江苏三河闸牛腿使用碳纤维布进行加固

6.1.8.1　概述

江苏省三河闸位于洪泽湖东南角，淮河入江水道的控制口门，设计流量12000m3/s。三河闸于1968年加固时在闸身上游侧增设了钢筋混凝土结构的检修门起吊牛腿，共127根。牛腿顶面高程20.45m，长1.5m，挑出工作桥面0.625m，牛腿端部截面尺寸为0.2m×0.24m。由于牛腿结构设计不合理，施工质量较差，1998年，牛腿混凝土出现破损、剥落、露筋、裂缝等现象。多次采用传统的水泥砂浆方法进行修补，但仍有上述不良现象发生。2004年7月，三河闸管理所引进了碳纤维对牛腿进行了加固，这是碳纤维在江苏大型水利工程中的首次运用。

6.1.8.2　施工

三河闸检修门起吊牛腿兼有抗剪和抗弯作用，设计抗剪能力为43.6k N，抗弯承载力为42.9k N·m。原结构破坏形态主要为剪切破坏，部分为受拉筋不足破坏。根据工程实际情况，对三河闸127根牛腿全部加固，加固范围为牛腿挑出工作桥面部分。加固时，采取粘贴横向和纵向碳纤维布相结合的方法提高牛腿的抗剪和抗弯性能，即垂直牛腿轴向粘贴全封闭300型（300g/m2）碳纤维包箍，提高牛腿的抗剪性能；在牛腿顶部沿轴向粘一层300型（300g/m2）碳纤维布，起抗拉及包箍接头压条作用。牛腿加固方案见图6.9。

图6.9　牛腿粘贴碳纤维布加固简图（单位：mm）

（1）牛腿表面处理。采用磨光机清除牛腿表面污物、浮浆以及劣化的混凝土，露出混凝土结构层。牛腿棱角均打磨成圆角，半径不小于20mm。对于以前采用普通水泥砂浆修补的部位，因粘结不实，凿除后采用环氧树脂腻子恢复，再打磨平整。

（2）牛腿裂缝处理。针对裂缝深度不同，采取两种方法予以处理：

1）表层裂缝采用凿槽嵌补，即沿裂缝位置凿开宽1～3cm的V形槽，基面清理后采用环氧树脂封闭。

2）深层裂缝或贯穿裂缝采取钻孔后用AB型灌浆树脂注浆，步骤如下：①封闭裂缝，同表层裂缝处理，充分考虑所用封闭材料的养护时间，保证在注浆开始时封闭材料已经达到应有的强度；②钻孔，沿裂缝两边约5cm处以45°斜角垂直于裂缝方向钻孔，使所钻的孔穿透裂缝，孔径1.5cm左右，每条裂缝钻孔2个；③注浆施工，从位势低的一个孔开始注浆。注浆时缓缓加压，达到一定的压力后，保持压力2～3分钟，直到另一个孔有浆液流出为止；④第二次注浆，第一次注浆后约10分钟后，进行第二次注浆，以保证缝体内浆液充盈。

（3）涂刷底层树脂。一般采用毛刷或吸尘器将混凝土表面清理干净。三河闸地势开阔，用压缩空气吹扫使牛腿表面清洁后，均匀涂抹一层底层树脂，涂抹后干燥12小时以上，树脂完全固化后进行下一道工序施工。(www.xing528.com)

（4）整平贴合面。用树脂腻子刮抹不平整的混凝土表面，消除所有缝隙和不平整之处。

（5）粘贴碳纤维布。三河闸牛腿粘贴碳纤维布时，首先粘贴垂直于轴向的碳纤维布，再粘贴顶部平行于轴向和碳纤维布，具体工序如下：①用JH型粘碳胶滚涂于牛腿表面；②将碳纤维布用手轻压粘贴于牛腿四周，并有专用的橡皮滚筒顺纤维方向多次滚压，挤压气泡，使JH型粘碳胶充分浸透碳纤维布；③再用同样的方法粘贴顶层碳纤维布；④最后再滚涂一层JH型粘碳胶并多次滚压使其渗入碳纤维布内。

（6）施工注意事项。①粘贴碳纤维布时，必须驱除纤维丝内的空气，使碳纤维布表面平整。当出现空鼓时，面积少于100cm2时，采用针管注浆方法填实空鼓；空鼓面积超过100cm2时，应切除后重新粘贴；②碳纤维布粘贴时需搭接的，搭接长度应不小于100mm；③粘贴碳纤维布时一定要根据碳纤维所起作用选择正确的纤维方向，不能出错；④碳纤维布为导电材料，施工时应采取有效的保护措施；⑤JH型粘碳胶的固化时间一般为30～60分钟，高温时固化时间更快，应在固化前用完JH型粘碳胶；⑥后续施工不得破坏已经完成的碳纤维，不得靠近碳纤维焊接、烘烤。

6.1.8.3　效果

（1）与传统的普通粘钢法相比较，碳纤维布加固法在其加固特性上具有明显优势（见表6.13）。

表6.13　碳纤维与普通粘钢性能指标比较

（2）碳纤维加固的三河闸检修门起吊牛腿抗剪、抗弯性能得到很大提高，加固后抗剪承载力为140.80k N，抗弯承载力为51k N·m，分别比加固前提高了223%和20%。