景建軍

【摘要】 碳纖維布在混凝土加固修復(fù)工程中應(yīng)用廣泛，本文介紹了在運營公路隧道使用碳纖維布技術(shù)加固隧道裂縫的原理、碳纖維布的性能，總結(jié)了碳纖維布加固隧道裂縫的施工工藝和要點，可為類似工程提供經(jīng)驗參考。

【關(guān)鍵詞】 公路運營隧道 碳纖維布 加固技術(shù)

1.引言

隨著城市交通的發(fā)展，既有市政公路隧道日漸成為城市交通的瓶頸，急需進(jìn)行拓寬改造。為不中斷城市交通，只能封閉半幅隧道施工，另外半幅隧道保持雙向通行。在封閉的半幅隧道開挖爆破過程中，會加劇通行半幅隧道的病害，如裂縫發(fā)展加快，拱頂?shù)魤K等現(xiàn)象，產(chǎn)生安全隱患，需要對運營的半幅隧道裂縫進(jìn)行加固。碳纖維布加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫具有施工簡便，施工不受空間限制等有利因素，確定使用碳纖維布技術(shù)修復(fù)加固該運營隧道。

2.加固原理

碳纖維材料是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它補(bǔ)強(qiáng)加固原理是采用層壓方式，將浸透了樹脂粘膠的碳纖維布貼合到鋼筋混凝土表面，通過樹脂膠結(jié)材料的粘合使其與混凝土結(jié)合成為一體，提高隧道二襯混凝土的力學(xué)性能和延性，延緩爆破沖擊波，有效控制混凝土裂縫延伸。碳纖維布配套樹脂包括底層樹脂，找平樹脂及粘結(jié)樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維布的粘結(jié)質(zhì)量，后者的作用是使碳纖維布與混凝土形成一個復(fù)合型的整體，共同受力。

碳纖維布加固施工技術(shù)有以下優(yōu)點：具有高強(qiáng)特點，可提高隧道二襯混凝土的承載力；能有效封閉混凝土表面的裂縫，提高混凝土的整體剛度，改善其受力性能；施工時通過樹脂粘結(jié)，不損傷原有隧道二襯混凝土結(jié)構(gòu)；施工成本低；施工便利迅速，時效性好；施工空間不受限制；補(bǔ)強(qiáng)物形狀不受限制，具有隨型性特點；不增加恒載和結(jié)構(gòu)物斷面尺寸，不減小隧道凈空；補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量易檢測；抗酸、堿、腐蝕及不滲透。

3.碳纖維布加固施工工藝

3.1施工準(zhǔn)備

⑴施工方案準(zhǔn)備：勘查施工現(xiàn)場，編制碳纖維加固施工方案，制定施工計劃。施工前應(yīng)對隧道進(jìn)行全面檢查，對隧道二襯混凝土表面的裂縫狀況、基底樹脂的涂敷、碳纖維布的粘貼、養(yǎng)護(hù)、表面處理措施進(jìn)行充分的設(shè)計。

⑵施工材料準(zhǔn)備：碳纖維布須平整無褶皺彎曲，紋理清晰，符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)場的碳纖維布必須附帶產(chǎn)品出廠檢驗報告，材料進(jìn)場后應(yīng)抽樣送檢，檢驗合格后方可投入使用。粘結(jié)樹脂要根據(jù)界面膠、整平膠和粘結(jié)膠的不同作用，選擇不同粘稠度、粘結(jié)強(qiáng)度的樹脂。

⑶施工工具準(zhǔn)備：制作移動式作業(yè)臺車，臺車須與隧道凈空相適應(yīng)；砂輪機(jī)、攪拌器、稱量器、刮刀、滾筒和油刷。

⑷施工環(huán)境準(zhǔn)備：加強(qiáng)隧道照明設(shè)施，協(xié)調(diào)交通主管部門，做好交通封閉、交通繞行等管制措施。根據(jù)交警審批的封閉區(qū)域及交通疏導(dǎo)路線，提前設(shè)置交通警示標(biāo)志，提醒車輛繞行。封閉時刻安排交通協(xié)管人員同時在進(jìn)出路口設(shè)置封閉限行標(biāo)志。夜間施工時做好交通巡視工作，防止個別車輛闖入施工區(qū)域，影響施工安全。

⑸滲水裂縫處理：沿施工縫將襯砌鑿開6×6×10cm溝槽，埋設(shè)?50mm透水軟管至邊墻墻角排水溝，溝槽采用抗?jié)B強(qiáng)度較高的砂漿回填密實，與原來襯砌面相平。

3.2混凝土裂縫表面處理

隧道二襯混凝土面的打磨與找平，是一道關(guān)鍵工序，表面污物、浮漿去除不干凈或不平整、或有錯臺，將嚴(yán)重影響碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，直接影響施工質(zhì)量和加固效果。用手提砂輪機(jī)將準(zhǔn)備貼纖維布的混凝土表面層清理，除去表面疏松層及雜質(zhì)，并打磨至露出粗骨料界面為止。打磨完成后用高壓氣槍將粉塵及松動物質(zhì)清除，并確保其表面充分干燥，平整無灰塵。

3.3修復(fù)和整平貼合面

貼纖維布范圍內(nèi)的裂縫，根據(jù)裂縫寬度進(jìn)行裂縫封閉或灌膠處理，然后用無水酒精沖洗混凝土表面，除去表面粉塵。面層上有剝落、孔隙、蜂窩或模板高差的部位，需先清理并磨平，再用找平樹脂進(jìn)行修復(fù)，以消除表面不平整處，待找平表面干燥時再細(xì)部打磨。鋼筋露出部位需做防銹處理。若補(bǔ)強(qiáng)施工范圍內(nèi)存在銳利棱角，須將其磨成圓弧角，以免造成應(yīng)力集中而降低補(bǔ)強(qiáng)效果。

3.4涂刷底膠

底膠有主劑（環(huán)氧樹脂、稀釋劑）和固化劑（改型鋁粉、固化促進(jìn)劑）兩種成分組成，用低速攪拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。在清理后的隧道二襯混凝土表面涂刷基底樹脂，加強(qiáng)碳纖維布與二襯混凝土表面的粘結(jié)力。在有效操作時間內(nèi)，用滾動性毛刷將底層樹脂均勻涂在粘貼面上，使每一部位均涂有底膠，底膠厚度不應(yīng)大于2mm。施工時保持環(huán)境干燥，濕氣太大將導(dǎo)致樹脂與水氣產(chǎn)生作用而干擾膠化過程。底層樹脂有效操作時間與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越高可操作時間越短，常溫時，控制操作時間在40min內(nèi)。

3.5粘貼碳纖維布

粘貼碳纖維布的施工要點：

⑴裁剪碳纖維布：將碳纖維布按設(shè)計尺寸預(yù)先裁好，纖維布在縱向搭接時，搭接長度須在15cm以上。切口要求整齊，切口與碳纖維布的橫向編織絲重合時，應(yīng)該將切口適當(dāng)平移。

⑵配制樹脂：專人按比例配制浸漬樹脂，每次配制的量應(yīng)以在可用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)。其有效操作時間與環(huán)境溫度有關(guān)，常溫時約60min。

⑶涂刷第一層浸漬樹脂：在確認(rèn)施工環(huán)境干燥、底膠干燥的情況下，用滾筒毛刷將樹脂涂布在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)，用橡膠刮板均勻抹平。樹脂用量要適當(dāng)，避免樹脂過量而導(dǎo)致碳纖維布滑移或扭曲，抑或樹脂少導(dǎo)致浸漬不足。

⑷粘貼碳纖維布：將預(yù)先剪好的碳纖維布鋪到涂有樹脂的混凝土面上，一邊鋪一邊用刮刀沿纖維方向用力刮平，以去除氣泡，貼平貼片。在整段碳纖維布完全貼合到混凝土表面后，再用脫泡滾筒反復(fù)碾壓，使粘貼膠充分滲入碳纖維布中，同時消除纖維布與貼合面之間的氣泡。施工中不要使纖維布出現(xiàn)扭曲、起皺或毛刺。若貼合的碳纖維布表面呈現(xiàn)明顯的扭曲、起皺或隆起，須將該纖維布揭起重鋪。

⑸涂刷第二層浸漬樹脂：碳纖維布浸透刮平后，再涂一層浸漬樹脂，用橡膠刮板、脫泡滾筒重復(fù)以上操作，務(wù)必使碳纖維布浸漬完全。涂刷時不能損傷碳纖維布。

⑹多層碳纖維布粘貼時，重復(fù)上述步驟，間隔時間應(yīng)不小于12h。

3.6養(yǎng)護(hù)與表面處理

在最后一層碳纖維表面均勻涂抹粘貼膠，覆蓋塑料薄膜；養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度來定，常溫時養(yǎng)護(hù)3d，溫度低時，可適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。為保護(hù)碳纖維布，去除塑料薄膜后，在碳纖維布表面噴一層基底樹脂。

3.7檢查驗收

表1 碳纖維布質(zhì)量檢查驗收表

序號 檢查項目 規(guī)定值或允許偏差 檢測方法

1 外觀平整度 不能有間隙、缺膠區(qū)，無皺紋 目視檢測

2 密實度 碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)面不能有空洞，空隙率小于5% 金屬錘測試

3 尺寸數(shù)量 碳纖維布材料的粘貼尺寸、數(shù)量不小于設(shè)計要求 尺量

4 粘結(jié)強(qiáng)度 拉拔結(jié)果破壞面必須為混凝土破壞或拉拔強(qiáng)度大于2.5MPa 現(xiàn)場拉拔試驗

4.工程應(yīng)用實例

4.1工程概況

××市既有××隧道位于該市二環(huán)路東北段，為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，隧道建成于1995年，為分離式隧道，雙向4車道，長576米。隧道位于該市道路路網(wǎng)的核心位置，是重要的交通干道之一，目前該隧道為雙向4車道，與全線8車道無法匹配，需要將隧道拓寬改造為雙向8車道。

該隧道共分兩個階段施工，一階段施工隧道右洞，施工期間隧道左洞保持雙向通行。在隧道前幾次右洞的爆破作業(yè)時，監(jiān)控量測單位在對隧道通行洞（左洞）檢查中，發(fā)現(xiàn)隧道原有襯砌病害較嚴(yán)重地段，會出現(xiàn)1-2cm的小石子掉落，存在較大的安全隱患，需要對運營的半幅隧道裂縫進(jìn)行加固，延緩爆破沖擊波的動能，提高混凝土的整體性，保證通行安全。

4.2碳纖維布加固處理方案

由于考慮白天不能中斷交通，施工時間短，空間有限，對隧道二襯裂縫采用碳纖維布粘貼加固。隧道加固利用夜間交通流量相對較小的11點至次日凌晨5：30時間段進(jìn)行作業(yè)。

4.3加固施工

在前期充分調(diào)查的基礎(chǔ)上確定加固部位，做好各項準(zhǔn)備工作，按照施工工藝流程精心組織施工，為確保施工質(zhì)量，每次施工結(jié)束前對粘貼部位進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重空鼓現(xiàn)象，進(jìn)行重新粘貼。

4.4加固效果

項目于2014年3月25日開始對左洞（通行洞）裂縫加固，9月20日隧道右洞（封閉拓寬施工洞）貫通。在左洞開挖爆破過程中，右洞隧道裂縫未發(fā)展延伸，拱頂邊墻未出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，保證了行車安全。

圖1 隧道裂縫加固后效果

5.結(jié)束語

總體而言，碳纖維布加固隧道裂縫施工工藝簡單，但要充分注意施工的各個環(huán)節(jié)，保證加固質(zhì)量。碳纖維布加固處理方法施工速度快，周期短，優(yōu)越性明顯，在土木工程加固補(bǔ)強(qiáng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)，趙彤 謝劍 天津大學(xué)出版社

[2]碳纖維片加固混凝土技術(shù)規(guī)程， CECS146：2003