 加固设计

经过现场计算分析以及根据现场需要，选择26.6m×24.6m 的预应力CFRP 板，顺着桥梁走向展开铺设施工。结合施工现场的具体情况，采用锚固式方法连接预应力CFRP 板与混凝土，锚固深度95mm，应用镀锌螺栓，从而保证结构安全性达标。

3 工程施工与工艺

3.1 锚具构造及材料性能

根据该工程的实际情况，选用夹片与楔形模具结构形式。模具制作完成后，应检查、验证模具与CFRP板的拉伸参数。该工程施工的具体参数如下：抗拉强度2498MPa、弹性模量166.8GPa、破坏荷载381kN。如果外部作用力达到破坏荷载参数，会导致结构损坏，使板材出现裂缝问题，裂缝问题主要发生在结构中部，夹持端与锚具周边一般不会出现裂缝[3]。

3.2 施工工艺

3.2.1 测量定位

现场技术人员需应用探测器对梁体内部钢筋进行探测，明确具体的钢筋施工位置后，用记号笔记录，以此为根据，确定锚具的位置。再标记碳纤维板中心线、锚具底座边缘线、锚栓孔中心线等位置，为后续的施工提供依据，从而使各个细节的施工均能达到工程标准，全面保证项目质量。

3.2.2 设置上锚固点

第一，根据设计方案要求进行测量放样，确定锚固点，在梁端面上进行锚固施工时，需在顶面开凿出两个角度相同的斜孔，其角度应与斜筋相同，且开凿前应将表面的混凝土保护层清理干净，裸露出受力钢筋结构，防止在现场施工过程中发生受力筋损坏的问题。另外，应将锚垫板周边的混凝土清理掉，根据设计方案设置凿孔架，最后安装凿孔机。凿孔机安装完成后，需要立即检查凿孔机的安装位置，保证钻头与锚固中心的点是对正的，经检查合格才能开始凿孔作业。

第二，应保证凿孔施工作业的深度和直径都符合锚固结构的安装标准。凿孔施工全部结束后，需要将锚固结构周边残留的混凝土碎屑清理干净，并在孔周围涂抹一层环氧胶液，再铺设一层环氧水泥浆液，最后锚固安装。在布置梁顶锚固点的环节，应确保锚垫板的上部与梁顶高度相同，也可以稍微低于梁顶，以达到混凝土保护层结构标准。

3.2.3 设置转向装置

第一，预应力筋转向作业要利用转向装置开展，所以在该工程预应力穿束作业实施前，应设置好转向装置。安装作业开始前，应在现场设置预应力筋穿束后的曲线，并根据曲线标记转向施工位置，如果转向装置设置不当，会造成预应力筋摩擦力较大，易产生损坏问题，局部也容易出现硬化情况，而这会影响张拉施工质量。

第二，明确了转向装置施工形式后，应在制造厂完成转向装置的制作，再将之运输到现场进行安装施工。为了防止结构发生损坏，应对运输作业现场做好保护管理，以免出现变形问题，且安装环节需严格按照设计方案执行，焊接部位需达到相应的精度要求，焊接后还要及时检查焊接质量，经检查合格才能投入使用[4]。

4 工后检测

施工结束后，需要对结构参数进行检测，这是一项极为重要的工作环节，需确保结构参数达到准确、精确性标准。对结构参数的检测，要从截面尺寸、弹性模量、材料容量、膨胀系数、施工荷载等角度开展。在现场施工管理过程中，需要落实梁体结构质量检查，实时监测应力、变形等，需确保各参数全部符合设计标准，且各个部件的制作、安装精度完全满足要求，符合施工质量标准。

4.1 伸长量变化

该工程采用分级张拉加固处理方式，在施工现场实时进行CFRP 板伸长量检测，分级参数为10%、20%、50%、75%、100%。伸长量数据信息分析结果表明，误差在合理范围内，说明该次加固施工符合设计标准，不会影响桥梁通行质量。

4.2 CFRP 板跨中应变

分析图1 变化趋势，发现在张拉参数的变化之下，CFRP 板跨中应变会出现台阶式变化趋势，短时间内预应力损失较大，随着时间的推移逐步趋于稳定，说明结构总体性能不会受到影响。

图1 预应力张拉时间变化情况

4.3 跨中压应力

对现场加固后的桥梁的跨中压应力进行检测、分析，发现该桥梁在加固施工中选取的5 个梁底结构经CFRP 板加固后，跨中压应力均在0.5MPa 以上，完全符合设计标准。

5 预应力CFRP 板加固中的质量控制

5.1 选择和布置预应力钢绞线

该项目在加固施工时采用预应力钢绞线材料，此举能够在满足施工需要的同时避免过度使用钢材，经济性明显。所选用的预应力钢绞线长度在30m 以上，适合在场地内制作。制作过程中，将彩条布铺设在施工现场，并设置方木结构，以免钢绞线和地面直接接触，同时能防止钢绞线腐蚀。

5.2 安装波纹管

在波纹管安装环节，应根据设计方案展开施工，波纹管的设置必须符合技术标准，曲线坐标参数也必须达到相应标准。同时，在波纹管安装期间，需要分析波纹管的底部状态，按照工艺规范进行安装施工，保证安装效果达到波纹管安装标准要求。此外，在固定波纹管时，采用钢架支架和箍筋焊方式进行固定。最后，在安装工作完成之后，需要查看是否存在管道弯曲情况，避免出现开裂的情况出现。为避免出现结构损坏问题，必须严格控制绑扎施工环节，波纹管安装应达到稳定性标准，如果发现有松动问题，应立即采取措施进行加固，以免结构不稳定影响工程质量[5]。

5.3 设置灌浆孔

在灌注施工环节，灌浆孔的设置极为重要。灌浆需要设置灌浆孔（或泌水孔），根据以往施工经验，设置泌水孔道的曲线预应力管道，能更好地保证灌浆效果。一般一根梁上布置三个点为宜，把灌浆孔布置到低位上，泌水孔可相对高些，这样可确保孔道内的空气与水及时从泌水孔排出。波纹管安装结束后，在波纹管上开孔作业，并在表面铺设海绵垫片、塑料弧压板，并用铁丝绑扎，防止损坏结构。

5.4 混凝土浇筑

预应力钢束施工全部完成后，应及时检查各个安装部位，经检查每个结构都符合设计要求才能进行浇筑施工。浇筑后需及时进行振捣处理，为避免振捣棒触碰波纹管，可采用直径较小的振捣棒施工，同时保证将混凝土振捣密实、均匀，无蜂窝等问题，如此才能保证结构性能合格。

5.5 预应力筋张拉

在预应力筋张拉作业环节，应加强对混凝土强度的控制，保证其强度与刚度性能合格，满足设计要求。在张拉作业开始前，应先拆除侧模，以免张拉力作用影响结构质量。采用逐层浇筑、逐层张拉的工艺进行施工，并通过框架张拉作业方法，对每一层都采取对称施工方式。现场施工容易受到较多因素的干扰，易产生滑丝、断裂等问题，导致张拉质量不合格。若出现质量问题，需立即停止张拉作业，并查找原因，进而采取有效的处理措施。根据工程技术标准，落实对张拉开裂、滑丝问题的控制，必要时及时更换材料，同时确保锚具的性能合格，消除一切可能影响工程质量的因素。

5.6 灌浆

预应力筋张拉施工结束后，要及时进行孔道灌浆施工作业。通常来说，灌浆施工的时间不得超过24h。灌浆施工要严格遵循相应的工艺要求，即先进行下层孔道灌浆施工，再进行上层孔道灌浆施工，并加强对压力、速度的管控，可以根据现场情况开展加压施工。为使灌浆效果更好，一般需要在现场开展2min 稳压。

6 结语

综上所述，在桥梁加固工程中采用预应力CFRP板混凝土技术，能够提高桥梁结构的整体性能，有助于提高桥梁工程的稳定性。在桥梁加固工程中，施工团队需明确该技术的应用方式，并注意从参数确定、材料应用、工艺控制等细节之处入手，做好技术管理，如此才能提升桥梁加固的整体效果。