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    碳纖維加固工藝在清華水庫的成功運用

    2015-12-18 06:05:44周凱華
    水利技術(shù)監(jiān)督 2015年1期
    關(guān)鍵詞:膠料粘貼清華

    周凱華,張 欣

    (1.江西遂盛建設(shè)有限責任公司,江西遂川縣 343900;2.上饒市水利科學研究所,江西上饒市334000)

    清華水庫位于樂安河支流清華水的鄣河上,清華水庫壩址位于江西省婺源縣清華鎮(zhèn)浮溪村,清華水庫是一座具有發(fā)電、灌溉、防洪和養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐的主要建筑物由大壩和引水隧洞等組成。

    該水庫工作橋自建成至今已運行30余年,梁底和梁側(cè)均出現(xiàn)一定程度的張拉裂縫,2010年該水庫除險加固項目將該工作橋納入除險范圍內(nèi),原設(shè)計方案是全部拆除重建。

    1 設(shè)計方案的選定

    1.1 原設(shè)計方案與實施過程

    該工作橋為“T”型梁結(jié)構(gòu),采用C25鋼筋混凝土,主梁跨度為7m,共七跨工作橋段。2009年12月初按原設(shè)計(全部拆除重建)方案開始實施。在具體拆除方案選取中,考慮了爆破拆除、機械拆除和人工拆除等多種方案比較。其中考慮爆破拆除會對原有老壩體結(jié)構(gòu)以及新澆筑完成的上游防滲面板可能造成擾動或傷害,故排除該方案;因交通橋面寬度和承載能力限制以致大型設(shè)備無法進入工作面,機械拆除方案也予以排除;后采用人工拆除方案,具體施工安排是安排兩臺風鎬進行拆除。

    最開始對大壩右側(cè)第一跨工作橋進行拆除,因混凝土梁體強度等級較高,且在高空作業(yè)存在一定的危險性,工作面也狹小,拆除工作進度很緩慢,即使更換了更有經(jīng)驗的拆除作業(yè)人員后進度依然緩慢,施工單位有畏難懈怠情緒。最后用了1個月才完成第一跨的拆除工作。以這種當前進度顯然會大大影響后續(xù)工作和總進度安排更為嚴重的是影響年后汛期的工程安全渡汛。

    圖1 清華大壩水庫原工作橋全貌

    1.2 設(shè)計變更過程

    2011年初,業(yè)主緊急召集參建各方召開專題會議。通過會議討論認為:原梁體混凝土經(jīng)檢測部門檢測、設(shè)計部門復(fù)核,強度既然基本滿足設(shè)計要求,橋梁底面的跨中和兩端位置的張拉裂縫大多在允許范圍內(nèi),可以繼續(xù)工作,就沒有必要一定采用拆除重建方案。又考慮到工作橋上部還要新建景觀長廊,會增加橋梁的工作荷載,故有必要對梁體進行加固補強,增加梁底面的整體抗拉強度,使裂縫控制住不再發(fā)育伸展即可。最后設(shè)計部門進行了加固補強的方案比選和確定設(shè)計變更方案如下。

    對已完全破壞了梁體的大壩右側(cè)第一跨工作橋采用原設(shè)計方案—拆除重建,對其他工作橋采用碳纖維對主梁加固并加寬工作平臺寬度至3.8m。通過變更,既達到了原設(shè)計意圖,也便于施工和滿足進度要求且節(jié)省了投資。

    1.3 具體設(shè)計方案

    工作橋右邊第一跨為全部拆除新建項目,其他六跨皆為部分拆除加固項目,具體加固方案如下:采用300g/m2碳纖維布對工作橋梁底和梁側(cè)用A級膠進行粘貼加固。底部采用與梁底面等寬的4層碳纖維布進行粘貼加固,梁跨中采用一層20cm碳纖維布全斷面“U”型包箍,其他部位采用一層20cm碳纖維布均勻間隔20cm“U”型包箍,再在梁頂和梁中沿梁縱向粘貼兩條10cm寬的碳纖維布對“U”型包箍加固,使碳纖維布成為一個整體。

    2 碳纖維加固施工組織方案

    2.1 碳纖維加固工藝簡介

    碳纖維加固是近年來美日等國家所研發(fā)的應(yīng)用在土木工程中的新型加固補強技術(shù)。該方法采用同一方向排列的碳纖維織物,在常溫下用環(huán)氧樹脂膠粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面,利用其緊密粘著于混凝土結(jié)構(gòu)表面,使二者作為一個新的整體,共同受力,是一種非常簡單且優(yōu)良的加固補強方法,與傳統(tǒng)的粘鋼加固不同,碳纖維加固在不增加結(jié)構(gòu)物荷重的前提下達到高效加固的目的。

    2.2 碳纖維加固特性

    (1)強度高:碳纖維加固材料強度普遍較鋼材為高,一些特制強化碳纖維強度可達鋼材的數(shù)倍以上。

    (2)超強防水效果:用環(huán)氧樹脂膠點附于混凝土結(jié)構(gòu)表面,防水效果好,可抑制鋼筋腐蝕生銹。

    (3)重量輕:其比重比鋁厚還要輕,在不增加落重的情況下達到高強度的加固效果。

    (4)施工簡便:碳纖維重量輕,一般只需手工操作,不受施工空間的限制。施工進度快。不受形狀限制不論方形、矩形、六角形及各類不規(guī)則形,加固后均可保持物體原狀,不影響表面裝飾。

    2.3 碳纖維施工流程

    基底處理→膠粘劑的配置→涂底膠→用整平膠料找平→涂面膠→粘貼碳纖維布→碳纖維布表層涂面膠。

    2.3.1 基底處理

    (1)混凝土表面如出現(xiàn)剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予剔除,對于較大面積的劣質(zhì)層,在剔除后應(yīng)用C30以上級細石混凝土進行修復(fù)。對于水平面以下構(gòu)件應(yīng)帶水抽干后混凝土表面干燥的情況下方可進行施工。

    (2)用混凝土角磨機去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì),構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整。拐角處須將拐角磨圓。

    圖2 工作橋處理過程中

    圖3 工作橋梁體碳纖維補強

    (3)用吹風機將混凝土表面清理干凈并保持干燥。

    2.3.2 膠粘劑的配置

    (1)將碳纖維膠按配合比要求稱量準確,充分攪拌后即可使用。

    (2)配置膠料時應(yīng)注意以下事項:膠料每次配置量不宜太多,于1小時內(nèi)用完為宜。

    2.3.3 用整平材料找平

    混凝土表面凹陷部位應(yīng)用刮刀嵌刮補平材料修補填平,高度落差較大的部位應(yīng)用整平材料填補,盡量減少落差。

    2.3.4 粘貼碳纖維布

    (1)按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布。

    (2)將配置、攪拌好的粘貼膠料用滾筒刷均勻涂刷于所粘貼部位,在搭接、拐角部位適當多涂一些。

    (3)配合刮片等工具將碳纖維粘貼于需粘貼部位,用槽滾在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)滾壓,以去除氣泡,使碳纖維布充分浸潤膠料。

    (4)多層粘貼應(yīng)重復(fù)以上步驟。

    (5)在最外一層碳纖維布的外表面均勻涂刷一層粘貼膠料。

    3 碳纖維加固施工過程

    3.1 原材料檢驗

    表1 碳纖維布和配套A 級膠送檢數(shù)據(jù)

    由表1可知碳纖維布和配套A級膠符合設(shè)計與規(guī)范要求。

    3.2 現(xiàn)場施工控制措施

    (1)原材料經(jīng)過檢測合格后方可使用。

    (2)施工人員資格審查后方可上崗。

    (3)嚴格按監(jiān)理審批后的施工組織方案施工。

    (4)嚴格各工序執(zhí)行檢查驗收制度。

    (5)已澆混凝土面板終凝后即蓋上氈布進行灑水養(yǎng)護直到28天以上。

    4 碳纖維加固處理效果

    4.1 施工質(zhì)量檢測評價

    在施工過程中,與當前施工條件同樣的環(huán)境下取了一組粘貼鋼標準塊,采用經(jīng)檢定的粘結(jié)強度檢測儀進行室內(nèi)試驗,其正拉粘結(jié)強度值為3.1~3.6MPa,達到設(shè)計要求原構(gòu)件混凝土的抗拉強度標準值(2.01MPa)的1.5倍的要求,且破壞形式為內(nèi)聚破壞(為正常破壞形式),根據(jù)《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS146∶2003)評定為合格。

    4.2 運行實際效果

    工作橋工程竣工后,通過幾次啟閉機運行過程觀測,梁體碳纖維布與混凝土面粘結(jié)良好,無碳布撕裂、脫膠等異?,F(xiàn)象。

    圖4 竣工后工作橋全貌

    整個工作橋碳纖維加固工作施工過程很順利,只用了2周的時間,不但把按原拆除重建設(shè)計方案延誤的工期搶了回來還提前了2個月,為實現(xiàn)總工期目標作出了貢獻。

    原拆除重建設(shè)計方案需耗費透支約30萬元,采用碳纖維技術(shù)只用了15萬元,節(jié)約了近一半的投資。

    5 結(jié)語

    碳纖維加固工藝在此次清華水庫除險加固工程的成功運用,完成了質(zhì)量、進度、費用的三控制目標。是參建各方通力協(xié)作、積極思維、敢于從新、科學工作的成果,成功之處供水利同仁借鑒。

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