一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構的制作方法
【專利說明】一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構，屬于土木工程領域。
【背景技術】
[0003]在水工結構中，高內壓輸水隧洞十分常見。高內壓輸水隧洞如果采用普通鋼筋混凝土襯砌，由于內水壓力過大，隧洞襯砌管壁混凝土中的拉應力極易超過混凝土的極限抗拉強度，混凝土產生裂縫，導致內水滲漏，出現圍巖穩定問題，極易造成較大經濟損失。因此高內壓輸水隧洞一般采用預應力混凝土襯砌。
[0004]高內壓輸水隧洞預應力襯砌大多采用圓形斷面形式。襯砌與圍巖聯合工作，共同承受圍巖壓力和其他荷載，以保持隧洞安全和圍巖的穩定。預應力混凝土襯砌通過張拉混凝土襯砌內的錨索使襯砌產生預應力，可使襯砌厚度減薄，顯著降低工程造價和施工難度、加快施工進度，可以有效彌補混凝土抗拉強度低和延展性能低的缺點。錨具槽是隧洞預應力襯砌結構的薄弱環節，錨具槽會削弱其局部混凝土的剛度，錨具槽附近部位內表面混凝土極易出現較大拉應力區，產生裂縫，導致內水外滲，并有可能產生錨具腐蝕，如果不加以處理，任裂縫發展甚至可能造成錨索失效的重大安全事故。
[0005]為了抑制高內壓輸水隧洞預應力襯砌錨具槽部位裂縫開展導致的安全隱患問題，國內較為成熟的改善加固措施是采用局部粘貼鋼板加固襯砌，簡稱為粘剛加固法。粘鋼加固法是用結構膠粘劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構易開裂部位表面，使其具有良好的共同工作性能，能達到加固和增強原結構強度和剛度的目的。粘鋼所占空間小，加固方法簡單、施工周期短、消耗材料少。粘鋼加固部位、范圍與強度可視加固設計的構造需要而定，是較為常用的加固技術。但是粘剛加固法存在以下問題:(1)采用粘貼鋼板加固鋼筋混凝土結構構件，不宜超過3層，且鋼板總厚度不宜大于10mm，特殊形狀鋼板的加工及運輸成本高；(2)粘剛加固法適用于環境溫度不超過60°C，相對濕度不大于70%及無化學腐蝕的使用環境中，在高壓輸水隧洞中容易腐蝕生銹，后期維護費用高。碳纖維布加固具有以下粘鋼加固法所不具備的優點:(1)施工質量易保證。與粘鋼加固法比較，碳纖維布是柔性的，即使被加固的結構表面不是非常平整也可以達到有效的粘貼率;(2)耐腐蝕性和耐久性好。用碳纖維布補強加固預應力鋼筋混凝土結構有良好的耐腐蝕性和耐久性，使用這種加固方式對結構進行處理以后，不需要粘鋼法所必需的定期防銹維護，可節省大筆的維修費用；(3)施工便捷、功效高、運輸方便。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構，它可以有效抑制高內壓輸水隧洞預應力襯砌錨具槽部位裂縫的開展，防止出現內水滲漏以及錨索失效問題，有效保證結構受力穩定與運行安全。
[0007]本發明采用的技術方案:
一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構，包括鋼筋混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌中預埋的預應力錨索、鋼筋混凝土襯砌錨具槽上粘貼的碳纖維布和起固定作用的碳纖維銷釘。
[0008]所述碳纖維布的兩端通過碳纖維銷釘深入鋼筋混凝土襯砌中的孔道，孔道中注入結構膠粘劑，通過結構膠粘劑將碳纖維銷釘與鋼筋混凝土襯砌粘結在一起。
[0009]所述碳纖維銷釘露出鋼筋混凝土襯砌的頭部呈花瓣形，粘貼固定在碳纖維布上，并且在固定區域再粘貼一層碳纖維布。
[0010]在上述技術方案的實施過程中，現場現澆預應力鋼筋混凝土襯砌，鋼筋混凝土襯砌中預埋預應力錨索的張拉孔道以及預設錨具槽，在鋼筋混凝土襯砌達到一定的強度等級后進行預應力錨索的張拉和錨固工作，使鋼筋混凝土襯砌獲得一定的預壓應力。
[0011]預應力錨索的施工包含預應力錨索的編束、穿孔、張拉、錨固以及張拉孔道和錨具槽的回填灌漿等一系列工序，工藝復雜，施工要求高。
[0012]在錨具槽部位粘貼碳纖維布。在粘貼好的碳纖維布兩端的鋼筋混凝土襯砌上鉆有孔道，碳纖維銷釘置入孔道中，孔道中注入結構膠粘劑，將碳纖維銷釘與鋼筋混凝土襯砌粘接在一起，鋼筋混凝土襯砌外部露出的碳纖維銷釘兩端頭呈花瓣形展開，與鋼筋混凝土襯砌上面粘貼的碳纖維布粘貼固定，固定區域再加貼一層碳纖維布，起到錨固碳纖維銷釘頭部的作用，以保障碳纖維布與鋼筋混凝土襯砌協同工作。
[0013]碳纖維布的粘貼層數為一層或數層不等，具體粘貼層數，通過有限元計算確定。
[0014]在上述技術方案中，覆蓋碳纖維銷釘的最外層碳纖維布在粘貼完成后，在其表面刮涂環氧膠泥進行表面防腐保護。
[0015]本發明適用于高內水壓力輸水隧洞預應力襯砌結構。
[0016]本發明原理如下:(1)現饒預應力鋼筋混凝土襯砌。支護并加固圍巖，與圍巖一起承受圍巖壓力、內水壓力和其他荷載，保證輸水隧洞安全穩定運行。(2)碳纖維布。在錨具槽部位粘貼碳纖維布，抑制錨具槽部位裂縫開展，防止內水外滲造成腐蝕性破壞。(3)碳纖維銷釘。增強碳纖維布與槽口及其周邊混凝土的結合，確保碳纖維布與襯砌混凝土的聯合受力并保證防滲性能。(4)環氧膠泥。主要起到防腐作用。
[0017]與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下:
①碳纖維布強度高，密閉性好，能較好地防止鋼筋混凝土襯砌中錨具槽部位混凝土開裂造成內水外滲弓丨起的腐蝕性破壞問題。
[0018]②碳纖維布輕薄，便于裁剪成任何形狀，施工簡單、便捷。
[0019]③提高了高內壓輸水隧洞預應力襯砌結構的使用壽命期限和安全穩定性，社會經濟效益顯著。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明中高內壓輸水隧洞預應力襯砌結構的斷面示意圖。
[0021]圖2是碳纖維銷釘嵌固碳纖維布示意圖。
[0022]圖3是粘貼碳纖維布結構局部放大圖。
[0023]圖中:1一鋼筋混凝土襯砌；2—預應力錨索；3—錨具槽;4一碳纖維布;5—碳纖維銷釘;6—底膠;7—修補膠;8—結構膠粘劑;9 一環氧膠泥。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖詳細說明本發明的實施情況，但它們并不構成對本發明的限定，僅作舉例而已。同時通過說明，本發明的優點將變得更加清楚和容易理解。
[0025]如圖1?圖3所示，一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構，包括鋼筋混凝土襯砌，襯砌中預埋的預應力錨索，襯砌錨具槽上粘貼的碳纖維布和起固定作用的碳纖維銷釘。
[0026]所述碳纖維布的兩端通過碳纖維銷釘深入鋼筋混凝土襯砌中的孔道，孔道中注入結構膠粘劑，通過結構膠粘劑將碳纖維銷釘與鋼筋混凝土襯砌粘結在一起。
[0027]所述碳纖維銷釘露出鋼筋混凝土襯砌的頭部呈花瓣形，粘貼固定在碳纖維布上，并且在固定區域再粘貼一層碳纖維布。
[0028]本發明的具體施工過程如下:
1、開挖巖體后，在鋼筋混凝土澆筑前，按所要求的形狀埋設預應力鋼筋張拉孔道以及預留錨具槽和碳纖維銷釘孔道，然后澆筑鋼筋混凝土，待混凝土達到一定的強度后將預應力錨索穿入孔道并進行張拉錨固，最后對錨具槽槽口部位回填混凝土。
[0029]2、對錨具槽槽口部位回填混凝土并進行防腐處理后，在錨具槽粘貼碳纖維布，其施工工藝流程為:定位放線—對錨具槽及周邊混凝土進行表面處理—配制并涂刷底膠—配制修補膠并對混凝土表面不平整處進行填補和找平處理—配制并涂刷結構膠粘劑—粘貼碳纖維布—表面刷涂環氧膠泥—固化養護。
[0030]3、按以下要求對粘貼混凝土進行表面處理:(1)清除加固部位混凝土表面的夾渣、疏松、蜂窩、麻面、起砂、腐蝕等混凝土缺陷，露出混凝土結構層;將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈，使其表面平整;將混凝土構件表面凸出部分打磨平整;棱角部位用磨光機磨成圓角，圓角半徑在30mm以上。(2)按設計要求對裂縫進行灌注或封閉處理。
[0031]4、按以下要求涂底膠:(1)按膠粘劑生產廠家提供的工藝條件配制底膠。(2)將配好的底膠材料用滾筒刷均勻地涂刷于混凝土構件表面，指觸干燥后進行下一道工序的施工。
[0032]5、按以下要求進行找平處理:(1)按產品生產廠家提供的工藝條件配制修補膠。
(2)對混凝土表面凹陷部位用修補膠填補平整，不應有棱角，轉角處應采用修補膠修成光滑的圓弧，其曲率半徑不應小于20_，修補膠表面指觸干燥后，盡快進行下一工序的施工。
[0033]6、按以下要求粘貼碳纖維布:(1)按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。為便于粘貼，裁剪好的碳纖維布卷在小圓棍或圓筒上，并編號以供使用。裁剪和卷布過程中，碳纖維布表面應無灰塵、雜物。(2)在氣溫為10°C以上、相對濕度小于85%的條件下，在修補膠表面粘貼第一層碳纖維布，包括下涂和貼片兩個步驟:下涂步驟是指用滾筒刷在修補膠表面均勻地涂抹結構膠粘劑;貼片步驟是指將碳纖維布用手輕壓貼于需粘貼的位置，粘貼時，采用專用滾筒沿纖維方向在碳纖維布上滾壓兩次以上，將碳纖維布和結構膠粘劑之間的空氣擠壓排出，使結構膠粘劑充分浸透碳纖維布。(3)多層粘貼重復(2)步驟。
[0034]7、養護。將上述碳纖維布在氣溫為10?30°C、相對濕度為60%?85%的條件下自然養護1?2h，達到初期固化，初期固化期間不受碰撞，初期固化后繼續養護1?2周，達到完全固化。
[0035]8、施工質量檢測驗收合格后，在最外層碳纖維布表面涂抹一層環氧膠泥。
【主權項】
1.一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構，其特征在于，包括鋼筋混凝土襯砌(1)、鋼筋混凝土襯砌中預埋的預應力錨索(2)、鋼筋混凝土襯砌錨具槽(3)上粘貼的碳纖維布(4)和起固定作用的碳纖維銷釘(5)。2.根據權利要求1所述的預應力襯砌結構，其特征在于，所述碳纖維布(4)的兩端通過碳纖維銷釘(5)深入鋼筋混凝土襯砌(1)中的孔道，孔道中注入結構膠粘劑，通過結構膠粘劑將碳纖維銷釘與鋼筋混凝土襯砌粘結在一起。3.根據權利要求1所述的預應力襯砌結構，其特征在于，所述碳纖維銷釘(5)露出鋼筋混凝土襯砌的頭部呈花瓣形，粘貼固定在碳纖維布(4)上，并且在固定區域再粘貼一層碳纖維布(4)。4.根據權利要求1所述的預應力襯砌結構，其特征在于，在覆蓋碳纖維銷釘的碳纖維布(4)外表面刮涂一層環氧膠泥。
【專利摘要】本發明涉及一種高內壓輸水隧洞的預應力襯砌結構，屬于土木工程領域。包括鋼筋混凝土襯砌、襯砌中預埋的預應力錨索襯砌錨具槽上粘貼的碳纖維布和起固定作用的碳纖維銷釘。所述碳纖維布的兩端通過碳纖維銷釘深入鋼筋混凝土襯砌中的孔道，孔道中注入結構膠粘劑，通過結構膠粘劑將碳纖維銷釘與鋼筋混凝土襯砌粘結在一起。所述碳纖維銷釘露出鋼筋混凝土襯砌的頭部呈花瓣形，粘貼固定在碳纖維布上，并且在固定區域再粘貼一層碳纖維布。本發明有效地解決了高內壓輸水隧洞預應力襯砌結構錨具槽部位混凝土因拉應力過大而出現裂縫甚至造成錨索失效的技術難題，具有廣泛的應用前景。
【IPC分類】E21D20/02, E21D11/10
【公開號】CN105422134
【申請號】CN201510853343
【發明人】曹生榮, 殷娟
【申請人】武漢大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月30日