河閘檢修門起吊牛腿的加固與施工技術

摘要：文章以實際工程為例，對河閘檢修門吊牛腿存在的問題進行了分析，并提出了采用碳纖維復合材料進行加固的加固方案，對碳纖維復合材料加固的優勢進行了分析，并對加固施工材料的選擇以及加固施工技術進行探討，對起吊牛腿進行加固后取得了良好的加固效果，值得類似工程借鑒和參考。

關鍵詞：起吊牛腿加固；碳纖維加固；牛腿裂縫；河閘栓修門；加固方案 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV698 文章編號：1009-2374（2017）08-0181-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.088

1 工程概況

雙臺子河閘位于盤錦市雙臺子區東郊，是遼河下游的樞紐建筑物，它建在感潮河段的末端，閘址距河口57.3km，位于遼河盤錦城市防洪段，是遼河下游防洪體系的一個重要組成部分。雙臺子河閘樞紐建筑物主要包括：深孔閘、淺孔閘、提水泵站、船閘、左右岸連接段及下游導流堤、過水斜堤和小柳河防汛交通橋等。

雙臺子河閘工程等別為Ⅰ等，設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為200年一遇；深孔閘、淺孔閘、左右岸連接段等主要建筑物為1級，過水斜堤、下游防護堤、導流堤等次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級建筑物。河閘檢修門經過多年的使用出現了剝落、破損、裂縫、露筋等情況，雖然多次使用水泥砂漿法進行了修補和加固，但是依然有不良情況出現，綜合分析后設計采用碳纖維復合材料對牛腿進行加固處理。

2 碳纖維復合材料加固特點

在對河閘檢修門起吊牛腿進行加固時，傳統的加固方法是使用混凝土加鋼筋法或粘鋼法進行加固，這方法不僅施工比較復雜，而且自重大，施工周期長。而碳纖維復合材料加固技術是在建筑結構表面使用樹脂類材料粘貼碳纖維，繼而形成復合材料體CFRP，使碳纖維材料結構可以和構件協同工作。進而達到加固結構構件改善材料受力性能的目的。在使用碳纖維復合材料進行加固時，首先對在混凝土剝蝕面、裂縫處以及施工假縫表面進行開槽，然后使用聚合物水泥砂漿進行回填，最后使用碳纖維復合材料在表面進行粘貼。使用碳纖維復合材料進行加固主要有下述四個方面的優點：（1）具有良好的耐候性。由于碳纖維復合材料是選用環氧樹脂粘貼在混凝土表面的，因此具有較好的防水性能、防碳化性能和防風沙性能；（2）具有較高的強度。碳纖維復合加固材料的強度非常高，一般來說其強度可以達到同截面鋼材的8～10倍，可以有效保證加固效果；（3）自重較輕。碳纖維復合材料的重量非常輕，在使用碳纖維材料對建筑結構進行加固時，幾乎不會影響結構自重；（4）適用性廣。在使用碳纖維復合材料進行加固時，受形狀的限制比較小，不管是是長方形、正方形還是多邊形結構都可以使用碳纖維復合材料進行加固。并且對建筑進行加固后，可以保持建筑結構原狀，不會對結構表面裝飾造成影響。

3 牛腿加固方案

本工程河閘檢修門起吊牛腿同時具有抗彎作用和抗剪作用。設計抗彎承載力大小為42.8kN·m，抗剪能力為43.7kN。本工程牛腿結構的破壞類型主要為受拉筋不足和剪切破壞兩種類型。結合本工程的具體情況，設計采用碳纖維復合材料對所有的牛腿進行加固。采用縱向和橫向粘貼碳纖維布結合的方法來提升牛腿的抗彎性和抗剪性。為了提高牛腿的抗拉性，設計使用300g/m2的碳纖維布在牛腿頂部沿軸向粘貼一層。為了使牛腿的抗剪性能得以提升，設計使用300g/m2碳纖維沿垂直牛腿軸向進行全封閉粘貼。加固方案圖如圖1所示：

4 碳纖維加固材料性能指標

本次在進行河閘檢修門起吊牛腿進行加固時，使用到的材料主要包括聚合物水泥砂漿和碳纖維。具體指標如下：

第一，碳纖維的性能指標如表1所示。為了達到混凝土補強要求，選擇的粘貼劑要具有較強的滲透力，同時要對碳纖維復合材料有較強的浸漬力。為了達到這一要求，本工程設計選用專用的環氧樹脂膠漿進行碳纖維布的粘貼施工。

第二，聚合物砂漿主要用于填補裂縫槽，該材料是將聚合物乳膠加入到水泥砂漿中改性后制成的一種有機無機復合材料。相較于普通的水泥砂漿材料，聚合物砂漿具有較高的抗拉伸率和抗拉強度，彈性模量低，可以和老混凝土更好地粘結到一起。使用聚合物砂漿對裂縫槽進行填補可以承受環境的變化，并且能夠抵御較強的振動，可以用于修補惡劣環境下的水工混凝土結構。其性能指標如表2所示：

5 起吊牛腿加固施工技術

5.1 清理牛腿表面

使用磨光機將牛腿表面的浮漿、污物、劣化混凝土清理干凈，并將混凝土結構層露出，然后將所有牛腿的棱角全部磨成圓角，圓角的半徑要保持在20mm以上。對于之前使用普通水泥砂漿修補過后又出現問題的部位，要先將其鑿除，然后使用環氧樹脂膩子進行填充，并磨平。

5.2 處理牛腿裂縫

在對牛腿裂縫進行處理時，根據不同的裂縫深度分別采用下述兩種方法進行處理：

第一，在對深層裂縫進行處理時。先進行鉆孔，然后使用聚合物砂井灌入，具體的施工流程如下：（1）對裂縫進行封閉，考慮封閉材料需要的養護時間，確保開始注漿時封閉材料的強度已經達到了規定要求；（2）鉆孔施工。在裂縫兩側5cm左右的位置以45°的斜角垂直于裂縫方向進行鉆孔，要求鉆孔從裂縫處穿過，孔徑控制在1.5cm，每一條裂縫鉆兩個孔；（3）注漿。從處于低位置的孔進行注漿，在注漿的過程中要逐步進行加壓，當壓力達到一定值后持壓2～3min，直至有漿液從另外的一個孔中流出后停止注漿；（4）二次注漿。為了確保漿液將裂縫填滿，在首次注漿10min以后立即實施二次注漿。

第二，在對表層裂縫進行處理時，先在裂縫處鑿出V字形槽，槽寬保持在1～3cm，然后對基面進行清理，使用聚合物砂漿對裂縫槽進行填補。

5.3 刷涂底層樹脂

在刷涂底層樹脂之前，先利用吸塵器或毛刷清理干凈混凝土結構表面，本工程所處環境較為開闊，因此使用壓縮空氣對牛腿表面進行吹掃。清理干凈后，涂抹底層樹脂。一共涂刷三次，每次涂刷均在第一次初干后進行第二次的涂刷。

5.4 對貼合面進行整平

使用樹脂膩子將不平整的混凝土表面刮平，將所有的不平整處和縫隙處填平。使用砂輪將表面打磨平整，保證表面的平滑。

5.5 碳纖維布粘貼

在牛腿上粘貼碳纖維布時，要先進行垂直于軸向的碳纖維布進行粘貼，然后再進行頂部和軸向平行的碳纖維布的粘貼。具體的施工流程如下：（1）首先在牛腿表面滾涂JH型碳膠；（2）在牛腿的四周粘貼碳纖維布，并用手進行輕壓，然后利用橡皮滾筒順著限位的方向進行滾壓，將氣泡擠壓出來，使粘碳膠漿碳纖維布浸透；（3）然后再使用相同的方法進行頂層碳纖維布的粘貼；（4）最后再次使用JH型粘碳膠在表面涂刷一層，并進行多次滾壓后使其可以完全滲入到碳纖維

布中。

6 施工注意事項

（1）在進行碳纖維布的粘貼施工時，要先將纖維絲中的空氣清除干凈，保證碳纖維表面的平整性，當有空鼓的情況出現時，使用針管注漿法將空鼓填實，如果產生空鼓的面積超過100cm2時，需要重新進行粘貼；（2）碳纖維布在進行粘貼時，需要合理的選擇碳纖維方向，不允許粘貼方向出現錯誤；（3）由于碳纖維布具有導電性，因此在進行施工時要將保護措施做好；（4）粘碳膠一般會在30～60min內固化，如果在高溫環境下進行作業時，粘碳膠的固化速度會更快，為了保證粘結效果，要求粘結工作需要在粘碳膠固化之前完成；（5）后續施工過程中不允許對已經完成的碳纖維造成破壞，允許靠近碳纖維進行烘烤和焊接施工。

7 結語

綜上所述，本河閘檢修門吊牛腿通過使用碳纖維復合材料進行加固顯著提升了牛腿的抗彎性和抗剪性，牛腿經過加固后抗彎承載力和抗剪承載力分別提升了21%和22%，延長了工程的使用年限，值得大力推廣和應用。

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作者簡介：王太友（1971-），男，吉林九臺人，中國水利水電第六工程局有限公司高級工程師，研究方向：水利水電施工與管理。

（責任編輯：小 燕）