摘　要:某桥桥墩因意外受到撞击产生裂缝,需进行加固处理。在加固中使用高强度碳纤维布,加固完成后的桥墩结构及外观均达到设计要求,使用后经过一段时间的观测,未发现任何异常,取得了很好的效果,对其工艺技术进行总结。
关键词:公路桥;桥墩加固;高强碳纤维布;应用
目前经常出现结构物因时间长、质量缺陷或受到意外撞击等原因局部出现断裂、破损的事件,影响结构物正常使用,存在很大安全隐患,而且拆除维修困难,尤其正在使用中的结构物更为无法实施维修,为此,需要一种快速有效的方法来解决这个问题,现就某桥桥墩加固的情况进行介绍。
1　工程概况
该桥位于某在建高速公路上,上部结构为40m预应力混凝土T梁,先简支后连续结构,下部结构为U形桥台、明挖扩大基础,桥墩采用矩形薄壁墩,基础均为挖孔桩基础。在施工过程中该桥4号墩墩身受到意外撞击出现裂缝,该墩为空心薄壁墩,墩壁厚0·5m,墩高为49m,事后检测中心对4号墩裂缝的分布情况、长度、宽度及深度进行了检测。根据检测结果分析墩身裂缝均为竖向裂缝,共发现6条裂缝:正前方4条,最长为14·1m,宽度为0·2mm;左侧1条,长度为18·5m,最宽处为6mm;右侧1条,长度14·1m,宽度为0·1mm;墩身内壁两倒脚处也各有1条裂缝,长度分别为7m和9m,缝宽为0·4mm。桥墩正后方未发现裂缝,裂缝范围在桥墩的上半部分,距地面高度为24~49m。
2　加固方案确定
2·1　方案确定
经过对裂缝的分析,认为桥墩只是出现竖向裂缝,未发现横向裂缝,决定对桥墩进行加固处理:对桥墩开裂范围外侧进行加强,墩身空心部分采用混凝土浇筑密实,从而以确保该桥的耐久性及可靠性,同时为保证工期以及节约成本。
该墩为过渡墩,墩顶设计安装滑动支座,根据桥墩受力分析,桥墩承受竖直向下的压力,因墩身无横向裂缝,可以采用抗拉强度高的材料将墩身箍紧。防止受力墩身横向变形,并与墩身共同受力。备选方案有采用外侧粘贴型钢加强,钢筋混凝土加大截面加强和横向粘贴高强度碳纤维布。经过论证决定采用横向粘贴高强度碳纤维布进行补强,补强范围为墩身上半部分24~49m。
2·2　碳纤维布的原理
利用树酯类粘贴材料将高强度纤维织物粘贴于结构物表面,从而达到对结构物补强加固的目的。可以取代钢筋应用于抗弯、抗剪的结构物加固,直接有效的提高其承载力;通过碳纤维布横向裹筋,可以间接提高核心混凝土的强度和延性。
3　碳纤维加固工艺技术
3·1　材料
采用巨瀚科技股份公司生产的产品。主要试验性能指标见表1~表4。

3·2　施工工艺
(1)工艺程序
墩身表面处理→贴片前基层处理→涂底层涂料→采用环氧腻子对构件表面残缺修补→粘纤维片→检查→养护→涂装。
(2)工艺要求
工艺的关键在于碳纤维粘贴的紧密牢固,保证桥铁道标准设计　RAILWAY　STANDARD　DESIGN　2008 (8墩桶形成整体,并与原结构共同受力。施工工艺的要求如下。
贴碳纤维前对混凝土构件表面进行处理,仔细清除破损、劣化部分,修补裂缝、漏筋除锈、削平凸出部位和棱角等,使碳纤维粘贴后能与墩身紧密结合。在处理好的混凝土表面涂刷能渗透到混凝土内的底层涂料,然后填平表面的凹陷部位,达到表面平整,使两者粘贴紧密并避免粘贴后起鼓。严格掌握贴片的位置和长度,注意进行脱泡和浸渗操作。掌握好每道工序的时间间隔,防止碳纤维片起鼓、脱离、错位。
3·3　施工方法
(1)基层处理
将混凝土表面残缺、破损部分清除干净,直到结构密实的部位,使其表面平整,对外漏的锈蚀钢筋进行除锈;混凝土表面污垢采用清水刷洗,不能使用化学药剂;对混凝土孔洞、蜂窝等凹陷部位采用高标号砂浆填补。对墩身凸出部分(模板接缝、错台)进行削平;棱角用磨光机打磨成圆弧状,圆弧半径不小于20 mm。墩身裂缝采用灌缝胶进行处理缝:缝宽小于0·15mm的裂缝用环氧树酯进行表面涂抹,缝宽大于0·15mm的裂缝用灌缝胶灌缝。
(2)涂底层涂料
把底层涂料的主剂和固化剂按规定的比例秤量准确后放入容器内,用搅拌机拌和均匀,每次调和的量应在可使用的时间内用完。在底层涂料中不能添加溶剂,含有溶剂的毛刷或用溶剂湿了的滚筒不得使用。用滚筒均匀的涂抹底层涂料。指触干燥时间根据气温来决定,一般控制1~3 h。涂抹完底层涂料后待其干燥固化后,在表面有凸起的部分时,使用砂纸磨光。施工时需要注意的是:要根据当时的温度选择适当的底层涂料,同时在气温5℃以下,相对湿度RH>85%,混凝土表面含水率在8%以上,有结露的可能时,要采取保暖、干燥措施,否则不得施工。www.tmgc8.com
(3)表面残缺修补涂底层涂料后墩身表面凹陷部位应用环氧树酯腻子填平,修复至表面平整。使用环氧树酯腻子时,要在相对湿度RH<85%以下施工,腻子涂刮后表面仍存在凸凹糙纹,要用砂纸打磨平整。
(4)粘贴碳纤维片
确认粘贴表面要干燥,施工时气温保证在5℃以上,相对湿度RH<85%以下,否则不得施工。碳纤维片在运输、储存、裁剪和粘贴过程中严禁受到弯曲,防止碳纤维受损。因此,使用前要采用裁纸刀按需要的长度切断碳纤维片,每段长度不超过6m,果需要更长的片材时,要防止弯曲,同时在脱泡、渗浸过程中必须加倍谨慎操作。为防止片材在保管过程中损坏,应当天使用多少裁剪多少。
贴碳纤维片时顺长方向片材的接头必须搭接10cm以上,搭接部位要多涂树酯,其他工序按正常的进行,片材宽度方向不需要搭接。树酯的主剂和固化剂按规定的比例秤量准确后放入容器内,用搅拌机拌和均匀,一次调和的量应在可使用的时间内用完。贴片前先涂下涂层:用滚筒刷均匀的涂刷粘贴用的环氧树酯,涂量标准为500~600 g/m2。贴片前,碳纤维片和树酯之间尽量不要有空气,采用专用工具沿着纤维方向在纤维片上滚压多次,使树酯渗浸到纤维中。纤维布宽度0·5m,将碳纤维布沿墩身周长方向拉紧包裹,沿墩身竖向从下向上,并从贴片一端开始用刷子依次向另一端压平,保证贴片平整,无起鼓、起泡、皱折现象。每一层贴片的搭接长度不小于10 cm,每一层贴好后用滚筒刷将配制好的树酯胶(积层树酯与固化剂配制)在贴片上涂刷,使树酯胶浸渍到纤维布的缝中。每相邻两层纤维布粘贴时必须紧贴,可不进行搭接(图1)。等每层贴片贴好1 h后,再在表层涂上涂层纤维片施工30min后,用滚筒刷均匀的涂刷粘贴用的环氧树酯,涂量标准为300~200 g/m2。待整个墩身的第一层碳纤维布全部粘贴完毕后,按此工序操作方法再在第一层上粘贴第二层碳纤维布。

(5)碳纤维布粘贴质量要求与检查
碳纤维布粘贴质量要求为:上涂层和下涂层浸入纤维束良好,碳纤维布粘贴密实;对于直径在10 mm以上、30mm以下的空鼓,每平方米少于10个可认为合格;否则不合格,需进行修补;对于30mm以上的空鼓,只要出现就认为不合格,需要修补;顺纤维方向搭接长度不小于10 cm,各层之间的搭接部位必须错开至少50 cm,不得位于同一直线上。碳纤维布的规格、贴片位置、长度、密度、层数符合设计规定;严格遵守自然养护时间。每道工序完成后,要由专职质检员检查,对于不符合质量要求的部位予以处理,处理方法为:在纤维上打开2个以上的孔,用注射器注入粘贴用的环氧树酯,或沿纤维方向切入2~3刀,用橡胶刮板、毛刷沾上适量的环氧树酯贴进割开的缝内。对于粘贴用的环氧树酯已经硬化且无法采用以上2种方法处理时,应将该部位割去重新粘贴碳纤维布片。处理完成重新检查直到检查合格,并填写《碳纤维布粘贴混凝土基层处理质量检验报告单》、《碳纤维布粘贴质量检验报告单》。
(6)养护
每道工序完成以后,在树酯硬化前,要采用塑料薄膜覆盖,防止雨水、风沙侵袭。贴碳纤维布片后要自然养护24 h以确保固化,同时要保证在固化期间不受到干扰。如果树酯硬化期间温度低于5℃以下要采用塑料薄膜覆盖等有效的保温措施。碳纤维布片粘贴后达到设计强度的自然养护时间为:平均气温10℃以下时要2周;平均气温10~20℃以下时要1~2周;平均气温20℃以上时要1周;养护期间要防止受到外力撞击。
(7)涂装涂装应在树酯初期固化后进行,按桥墩混凝土的颜色调配涂装,以达到涂装后颜色一致。
4　优点及效果
碳纤维布施工的优点是:强度高,弹性模量高,特别适合用做梁体加固;厚度薄,质量轻,结构物加固完后,用同色涂料涂装后,保证了整体的美观,搬运方便,施工过程中不需大型机具,适合于高空使用;可以任意长度,随意交叉;耐腐蚀,不生绣;施工简单,结构物表面不需要打磨,不需加压,与混凝土表面结合密实;适应于曲面和任意形状的结构;抗疲劳性能好,适应于冲击、振动结构加固;便于运输,储藏。本桥在施工采用了高强碳纤维加固操作方便,施工简单。加固完成后的桥墩结构及外观均达到设计要求,桥梁使用后经过一段时间的观测, 4号墩未发现任何异常。这项技术非常适合结构物的补强、加固,值得推广应用。

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