公路大桥T梁维修工程中碳纤维网格加固技术分析

沈晓龙

（宁夏中铁建宁东路桥投资发展有限公司，宁夏 银川 750001）

1 项目背景

永宁黄河公路大桥于2016年建成通车，原桥为跨越黄河设置，跨径组合为（110+260+110）m，结构形式为双塔双索面斜拉桥；副桥跨径组合为（50.47+6×90+50.5）m，结构形式为预应力混凝土变截面连续箱梁；河西引桥跨径组合为（3×50）m+（50.28+90+50.28）m+2×（4×50）m+6×（3×50）m，结构形式为预应力混凝土变截面连续箱梁+装配式预应力混凝土T 梁；河东引桥跨径组合为（4×50+36）m+（50.28+90+50.28）m+2×（4×30）m+（5×30）m+（3×50）m，结构形式为预应力混凝土变截面连续箱梁+装配式预应力混凝土T梁；下部结构为空心墩/柱式墩、肋式台，钻孔灌注桩基础，桥梁全长3 743.37m，桥梁宽度为2×（净15.5m+2×0.5m），桥梁交角90°，该桥在2021年桥梁定期检测中总体技术状况评定等级为2类。原桥于第5 孔上跨河西滨河大道，第50孔上跨河东滨河大道，第66孔上跨银昆高速公路，第67孔上跨下白公路。桥梁经多年通车运行逐渐产生不同程度的病害，主要表现在：主、引桥上部结构局部位置出现裂缝，上、下部结构局部表观缺陷，局部渗水泛白等病害，影响桥梁的耐久性。因此，为保障永宁黄河公路大桥的耐久性，必须对其现有病害进行维修。针对原桥河西、河东引桥部分T梁保护层厚度不足的问题，本文设计采用在T梁马蹄位置处粘贴双向碳纤维网格+喷射聚合物砂浆的加固方案，以改善其耐久性。根据桥梁定检报告，设计对西引桥R7-2#（50mT梁）、R12-4#（50mT梁）、L30-5#（50mT梁）和东引桥 L64-1#～7#（30mT 梁）、L67-1#～7#（50mT 梁）、R44-3#（50mT梁）、L46-3#（50mT梁）T梁马蹄位置处粘贴双向碳纤维网格+喷射聚合物砂浆。

2 原桥质量病害

2.1 西引桥

2.1.1 上部结构T梁

根据外业调查，结合桥梁定检报告，原桥西引桥装配式T梁存在纵向裂缝和少量腹板斜向裂缝，斜向裂缝部分已修补，但修补不良。横隔板存在少量竖向裂缝，最大竖向裂缝宽0.3mm。同时，存在破损、露筋、空鼓、开裂等病害，部分T梁马蹄底部保护层厚度不足，箍筋印记明显。典型病害如图1、图2所示。

图2 马蹄底部保护层 厚度不足

2.1.2 下部结构墩柱

根据外业调查，结合桥梁定检报告，原桥西引桥下部结构总体状况良好，存在少量网裂、竖向裂缝、蜂窝麻面等病害。

2.2 东引桥

2.2.1 上部结构T梁

根据外业调查，结合桥梁定检报告，原桥东引桥装配式T梁存在纵向裂缝和少量竖向裂缝、斜向裂缝。同时，存在破损、露筋、空鼓、开裂等病害，部分T梁马蹄底部保护层厚度不足，箍筋印记明显。典型病害如图3、图4所示。

图3 梁左马蹄纵向裂缝

图4 马蹄底部保护层不够

2.2.2 下部结构墩柱

根据外业调查，结合桥梁定检报告，原桥东引桥下部结构总体状况良好，局部存在少量破损、蜂窝麻面等病害。

3 碳纤维网格加固技术

3.1 材料选用

（1）碳纤维复合材料用的纤维原丝必须为连续纤维，碳纤维的主要力学性能应符合规定，抗拉强度≥4 900MPa，并出具原材报告。

（2）单束碳纤维（横向和纵向）的宽度为2mm，间距为20mm，极限破断力需大于3 200N，伸长率不低于1.3%。

（3）碳纤维网格选用CFN200/200双向碳纤维网格，配套砂浆选用同一品牌湿法喷射聚合物砂浆。

（4）碳纤维网格需在工厂进行特殊涂层处理，以满足防火、锚固的要求，湿法喷射砂浆中需有活性成分，二者配合使用需有渗透结晶的效果，以保证二者之间有足够的握裹力。

（5）碳纤维网格和配套湿法喷射砂浆、高分子界面胶需选用同一品牌产品，以保证二者之间的适配性。

（6）生产厂家需通过ISO9001生产型企业质量管理体系认证和国家高新技术企业认定，并提供认证证书。

（7）生产厂家需提供至少5个网格加固项目案例。

（8）碳纤维网格、配套聚合物砂浆、高分子界面胶需提供国家权威机构出具的检测报告。检测报告中，单束碳纤维网格丝束的抗拉强度不小于3.2kN，断裂伸长率不低于1.3%；配套聚合物砂浆的28d抗压强度不低于55MPa，与混凝土的正拉粘结强度不小于2.5MPa，且为混凝土内聚破坏；高分子界面胶的钢对钢拉伸抗剪强度不低于14MPa，钢对C45混凝土正拉粘结强度不低于2.5MPa，且为混凝土内聚破坏，钢对钢湿态黏结条件下的拉伸抗剪强度不低于8MPa，无约束线性收缩率不高于0.4%。

（9）双向碳纤维网格加固系统需具有国家权威机构出具的握裹力检测试验报告。其中，3根试样的7d破坏荷载不低于6kN，28d破坏荷载不低于10kN；碳纤维网格与砂浆的7d界面剪切强度不低于1 100MPa，28d界面剪切强度不低于1 900MPa。

3.2 加固技术

此项目中碳纤维网格加固技术流程如图5所示。

图5 碳纤维网格加固技术流程

（1）原混凝土基层处理。首先，需要提前处理原混凝土表面的凿毛，并将表面杂质清理干净，确保达到整洁状态，并对表面进行洒水处理，按照规定要求涂抹聚合物砂浆。其次，对基材进行处理，在施工面基材处理过程中应露出骨料，拒绝“稍加摩擦”和“打点”；尽量选用高压水枪将基材表面的灰尘、杂质及松散层等清理干净，以促进聚合物砂浆与基材间的有效黏结。

（2）混凝土基层涂抹界面剂。将混凝土界面剂按照规定的比例混合后，用辊筒均匀涂刷于原混凝土表面。在混凝土界面剂消粘期内，需要进行下一步砂浆涂抹施工。

（3）涂抹聚合物砂浆。拌制砂浆的水量应为砂浆重量的4.3%～16.7%，并根据施工环境、温度进行调整，搅拌时间应控制在10～15min，直至砂浆混合均匀，达到黏稠状态。同时，砂浆拌和后应静置约60s，使用前需要重新进行搅拌（时间控制在10s）。在施工过程中无须添加用水。

（4）结构表面涂抹第一层砂浆。在粗糙结构面均匀涂抹第一层砂浆，根据设计规定要求确定第一层砂浆的涂抹厚度，通常控制为0.5cm，厚度不宜过大。同时，必须采取措施保证砂浆涂抹后的平整度符合规定要求 。另外，还应重视砂浆涂抹的均匀度，防止出现漏底现象。

（5）CFN碳纤维网格剪裁。根据项目具体要求精准剪裁碳纤维网格，此阶段应注意碳纤维的分布方向，保证其与设计规定要求相同。

（6）设置碳纤维网格。碳纤维网格需铺设在未表干的第一层聚合物砂浆上，CFN碳纤维网格的碳纤维丝方向必须符合设计规定要求，确定搭接宽度为20cm。在摊铺过程中，应采取措施将端部临时固定，以保证摊铺施工结束后碳纤维网格表面的整体平整度符合规定要求。此项目中CFN碳纤维网格是以泥抹的方式压入砂浆层内，将网格与砂浆相结合，并使加固材料纤维尽量达到拉紧状态。如需要可选用水泥钉或铆钉辅助固定处理。

（7）涂抹第二层砂浆。当第一层砂浆达到初凝状态后，可拌制并涂抹第二层砂浆，根据设计规定要求确定涂抹厚度为1.5cm，通常不宜涂抹过厚。涂抹完成后，整个混凝土表面的平整度应符合规定要求，并且无网格纤维外漏。应保证第一层和第二层砂浆在同一天进行施工，如果第二层砂浆未能在当天施工，需用扫把或低压水枪对第一层砂浆进行粗糙化处理。

（8）表面平整。用泥铲或刮板将砂浆表面处理平整，如果砂浆厚度不满足要求，需要局部修补，最后进行压光。

（9）砂浆的养护和表面处理。砂浆涂抹完毕后需要进行养护，养护时需保持一定的湿度，养护7d后即可进行表面外装修或涂装处理。

3.3 注意事项

（1）原混凝土表面应充分湿润，防止混凝土涂抹到原结构后面，若从新旧混凝土结合面的位置将水分吸干，会导致此界面的混凝土难以水化，从而弱化混凝土的结合力。

（2）应控制砂浆中的水灰比，水太多会造成浆料流淌，不能大量地粘挂到基材上。反之，水太少会造成涂抹性能差等问题。另外，砂浆的黏度与搅拌时间有关。砂浆的搅拌时间应在10min以上，拒绝简单搅拌后施工，搅拌时间太短会造成砂浆混合不均匀、黏度低、浆料流挂等问题。

（3）网格粘贴时，避免碳纤维网格在弯矩和受力较大处搭接，以免影响加固效果。顶部施工时，第一层砂浆不宜涂抹太厚，可选用铆钉固定碳纤维网格，避免网格、砂浆脱落。

（4）未达到初凝状态的砂浆与基材之间的结合力相对较弱，所以，第一层砂浆未达到初凝状态不可涂抹第二层砂浆，以免造成砂浆和网格脱落。

（5）对于初次涂抹砂浆的施工人员，可借助标有一定刻度的钢条、钢丝或者通过预先拉设限位线控制砂浆的涂抹厚度。

4 结语

本文结合永宁黄河公路大桥项目实际情况，调查、分析了公路大桥项目的质量病害，重点研究了T梁维修中碳纤维网格加固技术的应用，包括材料选用、加固技术以及注意事项。实践证明，此项目中的T梁采用碳纤维网格加固技术处理后，有效解决了T梁裂缝、露筋等问题，提升了T梁结构的安全性和稳定性。因此，在公路桥梁维修中应推广应用碳纤维网格加固技术。