周凯华，张 欣

(1.江西遂盛建设有限责任公司，江西遂川县 343900;2.上饶市水利科学研究所，江西上饶市334000)

清华水库位于乐安河支流清华水的鄣河上，清华水库坝址位于江西省婺源县清华镇浮溪村，清华水库是一座具有发电、灌溉、防洪和养殖等综合利用的中型水库。水库枢纽的主要建筑物由大坝和引水隧洞等组成。

该水库工作桥自建成至今已运行30余年，梁底和梁侧均出现一定程度的张拉裂缝，2010年该水库除险加固项目将该工作桥纳入除险范围内，原设计方案是全部拆除重建。

1 设计方案的选定

1.1 原设计方案与实施过程

该工作桥为“T”型梁结构，采用C25钢筋混凝土，主梁跨度为7m，共七跨工作桥段。2009年12月初按原设计(全部拆除重建)方案开始实施。在具体拆除方案选取中，考虑了爆破拆除、机械拆除和人工拆除等多种方案比较。其中考虑爆破拆除会对原有老坝体结构以及新浇筑完成的上游防渗面板可能造成扰动或伤害，故排除该方案;因交通桥面宽度和承载能力限制以致大型设备无法进入工作面，机械拆除方案也予以排除;后采用人工拆除方案，具体施工安排是安排两台风镐进行拆除。

最开始对大坝右侧第一跨工作桥进行拆除，因混凝土梁体强度等级较高，且在高空作业存在一定的危险性，工作面也狭小，拆除工作进度很缓慢，即使更换了更有经验的拆除作业人员后进度依然缓慢，施工单位有畏难懈怠情绪。最后用了1个月才完成第一跨的拆除工作。以这种当前进度显然会大大影响后续工作和总进度安排更为严重的是影响年后汛期的工程安全渡汛。

图1 清华大坝水库原工作桥全貌

1.2 设计变更过程

2011年初，业主紧急召集参建各方召开专题会议。通过会议讨论认为:原梁体混凝土经检测部门检测、设计部门复核，强度既然基本满足设计要求，桥梁底面的跨中和两端位置的张拉裂缝大多在允许范围内，可以继续工作，就没有必要一定采用拆除重建方案。又考虑到工作桥上部还要新建景观长廊，会增加桥梁的工作荷载，故有必要对梁体进行加固补强，增加梁底面的整体抗拉强度，使裂缝控制住不再发育伸展即可。最后设计部门进行了加固补强的方案比选和确定设计变更方案如下。

对已完全破坏了梁体的大坝右侧第一跨工作桥采用原设计方案—拆除重建，对其他工作桥采用碳纤维对主梁加固并加宽工作平台宽度至3.8m。通过变更，既达到了原设计意图，也便于施工和满足进度要求且节省了投资。

1.3 具体设计方案

工作桥右边第一跨为全部拆除新建项目，其他六跨皆为部分拆除加固项目，具体加固方案如下:采用300g/m2碳纤维布对工作桥梁底和梁侧用A级胶进行粘贴加固。底部采用与梁底面等宽的4层碳纤维布进行粘贴加固，梁跨中采用一层20cm碳纤维布全断面“U”型包箍，其他部位采用一层20cm碳纤维布均匀间隔20cm“U”型包箍，再在梁顶和梁中沿梁纵向粘贴两条10cm宽的碳纤维布对“U”型包箍加固，使碳纤维布成为一个整体。

2 碳纤维加固施工组织方案

2.1 碳纤维加固工艺简介

碳纤维加固是近年来美日等国家所研发的应用在土木工程中的新型加固补强技术。该方法采用同一方向排列的碳纤维织物，在常温下用环氧树脂胶粘贴于混凝土结构表面，利用其紧密粘着于混凝土结构表面，使二者作为一个新的整体，共同受力，是一种非常简单且优良的加固补强方法，与传统的粘钢加固不同，碳纤维加固在不增加结构物荷重的前提下达到高效加固的目的。

2.2 碳纤维加固特性

(1)强度高:碳纤维加固材料强度普遍较钢材为高，一些特制强化碳纤维强度可达钢材的数倍以上。

(2)超强防水效果:用环氧树脂胶点附于混凝土结构表面，防水效果好，可抑制钢筋腐蚀生锈。

(3)重量轻:其比重比铝厚还要轻，在不增加落重的情况下达到高强度的加固效果。

(4)施工简便:碳纤维重量轻，一般只需手工操作，不受施工空间的限制。施工进度快。不受形状限制不论方形、矩形、六角形及各类不规则形，加固后均可保持物体原状，不影响表面装饰。

2.3 碳纤维施工流程

基底处理→胶粘剂的配置→涂底胶→用整平胶料找平→涂面胶→粘贴碳纤维布→碳纤维布表层涂面胶。

2.3.1 基底处理

(1)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，在剔除后应用C30以上级细石混凝土进行修复。对于水平面以下构件应带水抽干后混凝土表面干燥的情况下方可进行施工。

(2)用混凝土角磨机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。拐角处须将拐角磨圆。

图2 工作桥处理过程中

图3 工作桥梁体碳纤维补强

(3)用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。

2.3.2 胶粘剂的配置

(1)将碳纤维胶按配合比要求称量准确，充分搅拌后即可使用。

(2)配置胶料时应注意以下事项:胶料每次配置量不宜太多，于1小时内用完为宜。

2.3.3 用整平材料找平

混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮补平材料修补填平，高度落差较大的部位应用整平材料填补，尽量减少落差。

2.3.4 粘贴碳纤维布

(1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。

(2)将配置、搅拌好的粘贴胶料用滚筒刷均匀涂刷于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂一些。

(3)配合刮片等工具将碳纤维粘贴于需粘贴部位，用槽滚在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。

(4)多层粘贴应重复以上步骤。

(5)在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂刷一层粘贴胶料。

3 碳纤维加固施工过程

3.1 原材料检验

表1 碳纤维布和配套A 级胶送检数据

由表1可知碳纤维布和配套A级胶符合设计与规范要求。

3.2 现场施工控制措施

(1)原材料经过检测合格后方可使用。

(2)施工人员资格审查后方可上岗。

(3)严格按监理审批后的施工组织方案施工。

(4)严格各工序执行检查验收制度。

(5)已浇混凝土面板终凝后即盖上毡布进行洒水养护直到28天以上。

4 碳纤维加固处理效果

4.1 施工质量检测评价

在施工过程中，与当前施工条件同样的环境下取了一组粘贴钢标准块，采用经检定的粘结强度检测仪进行室内试验，其正拉粘结强度值为3.1～3.6MPa，达到设计要求原构件混凝土的抗拉强度标准值(2.01MPa)的1.5倍的要求，且破坏形式为内聚破坏(为正常破坏形式)，根据《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146∶2003)评定为合格。

4.2 运行实际效果

工作桥工程竣工后，通过几次启闭机运行过程观测，梁体碳纤维布与混凝土面粘结良好，无碳布撕裂、脱胶等异常现象。

图4 竣工后工作桥全貌

整个工作桥碳纤维加固工作施工过程很顺利，只用了2周的时间，不但把按原拆除重建设计方案延误的工期抢了回来还提前了2个月，为实现总工期目标作出了贡献。

原拆除重建设计方案需耗费透支约30万元，采用碳纤维技术只用了15万元，节约了近一半的投资。

5 结语

碳纤维加固工艺在此次清华水库除险加固工程的成功运用，完成了质量、进度、费用的三控制目标。是参建各方通力协作、积极思维、敢于从新、科学工作的成果，成功之处供水利同仁借鉴。