公路隧道襯砌裂縫治理中碳纖維布的應(yīng)用研究

李 首 峰

(山西運(yùn)城路橋有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 044000)

公路隧道襯砌裂縫治理中碳纖維布的應(yīng)用研究

李 首 峰

(山西運(yùn)城路橋有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 044000)

以某隧道工程項(xiàng)目為例，通過(guò)調(diào)查分析，闡述了該工程項(xiàng)目裂縫形狀及其產(chǎn)生裂縫的原因，并就碳纖維布應(yīng)用于隧道裂縫治理中的整體施工流程進(jìn)行了介紹，指出在隧道襯砌裂縫治理中應(yīng)用碳纖維布，可獲得較理想的效果。

碳纖維布，隧道，治理，裂縫

0 引言

目前在公路隧道襯砌裂縫的治理中，一般采用雙液注漿、粘鋼法、體外預(yù)應(yīng)力法或者二次澆筑混凝土法等，這些方法自身均存在優(yōu)缺點(diǎn)。碳纖維布化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且所具抗拉強(qiáng)度也比較高，自重輕，目前廣泛應(yīng)用于工程加固中。本次研究筆者就公路隧道襯砌裂縫治理中碳纖維布的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)地論述。

1 工程概況

該工程項(xiàng)目隧道全長(zhǎng)為600 m，左右洞軸線間距為12 m，單心圓與中墻直線構(gòu)成隧道內(nèi)輪廓線，隧道單洞凈寬和凈高分別為10.5 m和7 m左右。因該隧道洞口位置埋深比較淺，基于該工程項(xiàng)目所處位置的地形以及地質(zhì)情況的分析，設(shè)明洞，所用結(jié)構(gòu)為外直墻鋼筋混凝土，厚度為80 cm；其他暗洞則根據(jù)新奧法設(shè)計(jì)成為復(fù)合襯砌，應(yīng)用規(guī)格為C25的鋼筋混凝土進(jìn)行中隔墻巖體的置換?；诒緟^(qū)地質(zhì)情況的分析以及圍巖分類(lèi)情況，暗洞襯砌分別用大小管棚超前支護(hù)、噴射混凝土、鋼拱支撐、掛鋼筋網(wǎng)以及錨桿錨固進(jìn)行第一次支護(hù)，而后澆筑型號(hào)為C25的混凝土仰拱以及C30混凝土拱墻進(jìn)行第二次襯砌。該工程建設(shè)結(jié)束后使用期間發(fā)現(xiàn)其襯砌沿著施工縫產(chǎn)生環(huán)向裂紋，同時(shí)中隔墻沿著施工縫產(chǎn)生豎向裂紋，此外，隧道襯砌于拱頂位置沿著縱向出現(xiàn)裂紋，該裂紋相對(duì)較長(zhǎng)。

2 碳纖維布的應(yīng)用

2.1 裂縫分析

基于上文對(duì)工程項(xiàng)目概況的分析，利用游標(biāo)卡尺、鋼卷尺、裂縫深度絲、數(shù)碼相機(jī)、量角器以及羅盤(pán)等對(duì)裂縫分布形式、傾角情況、密度、長(zhǎng)度以及各裂縫之間的距離等進(jìn)行調(diào)查。其中縱向裂縫大多表現(xiàn)為沿著隧道呈縱軸展開(kāi)，為水平狀；環(huán)向裂縫多表現(xiàn)為和隧道軸線相垂直，沿著隧道襯砌呈環(huán)向展開(kāi)，其分布狀態(tài)和縱向裂縫相似。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該工程項(xiàng)目裂縫形狀大多為弧形，少數(shù)為起伏形。此外，斜向裂縫表現(xiàn)形態(tài)為與隧道橫截面的隧道縱軸之間存在一定的角度，分布形態(tài)和縱向裂縫相似。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，該工程以縱向裂縫為主，所占比例為93%左右；其次為斜向裂縫，所占比例為5%左右；最后為環(huán)向裂縫，所占比例為2%。

經(jīng)工程項(xiàng)目調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致隧道襯砌和中隔墻沿著施工縫產(chǎn)生環(huán)向裂縫的主要原因?yàn)檑毓鷰r壓力引起；中隔墻沿著施工縫出現(xiàn)的豎向裂縫則是因襯砌單元長(zhǎng)度比中隔墻單元長(zhǎng)度長(zhǎng)，二者變形處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)中，以至于中隔墻出現(xiàn)開(kāi)裂把襯砌拉裂。由于該工程項(xiàng)目所處地區(qū)冬季十分寒冷，氣溫最低可達(dá)到零下十幾度，再加上襯砌屬于封閉環(huán)，當(dāng)溫度突然降低時(shí)，襯砌內(nèi)表面就會(huì)出現(xiàn)變形自由，而外表面應(yīng)受密貼圍巖限制，在內(nèi)外強(qiáng)烈溫差下導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，繼而出現(xiàn)裂縫。除此之外，回填不及時(shí)也是引起裂縫的一個(gè)主要原因。

2.2 裂縫治理

碳纖維所具可塑性非常好，適合在不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)物或者曲面結(jié)構(gòu)物中應(yīng)用，其重量輕，一般不會(huì)使結(jié)構(gòu)自重增加，和普通的碳素鋼相比，其軸向抗拉強(qiáng)度明顯要強(qiáng)，不同碳纖維布物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。將其應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)中，經(jīng)過(guò)自身所具高強(qiáng)度以及高彈性模量等特點(diǎn)的應(yīng)用，可使構(gòu)件承載力、延性以及混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等得到明顯的提高，有效改善混凝土受力性能，目前該材料已被廣泛應(yīng)用于道路橋梁和房屋建筑項(xiàng)目加固中。

表1 碳纖維布物理力學(xué)指標(biāo)

在公路隧道裂縫治理中應(yīng)用碳纖維布，其整體施工流程如圖1所示，治理情況如下：

第一，在施工之前，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)物周?chē)沫h(huán)境以及其自身狀態(tài)等，根據(jù)裂縫實(shí)際情況制定相應(yīng)的施工計(jì)劃，做好準(zhǔn)備工作。

第二，利用磨光機(jī)或者砂輪機(jī)對(duì)混凝土表層進(jìn)行處理，除去其表面劣化層，而后進(jìn)行打磨，待完成打磨工作后及時(shí)除去粉塵和松動(dòng)物質(zhì)，保證其充分干燥，一般情況下表面平整度為5 mm/m2，其中油污可利用中性劑將其除去，以防應(yīng)力過(guò)于集中造成補(bǔ)強(qiáng)效果下降，如果施工位置存在凹角，可利用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行修整，使其成曲線平滑狀；若凹洞面積比較大，則可借助于無(wú)收縮水泥砂漿填補(bǔ)，利用砂輪機(jī)磨平不平整位置，若存在裂縫，則需密封以及灌縫。

第三，處理好施工面以后進(jìn)行底膠水的預(yù)涂，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況明確涂抹次數(shù)，其中底膠干燥時(shí)間一般為3 h～12 h，待其干燥后可繼續(xù)下道工序。對(duì)小面積凹洞進(jìn)行修補(bǔ)，可于施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行找平膠的配找。當(dāng)?shù)啄z徹底干燥以后，在凹陷位置涂抹相應(yīng)的修補(bǔ)材料，接著利用研磨機(jī)、刮刀或者砂輪機(jī)等工具修整施工面，使其平整且光滑。若粘脂施工面出現(xiàn)氣泡，則需等粘脂完全固化以后，才可利用相應(yīng)的工具除去氣泡，以使其平整。

第四，底膠涂刷結(jié)束后應(yīng)及時(shí)粘貼碳纖維布，對(duì)混凝土主體進(jìn)行加固，注意在粘貼之前應(yīng)用手指明確底膠是否已經(jīng)完全干燥，以免因粘貼膠過(guò)多而使纖維出現(xiàn)滑移或者扭曲等現(xiàn)象，又或者因粘貼膠不足而使碳纖維布粘貼性下降。以平順的形式把碳纖維布貼于涂布面，該面含有浸樹(shù)脂，沿著纖維方向利用刮刀將其刮平。當(dāng)碳纖維布已經(jīng)粘貼穩(wěn)妥以后，再次涂抹粘貼膠，在此要注意的是碳纖維布浸漬必須要充分。粘貼半小時(shí)后涂抹上層樹(shù)脂，在涂抹過(guò)程中要注意是否出現(xiàn)錯(cuò)位或者浮起等現(xiàn)象，如果出現(xiàn)可利用刮刀或者滾輪及時(shí)將其壓平修正。在搭接碳纖維布的時(shí)候，纖維放線交接位置搭接長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)10 cm，如果在施工過(guò)程中出現(xiàn)積水，則需及時(shí)擦干，在粘結(jié)后還需考慮施工環(huán)境對(duì)于粘結(jié)效果可能產(chǎn)生的影響。

第五，完成粘貼工作后，以自然養(yǎng)護(hù)的形式養(yǎng)護(hù)24 h及以上，一直到其初期固化。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中注意碳纖維布的保護(hù)，初期固化后可在碳纖維表面涂刷相應(yīng)的防火漆。完成修補(bǔ)治理工作后，應(yīng)及時(shí)對(duì)工程進(jìn)行驗(yàn)收，根據(jù)工藝要求檢查各工序，做好驗(yàn)收記錄工作，著重就碳纖維布與混凝土間粘貼質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，可借助于小錘等工具對(duì)碳纖維布表面進(jìn)行輕敲，通過(guò)回音對(duì)粘結(jié)效果進(jìn)行評(píng)判，若出現(xiàn)空鼓，可借助于針管進(jìn)行注膠修補(bǔ)。

本次研究所舉例的這一工程項(xiàng)目，因襯砌裂縫多為縱向裂縫，較單一，因此采取了局部加固補(bǔ)強(qiáng)以及局部修補(bǔ)的方式，經(jīng)修補(bǔ)加固，二襯受力以及圍巖壓力基本處于穩(wěn)定狀態(tài)中，所獲效果良好。

3 結(jié)語(yǔ)

在公路隧道襯砌裂縫治療中應(yīng)用碳纖維布，可獲得較為理想的效果。在今后的研究中，還需進(jìn)一步對(duì)其計(jì)算理論方面的知識(shí)進(jìn)行探討分析，以此為碳纖維布應(yīng)用于公路隧道工程項(xiàng)目提供更為可靠的理論依據(jù)，避免隧道結(jié)構(gòu)受到影響或者干擾。

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Research on carbon fiber cloth in crack treatment of lining cracks of roads and tunnels

Li Shoufeng

(ShanxiYunchengRoadandBridgeCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

Taking some tunnel projects as the example, the paper illustrates the cracks shapes of the projects and reasons for cracks according to the investigation analysis, introduces the integrated construction procedure in the application of the carbon fiber cloth in the crack treatment, so as to obtain ideal effect.

carbon fiber cloth, tunnel, treatment, crack

2015-06-24

李首峰(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)25-0175-02

U457.2

A