一、工程概述
浙江省嵊州市境内的丰潭水库, 是以防洪发电为主的中型水库, 大坝为砼重力坝, 坝高67m。在坝中间河床段坝顶设有溢洪设施, 安装五孔、每孔净跨8M的弧型钢闸门泄洪, 启闭机安装在梁高70cm, 宽25cm的砼大梁上。每孔设有梁10根, 共计50根。该工程投入运行7年后在坝面观察发现启闭机大梁出现数条裂缝, 后在枯水期搭设栈桥作进一步检查观察, 其中运行频次较高的3#孔启闭机的主梁裂缝最多, 仅一根梁中就有8条裂缝。其中5条裂缝宽度在0.25mm以上, 50根梁均出现不同程度的裂缝, 最少的一根也有3条。采用美国先进的加固材料TYFORSEK (泰扶) 高强复合纤维这一新技术、新材料、新工艺对启闭机梁进行包护;对大于0.25mm裂缝用“电光牌”HK-G系列环氧材料进行灌浆加固处理的方案, 经多年的运行证明, 该方案施工效果明显。
二、高强复合纤维系统简介
(一) 高强复合纤维加固原理。
高强复合纤维加固技术就是用高强环氧树脂将特种玻璃纤维/凯维拉编织布在现场粘合, 并粘贴在待补强的结构外表面, 使之与原构件形成复合承力结构, 提高构件承载力和耐久性。并封堵裂缝, 阻隔空气中的氧气, 防止砼梁中钢筋被氧化腐蚀。它与钢筋砼梁形成复合结构后能提高梁的抗拉、抗压、抗剪的强度。这一加固技术具有强度高、延伸好、质量轻、施工简便快捷、无需养护, 施工时不影响原建筑物的正常使用, 以及寿命长等优点。
(二) 高强复合纤维材料的主要技术性能。
高强复合纤维材料有高强环氧树脂和特种玻璃纤维/凯维拉编织布组成。TYFORSEK复合纤维布用玻璃纤维和聚酰胺纤维经特殊编织而成, 为美国进口成品纤维布。主纤维、白色, 凯维拉纤维黄色, 两种材料均用集束玻璃纤维相互垂直编织紧密, 成品编织布厚约2mm, 手感棉软光滑, 其抗拉强度为3000Mpa, 弹性模量72.4*104 MPa (主纤维、白色) 。凯维拉纤维的抗拉强度为2800 Mpa, 弹性模量1.25*105 MPa (横向纤维、黄色) 。TYFORS通用树脂、TYFORS是由两种组份混合成的、由A组份和B组份按一定比例混合几乎无味、可溶解、低粘性的环氧树脂, 是复合纤维系统中的基料。用来和TYFORSEK纤维系统复合工作。由TYFORS环氧树脂和TYFORSEK纤维布组成的复合系统具有很高的延展性和良好的力学性能。其抗拉强度72.4MPa。拉伸模量3.18Gpa延伸率5%。设计工作时间不超过2小时。SHE编织布与TYFOR专用树脂粘合后形成的复合材料其抗拉强度为575MPa。纤维布与树脂复合后层厚1.3mm, 最小延伸率2.2%、横向抗压强度177.5MPa。在正常环境下工作年限为40年。“电光牌”HK-G系列环氧灌浆材料具有粘度小、强度高等优点。产品为双组份, 操作方便, 可以对微细的0.2MM左右砼裂缝进行灌浆处理, 从而达到加固防渗补漏的目的。其抗拉强度5.4-10MPa, 抗压强度40~80MPa, 粘结强度2.4~6.0MPa。
三、启闭梁加固的实施
(一) 启闭梁加固设计。
丰潭水库启闭机梁裂缝分布极不规则, 其裂缝并不限于弯距最大的跨中或剪力最大的支座部位, 而是呈全梁分布状。为此, 在铺贴高强度复合纤维的设计中, 剪力最大距梁支座1.4m处采用U型状包护, 经复核梁抗剪安全系数不足时采用多层包护。梁底按梁宽进行全面铺贴, 弯距最大的中间部位采用多层加厚设计。梁两侧不粘贴纤维布的可见缝宽度小于0.2mm时, 直接用环氧树脂封堵裂缝。当缝宽超过0.2mm时采用预埋灌浆管或沿缝面粘贴灌浆盒, 缝面止封, 而后灌浆。灌浆压力0.2~0.4MPa, 要求使浆液充分饱和整个缝面, 末止封缝面有浆液溢出。
(二) 施工准备。
准备工作包括:加固技术方案确定后、关健是要选定具有该专业技术的施工单位、原材料的采购、搭设操作平台、准备施工机具等。高强复合纤维的施工机具较简单, 主要是能清除梁基层钙质分解物的刀铲工具, 能磨平磨光梁不平整的突起物和尖角部位用的手提磨光机、灌浆机等专用工具。
(三) 梁加固施工。
高强度复合纤维加固修补砼梁的施工工艺是:前期准备—基层处理—配制树脂—梁基底涂树脂、纤维布树脂复合—铺贴复合纤维布—修饰—埋灌浆管一灌浆一结束—验收。1、基层处理主要是去除粉刷层, 用环氧水泥砂浆补平砼梁表面, 再磨光使之平整。2、配制特种环氧树脂将组份A和组份B按比例严格称量配制并用低速机械搅拌5分钟。期间温度控制在5~38度之间。然后将配制好的树脂均匀地涂湿在载剪好的纤维布上。可用浸透机或人工用刷子涂刷, 用量大约1kg的纤维布需要0.8kg的环氧树脂来复合。配制后的树脂工作时间一般不超过2小时, 当环境温度较低时固化时间会延长, 温度较高时则固化时间缩短。3、首先将待加固的梁表面涂刷一层混合好的树脂做低层。在规定的时间内, 将湿透的纤维布平整地粘贴到加固梁的表面。主纤维方向如果要搭接, 搭接长度不得少于150MM。特别要注意的是在粘贴中必须排出树脂中的气泡。每一层纤维布必须与梁面基层或前一层纤维布紧密附着。梁面与纤维面的粘接绝不允许有空鼓, 分离的点或面。4、复合纤维布粘贴后在混合树脂未硬化前应进行拉毛散砂, 增加表面粗糙度, 以便再次粉刷或装饰。5、养护。在环境温度和湿度下, 粘贴后的复合纤维布24h即可达到设计强度的80%, 48h后将完全硬化, 若需修补则必须在粘贴后6~8h趁树脂尚未硬化前完成。
四、高强复合纤维的质量要求与安全操作
(一) 原材料查验, 主要查看进口的纤维布和树脂质量保证书及标签, 材料性能检测报告中的数据是否与说明相符。
纤维布厚度、色泽、垂直交叉编织的纤维布紧密度。 (二) 砼构件加固表面的基层处理应平整光洁, 纤维布裁剪尺寸应符合标准, 粘贴时主纤维 (白色) 应与强度不足方向相一致。 (三) 树脂的配合比应严格按照规定标准称量控制, 混合后的树脂应在2h内用完, 当环境温度高于33oc时要避免过早发生硬化, 同时操作人员要避免皮肤与树脂的直接接触。 (四) 树脂涂刷或浸纤维布时不应有漏浸涂刷不匀等现象, 构件基层也不能漏刷, 粘贴后的复合纤维布与基层面、层与层之间不应有残留空气夹层及气泡。灌注后的裂缝应胞满, 未止封处能见浆液渗出。
五、结语
丰潭水库弧形闸门50根启闭机梁的加固工作仅用了12天时间。本次加固说明, 高强复合纤维加固砼构件, 可增加砼构件的抗拉、抗压、抗弯强度。对于荷载增大、配筋不足、受拉受剪区出现裂缝, 强度不足的砼构件, 粘贴高强复合纤维能有效增大构件的抗压性能, 补强作用明显。同时其最大优点是不改变构件的原有结构和外形尺寸, 在施工期间不影响构件的正常运行, 且操作工具简单、施工方便、工期短、收效快。
摘要：砼构件由于受外部条件变化的影响, 或设计、施工、原材料等多种因素的影响, 运行中会出现裂缝, 这些裂缝是砼构件安全运行的隐患。采用高强复合纤维进行补强加固, 能有效提高砼构件的承载力。且施工方法简便。
关键词：砼构件,补强,加固,施工