碳纖維布及鋼板結(jié)合技術(shù)在紫蘭壩電站GIS樓結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

【摘要】碳纖維布加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于梁、板、面的結(jié)構(gòu)加固中，其高強(qiáng)度、性能穩(wěn)定、重量輕、施工便捷等特點(diǎn)備受稱贊，但由于其剛性比較差，極少用于柱和較大裂縫梁結(jié)構(gòu)的加固。本文主要以紫蘭壩電站GIS樓加固為例，對(duì)碳纖維布加固技術(shù)和對(duì)有較大梁裂縫采用碳纖維布及鋼板結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)加固方法，取得了成功，可供類似結(jié)構(gòu)借鑒。

【關(guān)鍵詞】碳纖維；鋼板；補(bǔ)強(qiáng)加固；成功

1.概述

紫蘭壩水電站位于四川省廣元市境內(nèi)白龍江干流上，電站以發(fā)電為主，兼有改善下游航運(yùn)等綜合效益。電站為河床徑流式電站，屬中型Ⅲ等工程，樞紐主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。工程樞紐由5孔泄水閘、右岸河床式電站廠房以及左右岸混凝土副壩等建筑物及500kV全封閉氣體絕緣組合開關(guān)站（GIS樓）等組成。

GIS樓位于主廠房1#機(jī)組段右側(cè)、安裝間下游，長(zhǎng)25.3m，寬11m，為三層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)。最底層地面高程475.50m，與廠區(qū)回車場(chǎng)同高，主要布置值班室、工具間等；第二層為電纜夾層，高程為478.50m；第三層為GIS室，地面高程為481.50m，與尾水平臺(tái)同高，布置有GIS設(shè)備。GIS室室內(nèi)安裝10t吊車一臺(tái)。屋頂高程492.50m，為出線平臺(tái)，布置有電容式電壓互感器，避雷器等設(shè)備。

5.12強(qiáng)烈地震以及后續(xù)青川不斷發(fā)生的余震作用下，砂礫石地基受到震動(dòng)擾動(dòng)又產(chǎn)生約沉降變形，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。經(jīng)湖北武大珞珈工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)咨詢有限公司對(duì)GIS樓的檢測(cè)結(jié)果，綜合評(píng)定等級(jí)為三級(jí)。為確保電站運(yùn)行安全，應(yīng)盡快對(duì)GIS樓地基，上部結(jié)構(gòu)和GIS設(shè)備采取措施進(jìn)行處理。

2.設(shè)計(jì)及施工

GIS樓加固分為基礎(chǔ)加固和上部結(jié)構(gòu)加固。考慮到GIS樓為電站運(yùn)行設(shè)備，采用粘貼碳纖維布或與鋼板結(jié)合加固技術(shù)對(duì)GIS上部梁、板結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。具體設(shè)計(jì)方案為：

2.1板上裂縫處理

首先處理筏板及樓板上的裂縫，對(duì)與寬度大于0.2mm的裂縫，采用結(jié)構(gòu)注縫膠灌漿處理，對(duì)于寬度小于0.2mm的裂縫，采用結(jié)構(gòu)膠直接進(jìn)行表面封閉，裂縫封閉后，沿裂縫粘貼20cm寬度、長(zhǎng)為裂縫全長(zhǎng)的碳纖維布，同時(shí)垂直裂縫粘貼20cm寬，長(zhǎng)40cm的碳纖維布。詳見圖2-1所示。

2.2樓板處理

根據(jù)建筑物現(xiàn)狀，對(duì)GIS樓②～④軸之間的475.5筏板的頂面，478.50m以及481.50m樓板底面雙向粘貼200mm@300mm碳纖維布（300g/m2）。

2.3梁柱裂縫處理

鋼筋砼柱裂縫基本發(fā)生在柱頭部位，梁裂縫基本產(chǎn)生于梁端部位，裂縫的結(jié)構(gòu)膠注縫及表面封閉處理方法與板縫相同。結(jié)構(gòu)膠處理完后柱頭以及梁端產(chǎn)生有裂縫的部位約1.0m范圍內(nèi)貼碳纖維布包覆。

對(duì)于有較大裂縫（大于0.2mm）的梁，采用碳纖維布及鋼板結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)，對(duì)所有裂縫首先進(jìn)行貼碳纖維布處理，并在裂縫部位超出裂縫500范圍內(nèi)粘6mm厚U型鋼板，采用φ16螺栓對(duì)穿錨固，間距250mm。

GIS樓結(jié)構(gòu)加固共計(jì)裂縫灌漿278m，貼碳纖維布328m2，外包（粘）鋼5.2t，于2009年1月2日開始，3月全部完工。

3.施工工藝及技術(shù)要求

3.1施工材料

為盡量不影響電站正常運(yùn)行，不損傷結(jié)構(gòu)原配筋，恢復(fù)結(jié)構(gòu)原貌；克服混凝土收縮，增加結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪能力，防止新裂縫的產(chǎn)生，因此對(duì)屋面梁及牛腿裂縫采用碳纖維片材加固處理，對(duì)較大裂縫的梁采用碳纖維布及鋼板結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)。碳纖維布采用UT70—30型東麗碳素纖維布，自重為300g/m2，厚度為0.167mm；粘結(jié)料采用配套的WSX型碳纖維樹脂。鋼材選用普通鋼材。

3.2施工工藝流程

結(jié)構(gòu)表面處理→定位劃線→粘結(jié)膠的配置→涂刷底膠→找平→碳纖維粘貼→涂面層膠→保護(hù)。

對(duì)于采用鋼板結(jié)合技術(shù)需增加黏貼鋼板工序。

3.2.1結(jié)構(gòu)表面處理

（1）鑿除結(jié)構(gòu)的粉刷層，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(yīng)予剔除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層抹灰，在剔除后用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。

（2）如表面發(fā)現(xiàn)裂縫，應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿或封閉處理。

（3）用混凝土角磨機(jī)、砂輪（砂紙）等工具，去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥20mm）。

（4）用無油壓縮空氣吹除粉塵，使粘貼面干凈并保持干燥。

3.2.2定位劃線

根據(jù)加固施工圖，準(zhǔn)確地在構(gòu)件表面劃出粘貼部位輪廓線。

3.2.3粘結(jié)膠的配置

（1）將原材料按說明要求，將A、B兩種組分按配比配制。先將稀釋劑A組分倒入干凈容器內(nèi)，再將固化劑B組分倒入，充分?jǐn)嚢杈鶆?，注意翻看容器底部的顏色，確保配好的膠液色澤一致。

（2）配置膠料時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：粘結(jié)膠料每次配置量以1～2kg 為宜，要求于1h內(nèi)施工完畢。

3.2.4涂刷底膠

用滾桶刷或毛刷將膠均勻涂抹于混凝土構(gòu)件表面，厚度不超過 0.4mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡，等膠固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2h），再進(jìn)行下一道工序。

3.2.5找平

（1）混凝土表面凹陷部位、模板接頭處等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用整平膠料修補(bǔ)填平，盡量減少高差。

（2）轉(zhuǎn)角的處理，應(yīng)用整平膠料將其修補(bǔ)為光滑的圓弧，半徑不小于10mm。

（3）整平膠料須固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2h），方可再進(jìn)行下一道工序。

3.2.6粘貼碳纖維布

（1）按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長(zhǎng)度應(yīng)在3m以內(nèi)。粘貼應(yīng)盡量避免搭接，如若必須搭接，則沿纖維長(zhǎng)度方向的搭接長(zhǎng)度不得少于l00mm。

（2）調(diào)制浸漬膠，按產(chǎn)品說明書調(diào)制浸漬膠，然后用滾筒刷均勻涂刷于所要粘貼的部位，膠層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，在搭接、拐角等部位要多涂抹一遍。

（3）粘貼碳纖維布，用特制光滑滾筒在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)滾壓至膠料滲出碳纖維布外表面，以去除氣泡，使使浸漬膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待纖維表面指觸干燥后方可進(jìn)行下一層的粘貼。

3.2.7涂面層膠

在纖維表面涂抹浸漬膠，以起保護(hù)作用。涂刷要求均勻，不得有漏涂或涂刷不飽滿之處。

3.2.8養(yǎng)護(hù)

碳纖維片施工后，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證養(yǎng)護(hù)期間的溫度不低于專用粘結(jié)劑的允許使用溫度；養(yǎng)護(hù)期一般在1～2周內(nèi)；對(duì)施工部位應(yīng)進(jìn)行遮擋封閉養(yǎng)護(hù)，防止人為擾動(dòng)造成損壞。

4.碳纖維拉拔檢測(cè)

4.1設(shè)計(jì)要求

測(cè)試位置：復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)施作區(qū)域。

測(cè)試頻率：施作區(qū)域原則上每500m2測(cè)試一次。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：拉拔結(jié)果破壞面必須為混凝土破壞或拉拔強(qiáng)度大于 2MPa視為合格（結(jié)構(gòu)混凝土不得低于C25）。

4.2現(xiàn)場(chǎng)拉拔實(shí)驗(yàn)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)碳纖維布拉拔實(shí)驗(yàn)（采用碳纖維拉拔儀）均為混凝土破壞，拉拔強(qiáng)度大于2MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)采用碳纖維布及鋼板結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)的梁，主要對(duì)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力進(jìn)行了檢測(cè)，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，起到了對(duì)構(gòu)件加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。

5.結(jié)語

GIS樓結(jié)構(gòu)加固經(jīng)過灌漿、碳纖維加固、粘鋼加固補(bǔ)強(qiáng)處理，極大提高屋面梁及柱凝土構(gòu)件的抗彎、抗拉、抗剪強(qiáng)度能力，克服混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，防止新裂縫的產(chǎn)生；施工方便，時(shí)間短，修補(bǔ)后基本上能保證原狀結(jié)構(gòu)外觀。該工程施工完畢投入運(yùn)行3年多來，主體結(jié)構(gòu)至今未見任何異常，尤其對(duì)取有較大裂縫（大于0.2mm）的梁，采用碳纖維布及鋼板結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)，取得了良好的加固效果。此方法尤其適用于對(duì)正在使用建筑物的加固處理，等到了社會(huì)的肯定和推廣。