摘要：文章以實(shí)際工程為例，對河閘檢修門吊牛腿存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了采用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固的加固方案，對碳纖維復(fù)合材料加固的優(yōu)勢進(jìn)行了分析，并對加固施工材料的選擇以及加固施工技術(shù)進(jìn)行探討，對起吊牛腿進(jìn)行加固后取得了良好的加固效果，值得類似工程借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：起吊牛腿加固；碳纖維加固；牛腿裂縫；河閘栓修門；加固方案 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TV698 文章編號：1009-2374（2017）08-0181-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.088

1 工程概況

雙臺子河閘位于盤錦市雙臺子區(qū)東郊，是遼河下游的樞紐建筑物，它建在感潮河段的末端，閘址距河口57.3km，位于遼河盤錦城市防洪段，是遼河下游防洪體系的一個(gè)重要組成部分。雙臺子河閘樞紐建筑物主要包括：深孔閘、淺孔閘、提水泵站、船閘、左右岸連接段及下游導(dǎo)流堤、過水斜堤和小柳河防汛交通橋等。

雙臺子河閘工程等別為Ⅰ等，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇；深孔閘、淺孔閘、左右岸連接段等主要建筑物為1級，過水斜堤、下游防護(hù)堤、導(dǎo)流堤等次要建筑物為3級，臨時(shí)建筑物為4級建筑物。河閘檢修門經(jīng)過多年的使用出現(xiàn)了剝落、破損、裂縫、露筋等情況，雖然多次使用水泥砂漿法進(jìn)行了修補(bǔ)和加固，但是依然有不良情況出現(xiàn)，綜合分析后設(shè)計(jì)采用碳纖維復(fù)合材料對牛腿進(jìn)行加固處理。

2 碳纖維復(fù)合材料加固特點(diǎn)

在對河閘檢修門起吊牛腿進(jìn)行加固時(shí)，傳統(tǒng)的加固方法是使用混凝土加鋼筋法或粘鋼法進(jìn)行加固，這方法不僅施工比較復(fù)雜，而且自重大，施工周期長。而碳纖維復(fù)合材料加固技術(shù)是在建筑結(jié)構(gòu)表面使用樹脂類材料粘貼碳纖維，繼而形成復(fù)合材料體CFRP，使碳纖維材料結(jié)構(gòu)可以和構(gòu)件協(xié)同工作。進(jìn)而達(dá)到加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件改善材料受力性能的目的。在使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固時(shí)，首先對在混凝土剝蝕面、裂縫處以及施工假縫表面進(jìn)行開槽，然后使用聚合物水泥砂漿進(jìn)行回填，最后使用碳纖維復(fù)合材料在表面進(jìn)行粘貼。使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固主要有下述四個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）具有良好的耐候性。由于碳纖維復(fù)合材料是選用環(huán)氧樹脂粘貼在混凝土表面的，因此具有較好的防水性能、防碳化性能和防風(fēng)沙性能；（2）具有較高的強(qiáng)度。碳纖維復(fù)合加固材料的強(qiáng)度非常高，一般來說其強(qiáng)度可以達(dá)到同截面鋼材的8～10倍，可以有效保證加固效果；（3）自重較輕。碳纖維復(fù)合材料的重量非常輕，在使用碳纖維材料對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，幾乎不會影響結(jié)構(gòu)自重；（4）適用性廣。在使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固時(shí)，受形狀的限制比較小，不管是是長方形、正方形還是多邊形結(jié)構(gòu)都可以使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固。并且對建筑進(jìn)行加固后，可以保持建筑結(jié)構(gòu)原狀，不會對結(jié)構(gòu)表面裝飾造成影響。

3 牛腿加固方案

本工程河閘檢修門起吊牛腿同時(shí)具有抗彎作用和抗剪作用。設(shè)計(jì)抗彎承載力大小為42.8kN·m，抗剪能力為43.7kN。本工程牛腿結(jié)構(gòu)的破壞類型主要為受拉筋不足和剪切破壞兩種類型。結(jié)合本工程的具體情況，設(shè)計(jì)采用碳纖維復(fù)合材料對所有的牛腿進(jìn)行加固。采用縱向和橫向粘貼碳纖維布結(jié)合的方法來提升牛腿的抗彎性和抗剪性。為了提高牛腿的抗拉性，設(shè)計(jì)使用300g/m2的碳纖維布在牛腿頂部沿軸向粘貼一層。為了使牛腿的抗剪性能得以提升，設(shè)計(jì)使用300g/m2碳纖維沿垂直牛腿軸向進(jìn)行全封閉粘貼。加固方案圖如圖1所示：

4 碳纖維加固材料性能指標(biāo)

本次在進(jìn)行河閘檢修門起吊牛腿進(jìn)行加固時(shí)，使用到的材料主要包括聚合物水泥砂漿和碳纖維。具體指標(biāo)如下：

第一，碳纖維的性能指標(biāo)如表1所示。為了達(dá)到混凝土補(bǔ)強(qiáng)要求，選擇的粘貼劑要具有較強(qiáng)的滲透力，同時(shí)要對碳纖維復(fù)合材料有較強(qiáng)的浸漬力。為了達(dá)到這一要求，本工程設(shè)計(jì)選用專用的環(huán)氧樹脂膠漿進(jìn)行碳纖維布的粘貼施工。

第二，聚合物砂漿主要用于填補(bǔ)裂縫槽，該材料是將聚合物乳膠加入到水泥砂漿中改性后制成的一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料。相較于普通的水泥砂漿材料，聚合物砂漿具有較高的抗拉伸率和抗拉強(qiáng)度，彈性模量低，可以和老混凝土更好地粘結(jié)到一起。使用聚合物砂漿對裂縫槽進(jìn)行填補(bǔ)可以承受環(huán)境的變化，并且能夠抵御較強(qiáng)的振動，可以用于修補(bǔ)惡劣環(huán)境下的水工混凝土結(jié)構(gòu)。其性能指標(biāo)如表2所示：

5 起吊牛腿加固施工技術(shù)

5.1 清理牛腿表面

使用磨光機(jī)將牛腿表面的浮漿、污物、劣化混凝土清理干凈，并將混凝土結(jié)構(gòu)層露出，然后將所有牛腿的棱角全部磨成圓角，圓角的半徑要保持在20mm以上。對于之前使用普通水泥砂漿修補(bǔ)過后又出現(xiàn)問題的部位，要先將其鑿除，然后使用環(huán)氧樹脂膩?zhàn)舆M(jìn)行填充，并磨平。

5.2 處理牛腿裂縫

在對牛腿裂縫進(jìn)行處理時(shí)，根據(jù)不同的裂縫深度分別采用下述兩種方法進(jìn)行處理：

第一，在對深層裂縫進(jìn)行處理時(shí)。先進(jìn)行鉆孔，然后使用聚合物砂井灌入，具體的施工流程如下：（1）對裂縫進(jìn)行封閉，考慮封閉材料需要的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，確保開始注漿時(shí)封閉材料的強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了規(guī)定要求；（2）鉆孔施工。在裂縫兩側(cè)5cm左右的位置以45°的斜角垂直于裂縫方向進(jìn)行鉆孔，要求鉆孔從裂縫處穿過，孔徑控制在1.5cm，每一條裂縫鉆兩個(gè)孔；（3）注漿。從處于低位置的孔進(jìn)行注漿，在注漿的過程中要逐步進(jìn)行加壓，當(dāng)壓力達(dá)到一定值后持壓2～3min，直至有漿液從另外的一個(gè)孔中流出后停止注漿；（4）二次注漿。為了確保漿液將裂縫填滿，在首次注漿10min以后立即實(shí)施二次注漿。

第二，在對表層裂縫進(jìn)行處理時(shí)，先在裂縫處鑿出V字形槽，槽寬保持在1～3cm，然后對基面進(jìn)行清理，使用聚合物砂漿對裂縫槽進(jìn)行填補(bǔ)。

5.3 刷涂底層樹脂

在刷涂底層樹脂之前，先利用吸塵器或毛刷清理干凈混凝土結(jié)構(gòu)表面，本工程所處環(huán)境較為開闊，因此使用壓縮空氣對牛腿表面進(jìn)行吹掃。清理干凈后，涂抹底層樹脂。一共涂刷三次，每次涂刷均在第一次初干后進(jìn)行第二次的涂刷。

5.4 對貼合面進(jìn)行整平

使用樹脂膩?zhàn)訉⒉黄秸幕炷帘砻婀纹?，將所有的不平整處和縫隙處填平。使用砂輪將表面打磨平整，保證表面的平滑。

5.5 碳纖維布粘貼

在牛腿上粘貼碳纖維布時(shí)，要先進(jìn)行垂直于軸向的碳纖維布進(jìn)行粘貼，然后再進(jìn)行頂部和軸向平行的碳纖維布的粘貼。具體的施工流程如下：（1）首先在牛腿表面滾涂JH型碳膠；（2）在牛腿的四周粘貼碳纖維布，并用手進(jìn)行輕壓，然后利用橡皮滾筒順著限位的方向進(jìn)行滾壓，將氣泡擠壓出來，使粘碳膠漿碳纖維布浸透；（3）然后再使用相同的方法進(jìn)行頂層碳纖維布的粘貼；（4）最后再次使用JH型粘碳膠在表面涂刷一層，并進(jìn)行多次滾壓后使其可以完全滲入到碳纖維

布中。

6 施工注意事項(xiàng)

（1）在進(jìn)行碳纖維布的粘貼施工時(shí)，要先將纖維絲中的空氣清除干凈，保證碳纖維表面的平整性，當(dāng)有空鼓的情況出現(xiàn)時(shí)，使用針管注漿法將空鼓填實(shí)，如果產(chǎn)生空鼓的面積超過100cm2時(shí)，需要重新進(jìn)行粘貼；（2）碳纖維布在進(jìn)行粘貼時(shí)，需要合理的選擇碳纖維方向，不允許粘貼方向出現(xiàn)錯誤；（3）由于碳纖維布具有導(dǎo)電性，因此在進(jìn)行施工時(shí)要將保護(hù)措施做好；（4）粘碳膠一般會在30～60min內(nèi)固化，如果在高溫環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)時(shí)，粘碳膠的固化速度會更快，為了保證粘結(jié)效果，要求粘結(jié)工作需要在粘碳膠固化之前完成；（5）后續(xù)施工過程中不允許對已經(jīng)完成的碳纖維造成破壞，允許靠近碳纖維進(jìn)行烘烤和焊接施工。

7 結(jié)語

綜上所述，本河閘檢修門吊牛腿通過使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固顯著提升了牛腿的抗彎性和抗剪性，牛腿經(jīng)過加固后抗彎承載力和抗剪承載力分別提升了21%和22%，延長了工程的使用年限，值得大力推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸洲導(dǎo)，謝莉萍，洪濤.碳纖維加固低配箍混凝土

梁板柱節(jié)點(diǎn)的抗震試驗(yàn)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)

版），2003，（3）.

[2] 陸洲導(dǎo)，宋彥濤，王李果.碳纖維加固混凝土框架節(jié)

點(diǎn)的抗震試驗(yàn)研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2004，（5）.

[3] 張世賢.工程搶修中采用碳纖維加固的應(yīng)用研究[D].

西南交通大學(xué)，2006.

[4] 馮家團(tuán).新疆哈巴河縣別斯也爾水閘除險(xiǎn)加固工程施

工組織設(shè)計(jì)探討[J].中國水運(yùn)（下半月），2017，

（1）.

[5] 楊鑫，陶曉東，宋廣娟.新江海河閘改建工程設(shè)計(jì)的

幾點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新及效益分析[J].江蘇水利，2008，（4）.

[6] 張軍偉，高丹盈，朱海堂.鋼筋鋼纖維混凝土牛腿

抗裂性能有限元分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），

2009，（4）.

作者簡介：王太友（1971-），男，吉林九臺人，中國水利水電第六工程局有限公司高級工程師，研究方向：水利水電施工與管理。

（責(zé)任編輯：小 燕）