公路運營隧道碳纖維布加固技術應用

景建軍

【摘要】 碳纖維布在混凝土加固修復工程中應用廣泛，本文介紹了在運營公路隧道使用碳纖維布技術加固隧道裂縫的原理、碳纖維布的性能，總結了碳纖維布加固隧道裂縫的施工工藝和要點，可為類似工程提供經驗參考。

【關鍵詞】 公路運營隧道 碳纖維布 加固技術

1.引言

隨著城市交通的發展，既有市政公路隧道日漸成為城市交通的瓶頸，急需進行拓寬改造。為不中斷城市交通，只能封閉半幅隧道施工，另外半幅隧道保持雙向通行。在封閉的半幅隧道開挖爆破過程中，會加劇通行半幅隧道的病害，如裂縫發展加快，拱頂掉塊等現象，產生安全隱患，需要對運營的半幅隧道裂縫進行加固。碳纖維布加固鋼筋混凝土結構裂縫具有施工簡便，施工不受空間限制等有利因素，確定使用碳纖維布技術修復加固該運營隧道。

2.加固原理

碳纖維材料是一種力學性能優異的新材料，它補強加固原理是采用層壓方式，將浸透了樹脂粘膠的碳纖維布貼合到鋼筋混凝土表面，通過樹脂膠結材料的粘合使其與混凝土結合成為一體，提高隧道二襯混凝土的力學性能和延性，延緩爆破沖擊波，有效控制混凝土裂縫延伸。碳纖維布配套樹脂包括底層樹脂，找平樹脂及粘結樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維布的粘結質量，后者的作用是使碳纖維布與混凝土形成一個復合型的整體，共同受力。

碳纖維布加固施工技術有以下優點：具有高強特點，可提高隧道二襯混凝土的承載力；能有效封閉混凝土表面的裂縫，提高混凝土的整體剛度，改善其受力性能；施工時通過樹脂粘結，不損傷原有隧道二襯混凝土結構；施工成本低；施工便利迅速，時效性好；施工空間不受限制；補強物形狀不受限制，具有隨型性特點；不增加恒載和結構物斷面尺寸，不減小隧道凈空；補強質量易檢測；抗酸、堿、腐蝕及不滲透。

3.碳纖維布加固施工工藝

3.1施工準備

⑴施工方案準備：勘查施工現場，編制碳纖維加固施工方案，制定施工計劃。施工前應對隧道進行全面檢查，對隧道二襯混凝土表面的裂縫狀況、基底樹脂的涂敷、碳纖維布的粘貼、養護、表面處理措施進行充分的設計。

⑵施工材料準備：碳纖維布須平整無褶皺彎曲，紋理清晰，符合國家質量標準，進場的碳纖維布必須附帶產品出廠檢驗報告，材料進場后應抽樣送檢，檢驗合格后方可投入使用。粘結樹脂要根據界面膠、整平膠和粘結膠的不同作用，選擇不同粘稠度、粘結強度的樹脂。

⑶施工工具準備：制作移動式作業臺車，臺車須與隧道凈空相適應；砂輪機、攪拌器、稱量器、刮刀、滾筒和油刷。

⑷施工環境準備：加強隧道照明設施，協調交通主管部門，做好交通封閉、交通繞行等管制措施。根據交警審批的封閉區域及交通疏導路線，提前設置交通警示標志，提醒車輛繞行。封閉時刻安排交通協管人員同時在進出路口設置封閉限行標志。夜間施工時做好交通巡視工作，防止個別車輛闖入施工區域，影響施工安全。

⑸滲水裂縫處理：沿施工縫將襯砌鑿開6×6×10cm溝槽，埋設?50mm透水軟管至邊墻墻角排水溝，溝槽采用抗滲強度較高的砂漿回填密實，與原來襯砌面相平。

3.2混凝土裂縫表面處理

隧道二襯混凝土面的打磨與找平，是一道關鍵工序，表面污物、浮漿去除不干凈或不平整、或有錯臺，將嚴重影響碳纖維布與混凝土之間的粘結強度，直接影響施工質量和加固效果。用手提砂輪機將準備貼纖維布的混凝土表面層清理，除去表面疏松層及雜質，并打磨至露出粗骨料界面為止。打磨完成后用高壓氣槍將粉塵及松動物質清除，并確保其表面充分干燥，平整無灰塵。

3.3修復和整平貼合面

貼纖維布范圍內的裂縫，根據裂縫寬度進行裂縫封閉或灌膠處理，然后用無水酒精沖洗混凝土表面，除去表面粉塵。面層上有剝落、孔隙、蜂窩或模板高差的部位，需先清理并磨平，再用找平樹脂進行修復，以消除表面不平整處，待找平表面干燥時再細部打磨。鋼筋露出部位需做防銹處理。若補強施工范圍內存在銳利棱角，須將其磨成圓弧角，以免造成應力集中而降低補強效果。

3.4涂刷底膠

底膠有主劑（環氧樹脂、稀釋劑）和固化劑（改型鋁粉、固化促進劑）兩種成分組成，用低速攪拌機進行充分攪拌。在清理后的隧道二襯混凝土表面涂刷基底樹脂，加強碳纖維布與二襯混凝土表面的粘結力。在有效操作時間內，用滾動性毛刷將底層樹脂均勻涂在粘貼面上，使每一部位均涂有底膠，底膠厚度不應大于2mm。施工時保持環境干燥，濕氣太大將導致樹脂與水氣產生作用而干擾膠化過程。底層樹脂有效操作時間與環境溫度有關，溫度越高可操作時間越短，常溫時，控制操作時間在40min內。

3.5粘貼碳纖維布

粘貼碳纖維布的施工要點：

⑴裁剪碳纖維布：將碳纖維布按設計尺寸預先裁好，纖維布在縱向搭接時，搭接長度須在15cm以上。切口要求整齊，切口與碳纖維布的橫向編織絲重合時，應該將切口適當平移。

⑵配制樹脂：專人按比例配制浸漬樹脂，每次配制的量應以在可用時間內用完為準。其有效操作時間與環境溫度有關，常溫時約60min。

⑶涂刷第一層浸漬樹脂：在確認施工環境干燥、底膠干燥的情況下，用滾筒毛刷將樹脂涂布在預定的區域內，用橡膠刮板均勻抹平。樹脂用量要適當，避免樹脂過量而導致碳纖維布滑移或扭曲，抑或樹脂少導致浸漬不足。

⑷粘貼碳纖維布：將預先剪好的碳纖維布鋪到涂有樹脂的混凝土面上，一邊鋪一邊用刮刀沿纖維方向用力刮平，以去除氣泡，貼平貼片。在整段碳纖維布完全貼合到混凝土表面后，再用脫泡滾筒反復碾壓，使粘貼膠充分滲入碳纖維布中，同時消除纖維布與貼合面之間的氣泡。施工中不要使纖維布出現扭曲、起皺或毛刺。若貼合的碳纖維布表面呈現明顯的扭曲、起皺或隆起，須將該纖維布揭起重鋪。

⑸涂刷第二層浸漬樹脂：碳纖維布浸透刮平后，再涂一層浸漬樹脂，用橡膠刮板、脫泡滾筒重復以上操作，務必使碳纖維布浸漬完全。涂刷時不能損傷碳纖維布。

⑹多層碳纖維布粘貼時，重復上述步驟，間隔時間應不小于12h。

3.6養護與表面處理

在最后一層碳纖維表面均勻涂抹粘貼膠，覆蓋塑料薄膜；養護時間應根據環境溫度來定，常溫時養護3d，溫度低時，可適當延長養護時間。為保護碳纖維布，去除塑料薄膜后，在碳纖維布表面噴一層基底樹脂。

3.7檢查驗收

表1 碳纖維布質量檢查驗收表

序號 檢查項目 規定值或允許偏差 檢測方法

1 外觀平整度 不能有間隙、缺膠區，無皺紋 目視檢測

2 密實度 碳纖維布補強面不能有空洞，空隙率小于5% 金屬錘測試

3 尺寸數量 碳纖維布材料的粘貼尺寸、數量不小于設計要求 尺量

4 粘結強度 拉拔結果破壞面必須為混凝土破壞或拉拔強度大于2.5MPa 現場拉拔試驗

4.工程應用實例

4.1工程概況

××市既有××隧道位于該市二環路東北段，為復合式襯砌結構，隧道建成于1995年，為分離式隧道，雙向4車道，長576米。隧道位于該市道路路網的核心位置，是重要的交通干道之一，目前該隧道為雙向4車道，與全線8車道無法匹配，需要將隧道拓寬改造為雙向8車道。

該隧道共分兩個階段施工，一階段施工隧道右洞，施工期間隧道左洞保持雙向通行。在隧道前幾次右洞的爆破作業時，監控量測單位在對隧道通行洞（左洞）檢查中，發現隧道原有襯砌病害較嚴重地段，會出現1-2cm的小石子掉落，存在較大的安全隱患，需要對運營的半幅隧道裂縫進行加固，延緩爆破沖擊波的動能，提高混凝土的整體性，保證通行安全。

4.2碳纖維布加固處理方案

由于考慮白天不能中斷交通，施工時間短，空間有限，對隧道二襯裂縫采用碳纖維布粘貼加固。隧道加固利用夜間交通流量相對較小的11點至次日凌晨5：30時間段進行作業。

4.3加固施工

在前期充分調查的基礎上確定加固部位，做好各項準備工作，按照施工工藝流程精心組織施工，為確保施工質量，每次施工結束前對粘貼部位進行檢查，發現嚴重空鼓現象，進行重新粘貼。

4.4加固效果

項目于2014年3月25日開始對左洞（通行洞）裂縫加固，9月20日隧道右洞（封閉拓寬施工洞）貫通。在左洞開挖爆破過程中，右洞隧道裂縫未發展延伸，拱頂邊墻未出現掉塊現象，保證了行車安全。

圖1 隧道裂縫加固后效果

5.結束語

總體而言，碳纖維布加固隧道裂縫施工工藝簡單，但要充分注意施工的各個環節，保證加固質量。碳纖維布加固處理方法施工速度快，周期短，優越性明顯，在土木工程加固補強中具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1]碳纖維布補強加固混凝土結構新技術，趙彤 謝劍 天津大學出版社

[2]碳纖維片加固混凝土技術規程， CECS146：2003