碳纤维布在岸堤水库放水洞加固中的应用

张 丽，李永辉，庞 晓

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276000）

碳纤维布加固技术多用于土木建筑、桥梁隧道、混凝土结构表面补强、结构加固。近些年在水利工程中也开始应用和推广，该技术大都应用于新建放水洞、电站输水洞洞壁内衬，起到洞壁加固、防冲耐磨作用。

1 工程概况

岸堤水库位于沂河一级支流东汶河上，坝址位于蒙阴县界牌镇圈里村西，东汶河与梓河的交汇处。岸堤水库放水洞施工内容包括：拆除改建输水洞进水渠护砌段和输水洞竖井、机房、引桥；更新进口检修闸门、启闭机及配电设备；洞身钢筋混凝土护砌采用碳纤维布进行加固。

放水洞洞身为钢筋混凝土衬砌，加固部分洞身长159 m，底坡1/200，截面形状为圆形，截面直径为3.4 m。放水洞修建于20 世纪60 年代，原洞身混凝土经过数10 年运行，原内壁喷射混凝土表面凸凹起伏，碳化严重、渗漏溶蚀和裂缝现象严重，增大了碳纤维布施工的难点，为此，必须采取措施解决现有问题，以确保碳纤维布粘贴得以顺利进行，并做好施工质量控制。

2 碳纤维布加固难点

1）施工工期短。根据工程的前期施工计划、工作量及各种条件因素，放水洞工程施工导流安排在2020 年1～5 月进行，受新冠疫情影响，在做好疫情防控前提下复工时间已到3 月份，工期紧，任务重，施工困难成为碳纤维布加固的一大难点。

2）碳纤维布施工环境差。放水洞原内壁的喷射混凝土表面凸凹起伏、碳化严重，不满足碳纤维布粘贴设计断面尺寸，且洞身狭长，人工打磨耗时耗力，打磨灰尘难以立刻排出，不符合环保要求。同时由于洞身渗漏溶蚀和裂缝现象严重，施工环境潮湿，在渗水圆环内碳纤维布粘贴时很难做到顺水流错缝搭接、完美契合。

3 碳纤维布加固施工

3.1 施工准备

1）材料进场检验。材料进场时需有产品合格证及检验报告，材料进场后需立即取样送检，检验合格方可投入使用。

本次碳纤维布产品型号为DZ 200Ⅰ型，经检验，碳纤维布抗拉强度、受拉弹性模量、伸长率、弯曲强度、层间剪切强度等均满足要求；碳纤维浸渍胶型号为RG-803， 纤维复合材与基材正拉黏结强度同样满足要求。

2）施工机具。砂轮机、吹风机、排风扇、40 MPa高压水枪、焊枪、称量器、滚筒、油刷、壁纸刀等。

3.2 施工工艺

施工流程：混凝土表面处理-涂刷底胶-铺贴碳纤维布-固化养护。

1）混凝土表面处理。经方案比选，首先尝试使用砂轮清除洞身混凝土表面碳化层，由于洞身混凝土碳化严重，效果甚微，经过研究讨论，提出使用高压水枪清刷洞身混凝土内壁，薄弱处使用砂轮机清理，最后采用吹风机以及双排风扇进行施工面干燥处理，个别部位采用烘干，最终效果良好。

对于高压水枪冲刷过的放水洞内壁，表面凹凸不平整，若此时粘贴碳纤维布将会造成碳纤维布沉陷、裂缝等不同程度破坏，影响施工质量。为了符合原混凝土结构强度，经论证得出方案：使用C40 水泥砂浆以及胶凝剂对内壁进行找平处理，最后通过回弹仪回弹检测，制作《回弹强度统计表》，强度符合要求。

2）涂刷底胶。混凝土表面打磨找平后使用吹风机及焊枪等烘干，保持环境干燥，然后按比例配置底层胶，并将其均匀涂抹于洞内混凝土表面，静置底胶的指触干燥时间约3～12 h，为保证粘贴质量，底层胶配置时需少量多次，放置时间久的底层胶不可使用，待胶固化后方可进行下一步施工，个别部位使用环氧树脂砂浆找平。

3）铺贴碳纤维布。碳纤维布粘贴纤维受力方向沿洞身环形布置，按设计要求裁剪碳纤维布，碳纤维布宽度采用1 000 mm，搭接长度不小于100 mm，顺水流方向错缝搭接，配置浸渍胶用油刷均匀涂抹于碳纤维布表面，然后使用滚筒反复碾压碳纤维布表面以去除气泡，使碳纤维布与混凝土表面完全贴合。若碳纤维布表面出现褶皱、扭曲等不贴合现象，则需返工重做，做好质量控制。

4）固化养护。施工完成后24 h 内防止雨淋或受潮，并注意保护，防止硬物碰伤施工表面。平均气温为20～25 ℃时，固化时间不得小于3 d；平均气温为10 ℃时，固化时间不得少于7 d，本次碳纤维布粘贴完成后固化养护时间为4 d。

5）施工质量检测。施工完毕后，使用手压和锤击碳纤维片材表面的方法进行检查，检测碳纤维布与混凝土之间是否存在空鼓情况，如发现空鼓，则说明碳纤维布与混凝土没有完全贴合，没有达到共同受力的目的。若空鼓直径小于10 mm，使用针管注胶的方法进行修补；若空鼓直径大于30 mm，则需将碳纤维布拆除，返工重做。经检测，碳纤维布粘贴总有效粘结面积不小于95%，每平方米的空鼓数量不超过10 个，满足要求。根据《碳纤维布加固修补结构施工及验收规范》，对于粘贴面积大于1 000 m2工程，为检验其加固效果应与甲方协商进行荷载试验，在多方研讨下，认为需要进行耐磨抗冲刷试验。

试验选取两个检测段作为对照，渗漏圆环处及非渗漏圆环处各1 m×1 m 面积大小，每个检测段各选定3 个检测点，使用40 MPa 高压水枪模拟非常规来水情况持续冲刷，冲刷完毕后检测碳纤维布外观质量条件，制作《碳纤维布粘贴质量检测表》。经检测，两个检测段碳纤维布粘贴尺寸、方向及粘贴位置等均符合设计要求，检测段内有效粘接面积均大于95%，无空鼓现象发生，碳纤维布粘贴牢固，没有脱落、翘曲现象。

4 施工质量控制与安全措施

1）施工温度及湿度要符合设计要求，不在阴雨天施工，温度过低底胶不易固化，湿度太大，碳纤维布浸渍胶与混凝土表面难以胶化。

2）混凝土表面要打磨找平，混凝土表面凸起部分要磨平，转角粘贴处打磨成圆弧状，凹陷部位要使用水泥砂浆填补修复平整，使之满足碳纤维布粘贴断面尺寸要求。

3）底层胶及浸渍胶涂抹量均不小于碳纤维布布面面积大小。

4）施工人员进场前应进行质量安全交底。施工时应穿工作服，佩戴口罩和手套，施工现场严禁吸烟；由于洞身狭长，洞内需保持良好的照明、通风条件；按照安全技术要求正确搭设施工脚手架；裁剪及使用碳纤维布时要远离电源，碳纤维布配套用胶要远离火源，避免阳光直接照射。

5 结 语

碳纤维布加固技术利用碳纤维材料良好的抗拉强度，用于结构构件抗拉、抗剪和抗震加固。在本次岸堤水库放水洞洞身内壁加固中，根据《回弹强度统计表》以及《碳纤维布粘贴质量检测表》等数据分析，粘贴碳纤维布后，达到了增强洞身混凝土承载能力及强度的目的，因此此次碳纤维布技术在岸堤水库放水洞洞身内壁加固中得到了良好的应用，并为以后同类工程施工提供了宝贵的经验。