碳纤维布及钢板结合技术在紫兰坝电站GIS楼结构加固中的应用
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【摘要】碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，被广泛应用于梁、板、面的结构加固中，其高强度、性能稳定、重量轻、施工便捷等特点备受称赞，但由于其刚性比较差，极少用于柱和较大裂缝梁结构的加固。本文主要以紫兰坝电站gis楼加固为例，对碳纤维布加固技术和对有较大梁裂缝采用碳纤维布及钢板结合补强加固方法，取得了成功，可供类似结构借鉴。
【关键词】碳纤维；钢板；补强加固；成功
1.概述
紫兰坝水电站位于四川省广元市境内白龙江干流上，电站以发电为主，兼有改善下游航运等综合效益。电站为河床径流式电站，属中型Ⅲ等工程，枢纽主要建筑物级别为3级。工程枢纽由5孔泄水闸、右岸河床式电站厂房以及左右岸混凝土副坝等建筑物及500kV全封闭气体绝缘组合开关站（GIS楼）等组成。
GIS楼位于主厂房1#机组段右侧、安装间下游，长25.3m，宽11m，为三层钢筋砼框架结构。最底层地面高程475.50m，与厂区回车场同高，主要布置值班室、工具间等；第二层为电缆夹层，高程为478.50m；第三层为GIS室，地面高程为481.50m，与尾水平台同高，布置有GIS设备。GIS室室内安装10t吊车一台。屋顶高程492.50m，为出线平台，布置有电容式电压互感器，避雷器等设备。
5.12强烈地震以及后续青川不断发生的余震作用下，砂砾石地基受到震动扰动又产生约沉降变形，导致上部结构局部构件出现裂缝。经湖北武大珞珈工程结构检测咨询有限公司对GIS楼的检测结果，综合评定等级为三级。为确保电站运行安全，应尽快对GIS楼地基，上部结构和GIS设备采取措施进行处理。
2.设计及施工
GIS楼加固分为基础加固和上部结构加固。考虑到GIS楼为电站运行设备，采用粘贴碳纤维布或与钢板结合加固技术对GIS上部梁、板结构进行加固补强处理。具体设计方案为：
2.1板上裂缝处理
首先处理筏板及楼板上的裂缝，对与宽度大于0.2mm的裂缝，采用结构注缝胶灌浆处理，对于宽度小于0.2mm的裂缝，采用结构胶直接进行表面封闭，裂缝封闭后，沿裂缝粘贴20cm宽度、长为裂缝全长的碳纤维布，同时垂直裂缝粘贴20cm宽，长40cm的碳纤维布。详见图2-1所示。
2.2楼板处理
根据建筑物现状，对GIS楼②～④轴之间的475.5筏板的顶面，478.50m以及481.50m楼板底面双向粘贴200mm@300mm碳纤维布（300g/m2）。
2.3梁柱裂缝处理
钢筋砼柱裂缝基本发生在柱头部位，梁裂缝基本产生于梁端部位，裂缝的结构胶注缝及表面封闭处理方法与板缝相同。结构胶处理完后柱头以及梁端产生有裂缝的部位约1.0m范围内贴碳纤维布包覆。
对于有较大裂缝（大于0.2mm）的梁，采用碳纤维布及钢板结合补强加固技术，对所有裂缝首先进行贴碳纤维布处理，并在裂缝部位超出裂缝500范围内粘6mm厚U型钢板，采用φ16螺栓对穿锚固，间距250mm。
GIS楼结构加固共计裂缝灌浆278m，贴碳纤维布328m2，外包（粘）钢5.2t，于2009年1月2日开始，3月全部完工。
3.施工工艺及技术要求
3.1施工材料
为尽量不影响电站正常运行，不损伤结构原配筋，恢复结构原貌；克服混凝土收缩，增加结构的抗弯、抗剪能力，防止新裂缝的产生，因此对屋面梁及牛腿裂缝采用碳纤维片材加固处理，对较大裂缝的梁采用碳纤维布及钢板结合补强加固技术。碳纤维布采用UT70—30型东丽碳素纤维布，自重为300g/m2，厚度为0.167mm；粘结料采用配套的WSX型碳纤维树脂。钢材选用普通钢材。
3.2施工工艺流程
结构表面处理定位划线粘结胶的配置涂刷底胶找平碳纤维粘贴涂面层胶保护。
对于采用钢板结合技术需增加黏贴钢板工序。
3.2.1结构表面处理
（1）凿除结构的粉刷层，混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除，对于较大面积的劣质层抹灰，在剔除后用聚合物水泥砂浆进行修复。
（2）如表面发现裂缝，应对裂缝进行灌浆或封闭处理。
（3）用混凝土角磨机、砂轮（砂纸）等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构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，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（R≥20mm）。
（4）用无油压缩空气吹除粉尘，使粘贴面干净并保持干燥。
3.2.2定位划线
根据加固施工图，准确地在构件表面划出粘贴部位轮廓线。
3.2.3粘结胶的配置
（1）将原材料按说明要求，将A、B两种组分按配比配制。先将稀释剂A组分倒入干净容器内，再将固化剂B组分倒入，充分搅拌均匀，注意翻看容器底部的颜色，确保配好的胶液色泽一致。
（2）配置胶料时应注意以下事项：粘结胶料每次配置量以1～2kg 为宜，要求于1h内施工完毕。
3.2.4涂刷底胶
用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过 0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2h），再进行下一道工序。
3.2.5找平
（1）混凝土表面凹陷部位、模板接头处等出现高度差的部位应用整平胶料修补填平，尽量减少高差。
（2）转角的处理，应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于10mm。
（3）整平胶料须固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2h），方可再进行下一道工序。
3.2.6粘贴碳纤维布
（1）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度应在3m以内。粘贴应尽量避免搭接，如若必须搭接，则沿纤维长度方向的搭接长度不得少于l00mm。
（2）调制浸渍胶，按产品说明书调制浸渍胶，然后用滚筒刷均匀涂刷于所要粘贴的部位，胶层厚度应满足设计要求，在搭接、拐角等部位要多涂抹一遍。
（3）粘贴碳纤维布，用特制光滑滚筒在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使使浸渍胶充分浸透碳纤维布。多层粘贴应重复上述步骤，待纤维表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴。
3.2.7涂面层胶
在纤维表面涂抹浸渍胶，以起保护作用。涂刷要求均匀，不得有漏涂或涂刷不饱满之处。
3.2.8养护
碳纤维片施工后，应进行养护，保证养护期间的温度不低于专用粘结剂的允许使用温度；养护期一般在1～2周内；对施工部位应进行遮挡封闭养护，防止人为扰动造成损坏。
4.碳纤维拉拔检测
4.1设计要求
测试位置：复合材料补强施作区域。
测试频率：施作区域原则上每500m2测试一次。
检测标准：拉拔结果破坏面必须为混凝土破坏或拉拔强度大于 2MPa视为合格（结构混凝土不得低于C25）。
4.2现场拉拔实验
经现场碳纤维布拉拔实验（采用碳纤维拉拔仪）均为混凝土破坏，拉拔强度大于2MPa，满足设计要求。
对采用碳纤维布及钢板结合补强加固技术的梁，主要对构件的抗弯、抗剪承载能力进行了检测，均达到设计要求，起到了对构件加固、补强的目的。
5.结语
GIS楼结构加固经过灌浆、碳纤维加固、粘钢加固补强处理，极大提高屋面梁及柱凝土构件的抗弯、抗拉、抗剪强度能力，克服混凝土收缩产生的应力，防止新裂缝的产生；施工方便，时间短，修补后基本上能保证原状结构外观。该工程施工完毕投入运行3年多来，主体结构至今未见任何异常，尤其对取有较大裂缝（大于0.2mm）的梁，采用碳纤维布及钢板结合补强加固技术，取得了良好的加固效果。此方法尤其适用于对正在使用建筑物的加固处理，等到了社会的肯定和推广。