预应力碳纤板加固钢筋混凝土桥梁施工工法.pdf

1、预应力碳纤板加固钢筋混凝土桥梁施工工法 预应力碳纤板加固钢筋混凝土桥梁施工工法 1 前言 1 前言 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。预应力碳纤维板加固系统是规范中规定可以在不卸荷、不阻断交通情况下进行有效

2、加固的少数加固方法，同时所用材料具备高强纤维复合材料轻质、高强、耐老化的特点，加固后几乎不增加原结构的自重和体积，是非常理想的桥梁加固解决方案。预应力碳纤维板加固系统主要应用于梁结构的加固补强，是一种通过对高强纤维复合材料（碳纤维板）施加预应力，提升结构承载能力、改善工作性能的主动加固技术。2014?年实施的?GB50367-2013混凝土结构加固设计规范中对预应力碳纤维板的设计方法、材料要求作出了相应规定。国内经过近几年的发展，预应力碳纤维板加固系统已在全国进行了数十个桥梁加固项目应用，加固效果得到了较为广泛的认可，是一种未来桥梁加固领域不可替代的重要方法。目前国内只有少量厂家拥有相关材料的

3、全套生产、施工技术，跨度大、拉应力大对材料和施工技术都提出了更高的要求。现将预应力碳纤维板加固桥梁混凝土结构施工工艺总结编制成工法。2 工法特点 2 工法特点 2.1 预应力碳纤维板加固属于主动加固技术，利用碳纤维板高强、高弹的材料特性，通过对碳纤维板预张拉，产生初始预加力，用来平衡原梁一部分载荷，从而很大程度延缓裂缝的开展和减小裂缝宽度，有效增加结构刚度，减小结构构件的挠度，缓解内部钢筋的应变，提高钢筋的屈服荷载和结构的极限承载能力。2.2 本工法裂缝修补与结构补强同时进行，选用缓粘结灌缝胶，保证预应力张拉时灌缝胶尚未完全硬化，便于结构变形的恢复。2.3 采用预应力碳纤维板加固的混凝土结构可

4、以抵抗各种酸、碱、盐的腐蚀，极大地降低了结构的维护费用，延长了结构的使用寿命。2.4 自重轻、易使用，作业轻松且不需大型机械设备 2.5 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，无需复杂的张拉机具，方法简便易行。2.6 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。2.7 补强后基本不改变构件的形状与重量。2.8 碳纤维板材更适用于采用预应力加固方式，更能充分发挥碳纤维高强度作用。3 3 适用范围适用范围 3.1 适用于大跨度钢筋混凝土桥梁加固，提升承载能力，广泛应用于预应力

5、、非预应力桥梁结构。3.2 桥梁截面类型和适用于空心板梁、箱型梁、T 型梁截面增加预应力加固。3.3 适用于厂房等建筑，大跨度结构梁预应力加固。3.4 适用于截面偏小或配筋不足的钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件的加固。本方法不适用于素混凝土构件，包括纵向受力钢筋一侧配筋率低于 0.2%的构件加固。4 4 工艺原理工艺原理 预应力碳纤维板有配套的锚固单元，其与梁体的粘结主要还是依靠胶粘剂、锚板来实现。对桥梁结构现有的裂缝进行修复后，用机械锚具将已涂抹胶结剂预应力碳纤维板安装在构件的设计部位，通过收紧夹具，使纤维板收紧，从而建立预应力。将碳纤维板张拉至设计的预拉应力为止。5 5 施工工艺流程及

6、操作要点施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 钢筋探测钻孔植入锚栓梁底打磨安装锚板及滑槽碳板下料及抹胶安装碳板安装夹具单元并张拉夹具和锚板螺丝紧固拆掉油缸并养护拆除夹具碳板防护检查验收。5.2 操作要点 5.2.1 梁底粘贴预应力碳纤维板加固设计方案 本桥梁底加固中，采用 lOcm 宽碳纤维板材，粘贴于梁肋下方，对于空心板梁，一条肋下粘贴一条预应力碳纤维板材，对于箱梁，一条梁肋下粘贴 2-3 条预应力碳纤维板，锚固单元错开布置。本桥粘贴预应力碳纤维板采用后张法，采用化学锚栓将预应力板材一端锚固于梁底，另一端固结在张拉机具上，并在板材与梁体结合面上涂刷粘合胶，最后进行张拉。碳纤维板材的张拉有

7、配套的张拉机具实现，对于长度小于 20m 的预应力碳纤维板，采用单端张拉的方式；对于长度大于 20m 的预应力碳纤维板，采用两端张拉的方式。下图为空心板及箱梁预应力碳纤维板横断面布置形式。5.2.2 施工放线 按照施工图所示位置对碳板、锚板及滑槽位置进行放线，并用墨线标识。放线过程中因注意张拉端和锚固端的位置，为满足作业空间需求，距离墩柱中心较远的截面碳板安装张拉端滑槽。由于锚板为定型产品，放线过程中应使碳板、锚板、滑槽板轴线，三线合一，以保证碳板的轴线受力可靠。5.2.3 钢筋探测 放线完成后，对锚栓孔位进行探测。探测过程中加大探测区域，以使锚栓尽量避让钢筋。根据探测结果交设计调整。最后根据

8、调整图纸，实施放线钻孔。5.2.4 钻孔 M12 化学锚栓，锚固深度 70mm。M16 化学锚栓，锚固深度 90mm。根据放线结果进行钻孔。钻杆垂直于 梁底面，在钻杆上用油漆标识钻孔深度，边钻进边控制孔深。为使所植锚栓与原构件充分粘接，钻孔完成后，将孔内灰尘清理干净，用气泵、毛刷清孔，此过程要作到三吹两刷，即吹孔三次、清刷两次，清刷完毕后，用棉丝沾丙酮，清刷孔洞内壁，钢筋探测钢筋探测 钻孔植入锚栓钻孔植入锚栓 梁底打磨梁底打磨 梁底找平梁底找平 使孔洞内最终达到清洁干燥；如遇较潮湿的情况，还须用加热棒，进行干燥处理。清孔不得 用水，孔内如有积水应清除。将植栓胶和锚栓放入孔内，通过旋转加压，使之

9、锚固至孔底。养护需在静载条件下进行。不得用重物碰撞锚栓。5.2.5 梁底打磨 清理粘贴面混凝土表面浮浆，去除油污等异物，打磨凸角，使坚实的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平处应用尖凿轻凿整平,再用角磨机清除表面浮浆，剔除表层疏松物，最后用无油压缩空气吹除表面粉尘或清水冲洗干净，待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。5.2.6 锚板和张拉台座安装 如遇到钢筋，则需要安装辅助锚板和辅助滑槽板，辅助锚板和辅助滑槽板均采用 Q235C d=12mm 的钢板定型加工而成，采用灌注胶工艺。先对其进行钻孔，最后进行钢板灌胶施工。辅助钢板安装完成后，安装锚板及张拉台座滑槽。锚板和张拉台座安装锚板和张拉台

10、座安装 碳板安装碳板安装 5.2.7 碳板安装 按照设计要求和现场量测的长度，裁剪碳纤维板，同时进行胶粘剂的拌制，应延长胶粘剂搅拌时间且搅拌均匀。为使碳板粘接面胶粘剂均匀无气泡，应先使用抹刀在碳纤维复合板材粘贴面刮抹少量胶粘剂，并且用力刮抹数遍，然后，按照碳纤维复合板材宽度方向中间厚、边缘薄的原则进行刮抹。完成后将碳纤维板的两端分别插入夹具单元槽内，合上夹具单元并将夹具单元上的固定螺丝拧紧；初步固定锚固后固定张拉单元并放置液压油缸。5.2.8 碳纤维板张拉（1）确保液压油缸、碳板、锚板轴线三线合一。碳板胶粘剂抹好后，应立即进行张拉。（2）张拉采用单端张拉。张拉前应对张拉设备及配套油表进行配套标

11、定，完成才能进行张拉。（3）张拉施工采用逐级张拉，每级应持荷 5min，并量测记录伸长量。张拉施工以张拉力为主，伸长量为辅进行双控。实测伸长量控制误差为6%。（4）初张拉为 10%的控制应力即 12KN，再以 20%和 60%施加预应力，最后张拉至 100%。张拉过程中严格控制张拉速度，要求缓慢、均匀、平稳。（5）初张过程中，如碳板表面胶粘剂流失，应即时进行补胶。（6）当预应力施加到 100%即张拉力为 120kN 时，复验碳纤维板张拉伸长值，并持荷 5分钟。张拉控制应力为 1000MPa，伸长量为 6。（7）张拉持荷后将固定螺丝固定好，卡紧张拉单元和夹具单元间的位置。之后卸除液压油缸，并将锚

12、固板固定紧。液压油缸安装液压油缸安装 碳纤维板张拉碳纤维板张拉 （8）待胶粘剂固化完毕后，即可进行张拉单元和夹具单元的拆除，拆除完毕后，将多余的碳纤维板和锚栓端部进行切除。张拉机具拆除完毕后，仅在结构上剩下碳纤维板、粘板胶、锚固板和锚栓，以确保加固后对结构自重增加最小；严禁将张拉机具永久固定在结构上。5.2.9 碳纤维板表面防护 碳纤维板张拉完成以后，与梁体一道，在碳纤维板表面涂刷一层聚氨酯面漆，涂刷要均匀，美观。5.2.10 注意事项（1）为保证施工安全及连续性，在施工前必须对施工机具、临时设备进行详细检查、核对，确保万无一失后方可施工。（2）碳纤维复合板粘贴表面应采用粗砂布进行交叉打磨糙化

13、处理，并用无水乙醇擦拭干净。（3）张拉前应对油泵和压力表进行配套标定。（4）在胶粘剂凝固之前，严禁活载对胶粘剂的过大扰动，以保证黏结效果。（5）碳纤维板为导电材料，使用碳纤维板时应尽量远离电气设备及电源。使用中应避免碳纤维板的弯折。碳纤维板下料裁剪时应预留足够的尺寸满足工作长度要求。胶粘剂应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射，胶粘剂的配制和使用场所，应保持通风良好。现场施工人员应根据使用材料采取相应的劳动保护措施。（6）胶粘剂应适用期内使用完成。（7）碳板张拉的纵向前后不得站人，量测伸长量应在两侧进行测量。（8）胶粘剂时，应佩戴口罩、手套等必要的安全保护措施。（9）施工现场使用胶粘剂时必须保

14、持通风，注意防火；如不慎污染到皮肤，可用无水乙醇擦拭后清水冲洗；6 6 材料与设备材料与设备 6.1 材料 施工中所需材料按照国家有关规定和业主的准入规定进行购买和运输，保证材料安全、及时的运至现场。施工所用化学锚栓、结构胶、碳板、锚具等进行充分的储备以满足施工需要。进场材料必须经监理工程师验收合格，且经自检和抽检合格后，才能投入使用。对不同规格、型号的材料要分类、分型号储备。到场的材料采取集中遮盖堆放，加强现场看守，防止被盗和损坏。材料准备情况一览表 序号 材料名称 规格型号 1 预应力碳纤维板 I 级碳板，d=1.2mm 2 锚板 270 x200 x12mm 3 滑槽板 250 x70

15、x12mm 160 x70 x12mm 4 结构胶 5 辅助钢板 d=12mm 6 化学锚栓 M12 M16 7 灌钢胶 8 封口胶 碳纤维板胶黏剂 碳纤维板胶黏剂的主要性能指标如下：采用优质改性环氧树脂类胶黏剂；胶黏剂、碳纤维浸渍、粘贴用胶黏剂的安全性检验指标符合公路桥梁加固设计规范（JTG/T J22-2008）A 级胶的要求，各项设计指标要求如下：性 能 项 目 性能要求 A 级胶 B 级胶 胶体 性能 抗拉强度（MPa）40 30 抗拉弹性模量（MPa）2500 1500 抗弯强度（MPa）50 40 且不得呈脆性破坏 抗压强度（MPa）70 伸长率（%）1.5 粘结 能力 钢-钢拉伸

16、抗剪强度标准值（MPa）14 10 钢-钢不均匀扯离强度（MPa）20 15 与混凝土的正拉黏结强度（MPa）2.5，且为混凝土内聚破坏 不挥发物含量（固体含量）（%）99 钢-钢拉伸抗剪强度降低的百分率(经过 90 天湿热老化，5 性 能 项 目 性能要求 A 级胶 B 级胶 温度 50,相对湿度 98%)化学锚栓用胶 为减小加固期间对交通的影响，本工程化学锚栓用胶采用改性乙烯基类，符合混凝土结构加固设计规范GB50367-2013 中锚固型快固结构胶安全性能鉴定标准的要求。化学锚栓锚固用胶主要设计指标要求如下：化学锚栓锚固用胶粘剂安全性能指标化学锚栓锚固用胶粘剂安全性能指标 性 能 项 目

17、 A 级胶性能要求 试验方法标准 胶体性能 劈裂抗拉强度（MPa）8.5 GB 50367 附录 G 抗弯强度（MPa）50 GB/T 2570 抗压强度（MPa）60 GB/T 2569 化学锚栓锚固用胶粘剂安全性能指标化学锚栓锚固用胶粘剂安全性能指标 性 能 项 目 A 级胶性能要求 试验方法标准 粘结能力 钢-钢（钢套筒法）拉伸抗剪强度标准值（MPa）16 GB 50367 附录 J 钢对钢（钢片单剪法）拉伸抗剪强度平均值 6.5 GB/T7124 约束拉拔条件下锚栓与混凝土的粘结强度（MPa）C30 25 l=150mm 12 GB 50367 附录 K C60 25 l=125mm

18、17 90 天湿热老化后的钢套粘结抗剪强度降低率（%）99 GB/T 2793 6.2 设备 按照施工部署，施工所需机械设备提前到达现场，做好开工准备。施工机械以自有为主，社会租赁为辅。序号 设备名称及工具 设备类型和技术指标 数量 1 同步张拉设备 3 套 2 油泵 3 台 3 压力表 3 个 4 冲击钻（电锤）8 台 5 发电机供电设备 50KW 1 组 6 刮刀 10 把 7 角磨机 10 台 8 吹风机 便携式风机 F300KC 2 台 9 空压机 3m3/min 2 台 10 钢筋扫描仪 1 台 6.3 劳动力安排 序号 人员名称 人数 1 电工 2 2 机修工 3 3 杂工 6 4

19、 专业技术工 10 5 架子工 8 合 计 29 实际施工人员还需要根据施工进度及时调整。7 7 质量控制质量控制 7.1 标准规范（1）建筑结构加固工程施工质量验收规范（GB50550-2010）；（2）城市桥梁工程施工与质量验收规范（CJJ2-2008）；（3）公路桥梁加固施工技术规范（JTG T J23-2008）；（4）公路桥涵施工技术规范（JTG TF50-2011）；（5）公路工程技术标准（JTG B01-2014）；（6）建设工程施工质量验收规范实施指南（第二版）；（7）建设工程施工质量验收规范实施指南（增修部分）；（8）碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 CECS 146:2

20、003（9）金属材料弯曲试验方法 GB/T232-1999 7.2 技术保证措施（1）做好设计图纸的会审工作。（2）编制施工技术方案。（3）施工技术交底。（4）实施施工技术方案的监督。技术交底后，由工程部有关技术人员负责监督、贯彻施工技术方案的实施，严格遵守操作规程及施工工艺流程。7.3 管理保证措施（1）质量管理制度 工程质量是一个系统工程，领导是关键，职工是基础，制度是手段，技术是保证。队伍进场后，将实行分项、分工序实施专项质量意识教育，做到人人明白，个个清楚质量的标准和要求。（2）强化开工前培训制度 在分项工程开工前，由项目总工主持，组织有关人员学习技术规范，持证上岗。对本合同工程创优的

21、认识起点要高，具体操作要严，着眼于分项工程工序质量的控制。（3）建立作业层全过程质量控制制度 在各工序开展之前，对每一作业班组进行详尽的技术交底和质量达标操作程序交底。在易发生质量通病的工序，设置质量预控点，制定事先防范措施，加强专项检查，杜绝质量通病。（4）工序自检与三检 在质量保证体系中，各分项工程要设立专职自检工程师，各施工作业班组设立专职自检员。严格执行“三检”制度：制定严格的工程质量内部监督制度，确定群众质检为基础，专业骨干质检、互检与专业检查相结合的质量“三检”制度和工前试验、工中检查、工后检验的试验工作制度。（5）施工过程控制措施 各分项工程在施工过程中严格按既定的施工方案实施，

22、严守操作规程，排除不合理工序，在天气恶劣时尽可能不安排施工。施工时保证有备用设备，确保工序的连续性和完整性。施工方案中制订应急措施，各工序施工班组建立交接班制度，把问题消灭在萌芽状态。（6）材料检查验收 材料及半成品进入施工现场后，严格按照合同上的规定及有关规范要求由材料员、专职质量检查员共同进行检查验收，实验室做好抽检工作，对不合格的原材料绝不使用在工程上。运至施工现场的各种材料、材料半成品要根据其特点及合同规定的要求进行码放，并安排专人看管，材料存放区分规格、种类分别设立标识牌，保管存放除覆盖防雨外，还要做好垫高防潮工作。8 8 安全措施安全措施 （1）高空作业人员必须进行身体检查，凡患有

23、高血压、心脏病、贫血、癫痫病者以及其它不适于高空作业者，不得从事高空作业。（2）施工工地整洁，材料堆放有序，施工便道排水流畅，施工车辆听从指挥。（3）起重用的机械设备，必须定期检修，在使用前必须认真查看有无故障，才能保证安全，及时修理。起重索具的安全系数满足规范要求。（4）对上岗人员必须强化安全教育，及安全技术交底，明确岗位职责及注意事项，严格遵守起重及高空作业的有关操作规程。（5）吊装施工时应有统一的指挥信号，登高操作人员应携带工具袋、佩带安全带、布设安全网。（6）牵引卷扬机启动要缓慢，行进速度要平稳，构件在吊运时，起重卷扬机要协调配合，并控制好物件在空中的位置，起重卷扬机不得突然起升和下降

24、物件，避免产生过大的弹跳，物件吊运至安装部位时，作业人员要等其稳定后开进行操作。（7）物件不能垂立就位而需旁侧主索吊具协助斜拉时，指挥信号要明确，各组卷扬机要协调动作。（8）吊装施工时，要与相关部门密切配合，成立指挥小组，以确保施工及通行车辆的安全。（9）在上下层空间作业时，必须设置防护措施，严防上层作业人员的工具、物品落入下层。（10）凡 2m 以上悬空和无平台处作业要戴安全带，挂好安全带钩。有平台的要安装好防护栏杆和安全网，防止人员跌落。（11）大风、大雨等不良气候条件下不得进行高空作业。搭设的脚手架，要设揽风绳，剪刀撑。（12）易燃易爆物品要远离现场和居住区、油库、炸药库要通过具体考察后

25、决定其位置。场区和库内必须备消防器材。（13）安全用电。设专人负责，电线一律架空绝缘线，配电箱有绝缘接地防雨装置，施工设备有接地漏电装置，电缆电线接头用绝缘肢布包扎，并且作好防雨、防潮工作。未经专职电工的操作，不得擅自私拉照明用电。各种机械的使用严格按照操作规程进行。（14）张拉作业中，张拉设备前后不得站人，测量伸长量必须在两侧面进行。9 9 环保措施环保措施 贯彻“预防为主、保护优先、施工与环保并重”的原则，接受环境保护、水土保持等部门的监督、检查和指导（1）建立健全文明施工领导小组，由项目经理任组长，具体领导和指导、各施工队具体落实的管理网络，全面开展创建文明工地活动，努力创造良好的施工环

26、境和氛围，保证整体工程的顺利完成。（2）采取有效措施处理生产、生活废水，并确保施工现场无积水现象。（3）桥面破除前，做好扬尘控制计划，可采取清理积尘、桥面洒水、设置隔挡等措施。（4）施工现场配备洒水设备及指定专人负责，在易产生扬尘的场地道路洒水降尘，建立环保工作的自检专检。（5）对施工噪声要有降噪处理和管理措施，使用低噪音、低振动的机具，并进行严格控制，最小限度的减少噪声扰民。（6）施工现场设置足够的照明装置，照明灯加设灯罩，透光方向集中在施工范围，以便施工，尽量减少施工过程中的光污染，夜间施工设红色标志灯。（7）现场内排水设施完善，施工排水经沉淀过滤符合有关标准后方可排放，以防污染。（8）工

27、程交工时后，自觉按照业主、监理要求恢复施工现场，从现场清除或运出设备、剩余材料、垃圾和各种临时工程并保证整个现场和工程的整洁。（9）创建生活区良好的生活环境，要设置足够的临时卫生设施，并定时清扫；生活垃圾要集中堆放，统一运至指定地点废弃。（10）妥善处理周围关系，争取有关单位和过往行人的支持和谅解，为工程的顺利开展营造一个良好的施工环境。10 10 节能措施节能措施 10.1 贯彻执行中华人民共和国节约能源法和地方有关法津法规。10.2 本着节约、降耗的原则，通过技术革新、“四新”应用，减少材料用量。10.3 施工过程中，加强管理，合理组织，减少施工周期、缩短工期，加快周转，提高效率，同时，有

28、效地控制好施工用电。1 11 1 效益分析效益分析 10.1 经济效益分析 采用预应力碳纤维板加固，由于碳纤维板处于张紧状态，且粘结层经过改良，粘结层不易剥离，具有更好的耐久性，预应力加固的耐久性长。而且即使粘结层剥离，机械锚固的存在使得碳纤维板不会脱落，加固不会完全失效。大幅度降低了加固维修的费用。10.2 社会效益分析 预应力碳纤维板加固属于主动加固技术，无需对结构进行卸载。预应力碳纤维加固，降低了材料的用量，十分符合节约资源，合理利用资源的国情。并且由碳纤维板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。1 12 2 应用案例应用案例 成都市青龙场立交高跨桥自 1997 年 8 月建成通车，投入运营近十五年。在长期重交通作用下，桥面铺装出现不同程度破损，梁体产生大量裂缝，部分钢构件锈蚀等病害。尤其是经历了“5.12”汶川大地震之后，桥梁上下部结构实际上均受到了不同程度的损害。本立交桥上部结构梁体多为部分预应力砼空心板梁或钢筋砼空心板梁，目前大面积存在梁体底板开裂、渗水泛碱、混凝土破损、露筋、钢构件锈蚀等病害。我公司于 2015 年 8 月运用该工法对此工程进行了结构加固，均保证了施工质量，混凝土梁的强度和刚度均达到了设计要求，使用效果良好。