張建華 周 波 楊立濤

(襄陽市三道河水電工程管理局， 湖北 襄陽 441500)

碳纖維布在三道河水庫低輸水隧洞加固工程中的應(yīng)用

張建華 周 波 楊立濤

(襄陽市三道河水電工程管理局， 湖北 襄陽 441500)

碳纖維布加固技術(shù)是利用高性能黏結(jié)劑將碳纖維粘貼在結(jié)構(gòu)件表面，通過共同作用，大幅度提高結(jié)構(gòu)件承載力和耐久性，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。該材料應(yīng)用在三道河水庫輸水隧洞加固工程中，施工簡(jiǎn)便，性能可靠，縮短了工期，降低了施工成本，達(dá)到了防漏和補(bǔ)強(qiáng)加固效果。

隧洞； 碳纖維布； 應(yīng)用

1 工程概況

三道河水庫位于湖北省南漳縣蠻河上游，由主壩、副壩(1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào))、溢洪道、灌溉高輸水隧洞及低輸水隧洞、4座水電站等組成，是一座以灌溉、防洪為主，兼顧供水發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫。工程于1958年興建，1966年基本建成并發(fā)揮效益。

低輸水隧洞位于3號(hào)副壩壩下，長250m，進(jìn)口底部高程112.70m，出口底部高程111.08m，縱坡1/280。洞身為0.40m厚、直徑1.60m半圓形和1.60m×0.90m矩形城門洞形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。1977年，為提高水資源利用率，在低輸水隧洞出口修建電站，隧洞內(nèi)襯直徑1m、厚度10mm引水鋼管，鋼襯和隧洞之間用塊石混凝土填充。低輸水隧洞承擔(dān)著南漳縣城區(qū)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水及幾個(gè)大型廠礦工業(yè)用水的供水任務(wù)。

2 隧洞滲漏成因分析

2011年10月28日，水庫管理人員在例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)低輸水隧洞出口處存在滲漏現(xiàn)象，滲漏量為25～30L/s。

經(jīng)對(duì)該隧洞歷史資料考證、分析，隧洞內(nèi)襯鋼管滲漏，主要是受建設(shè)時(shí)施工工藝、條件和環(huán)境限制，隧洞與內(nèi)襯鋼管間塊石混凝土填充不密實(shí)、焊接質(zhì)量不高，且在水侵蝕下，缺陷及薄弱部位銹蝕洞穿，形成滲漏通道所致。

3 隧洞補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)

3.1 方案一：拆除重建方案

拆除重建內(nèi)襯壓力鋼管，直徑為1.20m、壁厚為10mm，內(nèi)襯鋼管與隧洞間回填灌漿(見圖1)。

圖1 灌漿管路布置示意圖

3.2 方案二：補(bǔ)強(qiáng)加固方案

鋼管漏水部位封堵，全斷面粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固，內(nèi)襯鋼管與隧洞間回填灌漿(見圖2)。

圖2 壓力鋼管與脫空區(qū)域及裂縫示意圖

3.3 方案比較

根據(jù)工程特點(diǎn)及實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)三道河水庫低輸水隧洞加固項(xiàng)目設(shè)計(jì)審查會(huì)審查，同意采用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固方案(見表1)。

表1 工程加固方案比較

4 碳纖維布材料性能及施工程序

4.1 碳纖維布材料性能

碳纖維布是一種含碳量高于90%的無機(jī)高分子單向碳纖維加固產(chǎn)品，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，兼具碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，具有重量輕、強(qiáng)度大、模量高、密度低等特點(diǎn)。材料與浸漬膠配套使用可提高結(jié)構(gòu)件承載力和耐久性，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及增強(qiáng)受力性能的目的。該材料基本不增加構(gòu)件自重及截面尺寸，施工便捷，無需大型機(jī)械與固定設(shè)施，工效高，不生銹，具有抗酸堿腐蝕和高耐久性，特別適合腐蝕環(huán)境中扭曲面、節(jié)點(diǎn)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固(見表2、表3)。

表2 碳纖維布主要物理性能

續(xù)表

注 試驗(yàn)用混凝土強(qiáng)度為： C40；拉伸速度： 2mm/min；理論厚度： 0.111mm。

表3 WSX碳纖維黏接材料主要物理性能

4.2 碳纖維布施工程序

基本步驟：施工導(dǎo)流→施工準(zhǔn)備→標(biāo)記滲漏點(diǎn)→內(nèi)壁除銹→修補(bǔ)找平→回填灌漿→粘貼碳纖維布→檢查養(yǎng)護(hù)→表面防護(hù)→洞外恢復(fù)。

5施工工藝要點(diǎn)及質(zhì)量控制

5.1 施工導(dǎo)流

采用圓形鋼板夾環(huán)形堵水氣囊，中間焊接導(dǎo)流管，平整管道內(nèi)壁，堵水氣囊置于進(jìn)水口處充氣，阻塞水流。上游閘后滲漏水由導(dǎo)流管、排水管排至隧洞外，建造干燥施工環(huán)境。如圖3所示。

圖3 施工導(dǎo)流

5.2質(zhì)量控制

?檢查施工機(jī)具、黏結(jié)劑、碳纖維布配備情況，詳細(xì)標(biāo)記加固部位；?清除管壁銹蝕層，露出新鮮層，壓縮空氣吹凈表面，酒精擦拭、碘鎢燈加溫保持干燥，修補(bǔ)膠封堵滲漏點(diǎn)，表面修復(fù)平整；?灌漿壓力0.20MPa，水泥漿密度1.50g/cm3，對(duì)脫空區(qū)域回填灌漿，灌漿孔拆除補(bǔ)強(qiáng)；?將A、B 兩組WSX黏接料按重量比 4∶1比例配制基底膠，攪拌均勻，涂刷均勻，不平部位反復(fù)涂刷，厚度不超過1mm；?將 A、B兩組WSX黏接料分別攪拌均勻，按重量比 4∶1比例倒入容器攪拌。電動(dòng)攪拌時(shí)間一般不少于 5min，一次調(diào)膠一般以 6～10kg 為宜。均勻涂刷于修復(fù)面，將碳纖維布用手輕壓貼于管壁，沿隧洞環(huán)向粘貼，縱向搭接100mm，上游環(huán)箍邊緣粘在下游環(huán)箍邊緣上，搭接長度50mm。纖維方向搭接長度不小于10mm，各層搭接位置相互錯(cuò)開。專用滾筒或刮刀沿纖維方向反復(fù)滾壓，擠除氣泡，使浸漬膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼時(shí)重復(fù)上述步驟，待纖維布表面干燥時(shí)即進(jìn)行下一層粘貼，最后一層碳纖維布表面涂刷一層浸漬膠。

5.3 養(yǎng)護(hù)、質(zhì)量檢查

碘鎢燈加溫養(yǎng)護(hù)固化后，檢查粘貼質(zhì)量，小錘輕輕敲擊碳纖維布表面，以回聲判斷粘結(jié)效果。如出現(xiàn)空鼓等不密實(shí)現(xiàn)象，應(yīng)采取措施進(jìn)行修復(fù)：當(dāng)單個(gè)空鼓面積小于1000mm2時(shí)，用注射器注膠修復(fù)；當(dāng)單個(gè)空鼓面積大于1000mm2時(shí)，沿空鼓邊沿，將空鼓部分碳纖維布割除，以每邊向外緣擴(kuò)展100mm大小的碳纖維材料補(bǔ)貼在原處。

5.4 表面防護(hù)

表面采用107膠水摻入高標(biāo)號(hào)水泥涂刮2遍。

6 施工注意事項(xiàng)

若環(huán)境溫度小于5℃，采取加溫、保溫措施，方可施工；工業(yè)酒精、結(jié)構(gòu)膠應(yīng)密閉儲(chǔ)存，遠(yuǎn)離火源，工作場(chǎng)地嚴(yán)禁煙火；碳纖維布為導(dǎo)電材料，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電器設(shè)備及電源；WSX浸漬膠要涂刷厚些，專用滾筒或刮刀碾壓時(shí)要始終保持一個(gè)方向，使黏結(jié)料充分滲透碳纖維；配置及使用黏結(jié)劑必須通風(fēng)良好，做好防護(hù)；碳纖維布粘貼后，嚴(yán)禁進(jìn)行敲擊、焊接、開孔等；施工中做好隧洞內(nèi)通風(fēng)、照明及防毒面具的佩戴等防護(hù)工作。

圖4 三道河水庫低輸水隧洞加固效果

7 結(jié) 語

碳纖維布在三道河水庫低輸水隧洞補(bǔ)強(qiáng)加固工程中的應(yīng)用表明：碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)，襯管受力性能得到增強(qiáng)；施工便捷，工期短；節(jié)省工程投資。工程完工后運(yùn)行4年來，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，值得借鑒與推廣。

[1] 李濤，陳來發(fā)，上官江，等.碳纖維布在青山水庫引水隧洞加固中的應(yīng)用[J].人民長江,2011(12).

[2] 秦慶紅.青崗峽水電站引水鋼管回填補(bǔ)強(qiáng)施工[J].東北水利水電,2007(10).

[3] 李彥軍，劉志奇.碳纖維布加固技術(shù)在水工隧洞中的應(yīng)用[J].人民黃河,2007(4).

[4] 魏曉斌，雷艷，霍國良，等.水電站壓力鋼管碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固試驗(yàn)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào),2010(6).

[5] 何芳芳，周安，陳凱，等.圓形鋼質(zhì)壓力管道碳纖維布加固研究[J].工程與建設(shè),2013(3).

Application of CFRP in Sandaohe Reservoir low water conveyance tunnel reinforcement project

ZHANG Jianhua, ZHOU Bo,YANG Litao

(XiangyangSandaoheHydropowerEngineeringManagementBureau,Xiangyang441500,China)

CFRP reinforcement technology can greatly improve structure bearing capacity and durability through mutual effect refers, which is utilized high-performance adhesives for attaching carbon fiber on the surface of structures. Thereby reaching the purposes of reinforcing and strengthening structures, and improving mechanical properties. The material is applied in Sandaohe Reservoir low water conveyance tunnel reinforcement project. It is characterized by simple construction, reliable performance and construction duration reduction. Leakage prevention and reinforcement effects are reached.

tunnel; CFRP; application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.03.002

TV672+.2

B

1005-4774(2017)03- 0003- 04