周凱華，張 欣

(1.江西遂盛建設有限責任公司，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)，原設計方案是全部拆除重建。

1 設計方案的選定

1.1 原設計方案與實施過程

該工作橋為“T”型梁結構，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構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、設計部門復核，強度既然基本滿足設計要求，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。最后設計部門進行了加固補強的方案比選和確定設計變更方案如下。

對已完全破壞了梁體的大壩右側第一跨工作橋采用原設計方案—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)的應用在土木工程中的新型加固補強技術。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構表面，利用其緊密粘著于混凝土結構表面，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構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構表面，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)象的部位應予剔除，對于較大面積的劣質(zhì)層，在剔除后應用C30以上級細石混凝土進行修復。對于水平面以下構件應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用刮刀嵌刮補平材料修補填平，高度落差較大的部位應用整平材料填補，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滾壓，以去除氣泡，使碳纖維布充分浸潤膠料。

(4)多層粘貼應重復以上步驟。

(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)檢定的粘結強度檢測儀進行室內(nèi)試驗，其正拉粘結強度值為3.1～3.6MPa，達到設計要求原構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構技術規(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。

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

5 結語

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。