專利名稱：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種加固水下結(jié)構(gòu)的方法，尤其是一種利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料網(wǎng)格筋加固如橋梁基礎(chǔ)、墩柱、壩體等水下結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
建筑物如房屋、橋梁、隧道、大壩等，在使用過(guò)程中由于材料老化、荷載 增加、結(jié)構(gòu)部分損壞等會(huì)對(duì)導(dǎo)致其承載能力和耐久性降低，影響所述建筑物的 使用安全性，特別是對(duì)于位于水下的結(jié)構(gòu)由于其環(huán)境比水上更加惡劣，因此問(wèn) 題尤為突出。
例如，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2007年，我國(guó)各類橋梁約有五十二萬(wàn)座。這其中相 當(dāng)數(shù)量的橋梁基礎(chǔ)、墩柱位于水中，橋梁水下結(jié)構(gòu)的使用條件和使用環(huán)境較之 水上結(jié)構(gòu)更為惡劣。例如，水下較高的靜態(tài)應(yīng)力和疲勞應(yīng)力、河水沖刷、淘刷、 磨損、氣蝕、嚴(yán)寒地區(qū)的凍融和侵蝕、船舶碰撞、浮冰及地震襲擊、環(huán)境載荷 (如生物附著)和工作載荷等，均易導(dǎo)致橋梁水下結(jié)構(gòu)形成各類損傷缺陷。調(diào) 査發(fā)現(xiàn)，在上部結(jié)構(gòu)基本能滿足使用要求的條件下，許多橋梁水下橋墩、樁柱 出現(xiàn)不同程度的混凝土表面脫落、蜂窩、裂縫、露筋、淘空等病害，相對(duì)上部 結(jié)構(gòu)而言，橋梁的下部水下結(jié)構(gòu)損傷更加普遍。這些損傷、缺陷導(dǎo)致橋梁承載 能力和耐久性降低，嚴(yán)重危及使用安全和橋梁的壽命。
對(duì)于水下如橋梁基礎(chǔ)、墩柱、壩體結(jié)構(gòu)的病害整治、加固的公知方法之一
是圍堰棄水外包鋼筋混凝土加固法首先在待加固水下結(jié)構(gòu)的四周設(shè)置鋼板 樁圍堰，圍堰的高度取決于水的深度，圍堰設(shè)置完畢抽出圍堰內(nèi)的水，對(duì)圍堰 漏水處進(jìn)行加固堵漏、防滲處理，隨后，對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行處理，在 四周綁扎鋼筋，支護(hù)模板，灌注混凝土，最后對(duì)圍堰進(jìn)行回收。圍堰棄水外包鋼筋混凝土加固法因?yàn)槭┕r(shí)需要棄水、防水處理，必須在 四周打設(shè)圍堰，對(duì)航道影響大，占用資源多，圍堰的材料費(fèi)用及施工費(fèi)用十分 巨大，工期長(zhǎng)。此施工方法的輔助設(shè)施的間接費(fèi)用可高達(dá)加固本身直接費(fèi)用的 數(shù)十倍、甚至百倍，使得水下結(jié)構(gòu)加固投入資源較多，經(jīng)濟(jì)性差，并且施工過(guò) 程中占用航道空間，社會(huì)影響大，尤其對(duì)交通運(yùn)輸繁忙的河道，加固過(guò)程中的 間接影響更是不可估量。另外，由于采用普通混凝土與鋼筋，外包鋼筋混凝土 加固中的外部混凝土依舊面臨沖刷、剝落等病害威脅，新增鋼筋仍然存在銹蝕 等耐久性問(wèn)題。
另一種方法為粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)加固法。隨著纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 (FRP)的研究與開發(fā)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)近年來(lái)在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域得到了大量的應(yīng) 用，如中國(guó)專利第"200410013077.9"號(hào)，公開了 "一種加固鋼管混凝土受壓 構(gòu)件的方法"，但僅局限于千燥環(huán)境下結(jié)構(gòu)用FRP纖維織物進(jìn)行加固與修復(fù)。
而對(duì)于水下結(jié)構(gòu)，此方法首先需要潛水員潛入水下對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)表面 進(jìn)行預(yù)處理，按設(shè)計(jì)對(duì)FRP布材下料，采用水下環(huán)氧樹脂對(duì)FRP布材進(jìn)行預(yù)浸， 隨后，在水下由潛水員將預(yù)浸的FRP布材纏繞粘貼待加固水下結(jié)構(gòu)表面。粘貼 FRP加固法將普通水上的加固方法應(yīng)用于水下，具有FRP加固法的施工方便、 工期短、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，在節(jié)約成本方面具有顯著的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，但在 預(yù)浸的FRP布材纏繞粘貼加固時(shí)，由于包裹在內(nèi)部的水無(wú)法順利排除，F(xiàn)RP與 待加固結(jié)構(gòu)粘貼界面普遍存在空鼓顯現(xiàn)，與干燥環(huán)境使用相比，加固效果大幅 度下降。因此，普通FRP布材在水下環(huán)境中的粘貼纏繞施工無(wú)法達(dá)到預(yù)期的加
固效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種如對(duì)橋梁基礎(chǔ)、墩柱、壩體、水池等水下結(jié)構(gòu)常 見病害、承載力不足的加固方法，尤其是一種利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加 固水下結(jié)構(gòu)的方法，以實(shí)現(xiàn)高速、便捷、廉價(jià)、可靠的水下結(jié)構(gòu)加固。
6為此，本發(fā)明提出一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方 法，包括以下步驟
對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)的混凝土表面進(jìn)行處理；
將至少一層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋包覆于所述待加固水下結(jié)構(gòu)的表面； 在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的外部設(shè)置隔離體，并使隔離體的高度大于等于包
覆在待加固水下結(jié)構(gòu)表面上的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的高度； 對(duì)所述隔離體的底部進(jìn)行混凝土封閉；
在所述隔離體與待加固結(jié)構(gòu)之間的空隙內(nèi)灌壓水下環(huán)氧樹脂或水下不分散 砂漿或水下不分散混凝土。
在本發(fā)明中，主要涉及待加固水下結(jié)構(gòu)、FRP網(wǎng)格筋、隔離體(套管或鋼模
板)和水下環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)幾部分，其中
待加固水下結(jié)構(gòu)可為各類橋墩、基礎(chǔ)或壩體、水池其它水下結(jié)構(gòu)；FRP網(wǎng)格筋 可為碳纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)格筋、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)格筋、玻璃纖維增強(qiáng)塑料 網(wǎng)格筋或芳綸纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)格筋中的一種，通過(guò)將FRP網(wǎng)格筋包裹于待加固 水下結(jié)構(gòu)的表面，其橫向筋提供抗剪、約束作用，縱向筋錨固于底部提供抗彎 作用；隔離體包覆于FRP網(wǎng)格筋外側(cè)，為了便于施工，其在縱向(高度方向)由 多個(gè)節(jié)段構(gòu)成，各個(gè)節(jié)段之間采用法蘭連接或焊接連接，其提供水下環(huán)氧樹脂 (或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)灌注的外側(cè)模板；水下環(huán)氧樹脂(或 水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)灌壓于待加固水下結(jié)構(gòu)與隔離體之間的 空隙，將FRP網(wǎng)格筋埋入其中，提供FRP網(wǎng)格筋與待加固水下結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié) 及耐久性保護(hù)。
本發(fā)明克服了公知的水下結(jié)構(gòu)加固方法存在的缺陷，具有以下顯著特點(diǎn)
(1) 加固迅速快捷，工期短，能滿足水下結(jié)構(gòu)在突發(fā)事件下的緊急修復(fù)。
(2) 本發(fā)明的隔離體(套管、鋼模板)包覆于FRP網(wǎng)格筋外側(cè)，其起到了灌 壓水下環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)時(shí)的外側(cè)模板作用， 因此加固過(guò)程不需要棄水、防水處理，無(wú)須圍堰等輔助設(shè)施，加固費(fèi)用低。(3) 本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，由于施工時(shí)不需要棄水、防水處理，在待加固水 下結(jié)構(gòu)的四周不需要打設(shè)圍堰，因此施工過(guò)程對(duì)航道影響小，且加固后不會(huì)減 小橋梁跨度的通航空間。
(4) 加固后能對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土、鋼筋或鋼管起到保護(hù)作用，有效提高結(jié) 構(gòu)耐久性。
(5) 適用性廣，能對(duì)橋墩、承臺(tái)、壩體、水池以及樁基礎(chǔ)進(jìn)行加固及耐久
性保護(hù)。
(6) 所使用的材料和所采用的技術(shù)適用于水環(huán)境。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。 其中，
圖1是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)方法的工藝流程
圖2是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)方法一個(gè)實(shí)施例的 工藝流程圖3是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4到圖11是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法的各 工步的示意圖其中，
圖4是本發(fā)明的待加固水下結(jié)構(gòu)(以橋墩為例)示意圖5為待加固水下結(jié)構(gòu)的底部承臺(tái)上設(shè)有錨孔的局部剖視示意圖6為將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋包覆在待加固水下結(jié)構(gòu)上的示意圖7表示將套管套置在待加固水下結(jié)構(gòu)的外部的示意圖8表示對(duì)套管外側(cè)底部封閉混凝土澆筑示意圖9、圖9A表示向套管和待加固水下結(jié)構(gòu)之間灌壓水下環(huán)氧樹脂(或水下 不分散砂漿或水下不分散混凝土)的示意圖；圖10表示拆除套管示意圖11表示已完成加固作業(yè)后的水下結(jié)構(gòu)示意圖12是圖6中I處的局部放大示意圖，表示墊塊的設(shè)置；
圖13是圖11中II處的局部放大示意圖，表示縱向筋底端錨固結(jié)構(gòu)；
圖14是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15是采用兩層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)與對(duì)比柱的滯回 線比較；
圖16是采用兩層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料筋是 否底部錨固的滯回曲線比較。
具體實(shí)施例方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說(shuō) 明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，包 括以下步驟
對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)1的混凝土表面進(jìn)行處理；
將至少一層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋4包覆于所述待加固水下結(jié)構(gòu)1的表
面；
在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的外部設(shè)置隔離體，并使隔離體的高度大于等于包 覆在待加固水下結(jié)構(gòu)1表面上的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋4的高度； 對(duì)所述隔離體的底部進(jìn)行混凝土封閉；
向所述隔離體與待加固結(jié)構(gòu)之間的空隙內(nèi)灌壓填充材料——水下環(huán)氧樹脂 2 (或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)。
本發(fā)明的方法加固迅速快捷，工期短，能滿足水下結(jié)構(gòu)在突發(fā)事件下的緊 急修復(fù)。通過(guò)將隔離體包覆于FRP網(wǎng)格筋外側(cè)，其起到了灌壓水下環(huán)氧樹脂(或 水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)時(shí)的外側(cè)模板作用，因此加固過(guò)程不需要棄水、防水處理，無(wú)須圍堰等輔助設(shè)施，加固費(fèi)用低。
圖2是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)方法一個(gè)實(shí)施例的
工藝流程圖；圖3是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)一個(gè)具體 實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4至圖ll是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水 下結(jié)構(gòu)的方法的各工步的示意圖，其中，圖4以橋墩為例示意性地表示了待加 固水下結(jié)構(gòu)；圖5待加固水下結(jié)構(gòu)的底部承臺(tái)上設(shè)有錨孔的局部剖視示意圖； 圖6為將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋包覆在待加固水下結(jié)構(gòu)上的示意圖；圖7表 示將套管套置在待加固水下結(jié)構(gòu)的外部的示意圖；圖8表示對(duì)套管外側(cè)底部封 閉混凝土澆筑示意圖；圖9、圖9A表示向套管和待加固水下結(jié)構(gòu)之間灌壓水下 環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)的示意圖；圖IO表示拆除 套管示意圖；圖ll表示已完成加固作業(yè)后的水下結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是圖6中 I處的局部放大示意圖，表示墊塊的設(shè)置；圖13是圖11中II處的局部放大示 意圖，表示縱向筋底端錨固結(jié)構(gòu)；圖14是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的結(jié)構(gòu)示意 圖。以下請(qǐng)配合參見圖2-圖14，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
請(qǐng)配合參見圖14所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋4由橫向筋41和縱向筋42 兩個(gè)方向的筋材組成，且所述橫向筋41和縱向筋42相互交叉形成網(wǎng)格狀，網(wǎng) 格的面積43。橫向筋41和縱向筋42二者直徑與間距S1、 S2可以相等也可不 等。FRP網(wǎng)格筋的材料類型、橫向筋和縱向筋的直徑與間距等參數(shù)根據(jù)耐久性 加固、承載力加固、抗震加固、損傷修復(fù)等不同加固目的進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，可為 碳纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)格筋、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)格筋、玻璃纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)格 筋或芳綸纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)格筋中的一種，通過(guò)環(huán)向包裹于待加固水下結(jié)構(gòu)四周， 其橫向筋提供抗剪、約束作用，縱向筋錨固于底部提供抗彎作用。
在對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)l的混凝土表面進(jìn)行處理時(shí)，例如，可以使用高壓風(fēng) 動(dòng)鎬、高壓水槍清除待加固水下結(jié)構(gòu)l表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化 混凝土及附生在混凝土表面的水生物；采用水下砂輪機(jī)打磨結(jié)構(gòu)表面混凝土砂 漿浮層，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，對(duì)于較大孔洞處可以采用修復(fù)材料修復(fù)平整。在完成對(duì)圖4所示待加固水下結(jié)構(gòu)1的混凝土表面進(jìn)行處理后，如圖5、 6
所示，在對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)1進(jìn)行抗彎加固時(shí)，在所述待加固水下結(jié)構(gòu)1的底
部承臺(tái)6上鉆孔制作錨孔61，所述錨孔61的制作可以采用水下沖擊鉆，根據(jù) 所采用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋4的各縱向筋42的間距、預(yù)定位置及縱向筋 42的直徑要求在底部承臺(tái)6上進(jìn)行鉆孔制作錨孔61，錨孔61的直徑比所述纖 維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的縱向筋42的直徑大4mm-8mm;如圖13所示，所述 錨孔61的深度Ld至少為100mm或大于等于10dl，以滿足FRP網(wǎng)格筋的縱向 筋錨入承臺(tái)6內(nèi)的強(qiáng)度要求。其中dl為縱向筋42的直徑。將所述纖維增強(qiáng)復(fù) 合材料網(wǎng)格筋的縱向筋42下端插入錨孔61內(nèi)，并通過(guò)水下樹脂將縱向筋的下 端錨固在所述承臺(tái)上設(shè)置的錨孔內(nèi)。
包覆在所述待加固水下結(jié)構(gòu)1表面的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋層可以是多 層，該多層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋4可以采用連續(xù)的纏繞的方式包覆在所述 待加固水下結(jié)構(gòu)的表面，也可以將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋裁剪為規(guī)定的長(zhǎng)度， 將多段纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋逐層包覆在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的表面，為了 搭接可靠，應(yīng)使各層的環(huán)向搭接處相互錯(cuò)開，且環(huán)向搭接長(zhǎng)度不小于200mm。 并將各縱向筋42的下端錨固在承臺(tái)6上設(shè)置的錨孔61內(nèi)。
另外，如圖6、圖12所示，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋4的橫向筋41和 縱向筋42相交的節(jié)點(diǎn)處的內(nèi)部和外部均可設(shè)置位置墊塊40，不必在各節(jié)點(diǎn)處 逐一設(shè)置墊塊40，兩墊塊之間可間隔幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。所述墊塊40的設(shè)置數(shù)量在此 不作限定，只要能確保使FRP網(wǎng)格筋4與待加固水下結(jié)構(gòu)1之間、FRP網(wǎng)格筋 4與隔離體之間形成一定的空隙，滿足設(shè)計(jì)要求即可。
在本實(shí)施例中，待加固水下結(jié)構(gòu)1為一柱狀體，則所述隔離體為套管3。 如圖7、 8所示，將套管3沿環(huán)向套置在所述柱狀體外部，具體步驟是，為了便 于安裝，所述套管3由多節(jié)構(gòu)成，每一節(jié)套管3至少由沿縱向剖開的兩部分構(gòu) 成，將套管3逐節(jié)沿環(huán)向拼裝包覆在所述待加固水下結(jié)構(gòu)1上，各節(jié)套管3之 間通過(guò)法蘭螺栓連接或相互焊接連接。所述每一節(jié)套管3自身的縱向接合面之
11間，以及與其它套管之間的連接處31均設(shè)有密封墊，從而使連接成一體的套管
形成一密封體。所述套管3連接安裝后的高度大于等于包覆在待加固水下結(jié)構(gòu) 1表面上的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋4的高度，且套管3的最終頂面標(biāo)高H應(yīng) 高于外部水面高度0.5m以上。
當(dāng)待加固水下結(jié)構(gòu)1為非圓形截面時(shí)，F(xiàn)RP網(wǎng)格筋可預(yù)先生產(chǎn)為與待加固 水下結(jié)構(gòu)的橫截面形狀相匹配的形狀，而套設(shè)置在待加固水下結(jié)構(gòu)四周的套管 也可采用多部分拼裝成與其橫截面形狀相匹配的形狀。
在將底部第一節(jié)套管套置在待加固水下結(jié)構(gòu)l的外部后，如圖8所示，采 用模袋混凝土在第一節(jié)鋼套管外側(cè)對(duì)套管3底部進(jìn)行封閉，密封所述第一節(jié)套 管的底部外側(cè)。其中，封閉混凝土 5的厚度大于等于300m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25 在以上。
如圖9、圖9A所示，在所述套管3與待加固水下結(jié)構(gòu)1之間進(jìn)行灌壓作業(yè) 時(shí)，采用公知的水下高壓灌注技術(shù)，可以通過(guò)位于搭建的施工平臺(tái)上(或船) 的高壓灌漿機(jī)，將預(yù)先配制的水下環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂漿或水下不分散 混凝土)灌壓入套管3內(nèi)。灌壓管如圖中箭頭A所示，由套管3的頂部向下伸 入套管的底部，在灌壓過(guò)程中所述灌壓管一直埋于灌注材料內(nèi)，自下而上連續(xù) 穩(wěn)定地進(jìn)行灌壓作業(yè)，不得中斷，如圖中箭頭B所示，套管內(nèi)的水隨著灌壓過(guò) 程從套管3的上端溢出，最終形成如圖3所示的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固 水下結(jié)構(gòu)。
當(dāng)采用水下環(huán)氧樹脂填充套管3與待加固水下結(jié)構(gòu)1之間的空隙時(shí)，空隙 的厚度宜盡量小，最好使所述空隙略大于FRP網(wǎng)格筋的厚度，以達(dá)到減少材料 用量節(jié)約成本的目的。當(dāng)采用水下不分散砂漿或水下不分散混凝土填充套管與 待加固水下結(jié)構(gòu)之間的空隙時(shí)，空隙的厚度應(yīng)大于等于50rnm，以方便施工確保 可靠的工程質(zhì)量。在灌壓過(guò)程中，使所述水下環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂漿或 水下不分散混凝土)充滿所述套管與待加固水下結(jié)構(gòu)之間的空隙，將纖維復(fù)合 材料筋與待加固水下結(jié)構(gòu)結(jié)合成一個(gè)整體。所采用的水下樹脂要求具有優(yōu)異的疏水性能和特別高的水下粘結(jié)強(qiáng)度(水下鋼對(duì)鋼剪切強(qiáng)度〉14MPa);所采用的不 分散砂漿或水下不分散混凝土應(yīng)具有較好的流動(dòng)性、無(wú)收縮性和較高的粘結(jié)強(qiáng) 度。
其中，所述套管3起到了水下環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂槳或水下不分散
混凝土)灌注的外側(cè)模板作用。通過(guò)將水下環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂漿或水
下不分散混凝土)灌壓于待加固水下結(jié)構(gòu)與套管之間，將FRP網(wǎng)格筋埋入水下 環(huán)氧樹脂(或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)內(nèi)，提供FRP網(wǎng)格筋與待 加固水下結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)及耐久性保護(hù)。
此外，所述套管可以采用壁厚5mm以上的鋼套管，可重復(fù)利用。如圖IO、 ll所示，在完成灌壓加固作業(yè)后，用同條件養(yǎng)護(hù)試件檢測(cè)套管內(nèi)水下環(huán)氧樹脂 (或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土)的強(qiáng)度，待其強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后， 由潛水員切斷底部第一、二節(jié)套管的聯(lián)系，對(duì)底部第一節(jié)以上套管(即位于澆注 了封閉混凝土以上的套管)進(jìn)行回收。為保證加固作業(yè)完成后套管拆除方便，在 套管安裝作業(yè)前，在所述套管朝向待加固水下結(jié)構(gòu)一側(cè)的內(nèi)部表面上均勻涂抹 隔離劑。
在待加固水下結(jié)構(gòu)的作業(yè)環(huán)境不利于套管回收的情況下，所述套管也可為 薄壁的不銹鋼套管，此時(shí)縱向各節(jié)薄壁不銹鋼管可為焊接連接，在完成加固作 業(yè)后，該不銹鋼套管可不予回收。
本發(fā)明的另一種可行的實(shí)施方式是，在僅需對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)作約束或抗 剪加固時(shí)，在將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋包覆于待加固水下結(jié)構(gòu)的作業(yè)過(guò)程中， FRP網(wǎng)格筋的縱向筋下端可不做錨固要求，因此可不在待加固水下結(jié)構(gòu)1的底 部承臺(tái)上進(jìn)行錨孔的鉆孔作業(yè)。其它作業(yè)步驟、方法、工作原理和有益效果與 上述實(shí)施方式相同，在此不再贅述。
本發(fā)明再一種可行的實(shí)施方式是，當(dāng)待加固水下結(jié)構(gòu)并不需要對(duì)四周進(jìn)行 包覆加固，如水下橋墩或基礎(chǔ)僅某一側(cè)面需要加固，或待加固水下結(jié)構(gòu)為大壩、 水池的部分水下平面結(jié)構(gòu)時(shí)，將鋼模板設(shè)置在所述待加固面的外部，并將所述鋼模板的兩端與待加固水下結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行密封連接。其中，所述鋼模板在高度 方向上可由多節(jié)板體通過(guò)法蘭螺栓或焊接連接。在寬度方向，當(dāng)待加固面較大 時(shí)，每一節(jié)鋼模板也可由多塊拼裝而成。在各塊體的結(jié)合部之間設(shè)有密封墊，
使連接成一體的鋼模板形成一密封體。所述鋼模板的厚度大于等于5mm，可重 復(fù)利用。在完成灌壓加固作業(yè)后，由潛水員切斷底部第一、二節(jié)鋼模板的聯(lián)系， 對(duì)底部第一節(jié)以上鋼模板(即位于澆注了封閉混凝土以上的鋼模板)進(jìn)行回收。 為保證加固作業(yè)完成后鋼模板拆除方便，在進(jìn)行鋼模板安裝作業(yè)前，在所述鋼 模板朝向待加固水下結(jié)構(gòu)一側(cè)的內(nèi)部表面上均勻涂抹隔離劑。其它作業(yè)步驟、 方法、工作原理和有益效果與上述實(shí)施方式相同，在此不再贅述。
以下通過(guò)對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的性能檢驗(yàn)，進(jìn)一步說(shuō)
明本發(fā)明的技術(shù)效果
1) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋與水下被加固結(jié)構(gòu)的混凝土界面之間粘貼性能
測(cè)試
針對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋與水下被加固結(jié)構(gòu)的混凝土界面之間粘貼性 能測(cè)試的單剪試驗(yàn)，其試件的尺寸300mfflX300 mmX60鵬，測(cè)試過(guò)程中記錄其 最大承載力和剝離破壞模式，測(cè)試結(jié)果證實(shí)了 FRP網(wǎng)格筋與混凝土界面之間強(qiáng) 有力的粘結(jié)性能。
2) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)提高混凝土柱軸向承載力和極限 應(yīng)變的試驗(yàn)
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋例如可采用日本新日鐵公司提供的一種纖維增強(qiáng) 復(fù)合材料網(wǎng)格筋，網(wǎng)格筋中每片纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋截面積4.4mm2，抗拉 強(qiáng)度1400MPa，彈性模量100GPa。極限應(yīng)力提高如下l層間距50mm網(wǎng)格 9.2%; 1層間距60mm網(wǎng)格4.2%; 1層間距30mm網(wǎng)格30%; 2層間距30mm 網(wǎng)格73.8%。極限應(yīng)變提高如下l層間距50mm網(wǎng)格98.3%; 1層間距60mm 網(wǎng)格卯.3%; l層間距30mm網(wǎng)格132%; 2層間距30mm網(wǎng)格206%?？?br> 見纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固柱與未加固柱比較，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格
14筋加固的各柱的極限應(yīng)力、極限應(yīng)變等均有明顯的增加。
3) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)提高混凝土柱抗震性能的試驗(yàn) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋提高混凝土柱抗震性能的試驗(yàn)，對(duì)比了 2層纖維
增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固柱與標(biāo)準(zhǔn)柱(如圖15)、 2層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋
加固柱有無(wú)底部錨固在低周反復(fù)荷載作用下的滯回曲線(如圖16)。結(jié)果表明
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋環(huán)向加固能改變?cè)嚰钠茐哪Ｊ剑焕w維增強(qiáng)復(fù)合材料 網(wǎng)格筋環(huán)向加固能顯著提高試件的抗震性能；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋縱向筋 的底部錨固對(duì)增大所加固柱的承載力和延性具有重要的作用。
4) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下混凝土梁三點(diǎn)加載試驗(yàn) 試驗(yàn)對(duì)比表明1層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋水下加固梁與對(duì)比梁相比，
承載力提高23%以上，表現(xiàn)出與1層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布材陸上加固梁相等的 抗彎承載力；2層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋水下加固梁與對(duì)比梁相比，承載力 提高47%以上，延性提高45%以上；試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)很好的證明水下纖維增強(qiáng)復(fù) 合材料網(wǎng)格筋和混凝土界面間的良好粘結(jié)，同時(shí)相對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布材 加固，在取得相同強(qiáng)度的情況下，節(jié)省了 30%的材料用量并且取得了更好的裂 縫控制效果。
以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。 任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變 化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)的混凝土表面進(jìn)行處理；將至少一層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋包覆于所述待加固水下結(jié)構(gòu)的表面；在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的外部設(shè)置隔離體，并使隔離體的高度大于等于包覆在待加固水下結(jié)構(gòu)表面上的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的高度；對(duì)所述隔離體的底部進(jìn)行混凝土封閉；向所述隔離體與待加固結(jié)構(gòu)之間的空隙內(nèi)灌壓水下環(huán)氧樹脂或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土。
2、 如權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，進(jìn) 一步包括，在完成所述對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)的混凝土表面處理后，在對(duì)待加固水 下結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗彎加固時(shí)，在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的底部承臺(tái)上鉆孔制作錨孔， 錨孔的直徑比所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的縱向筋直徑大4mm-8mm;所述錨 孔深度Ld至少為100腿或大于等于10dl，其中dl為縱向筋直徑。
3、 如權(quán)利要求2所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，進(jìn) 一步包括將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的縱向筋下端通過(guò)水下樹脂錨入固定在所 述承臺(tái)上設(shè)置的錨孔內(nèi)。
4、 如權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，所 述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋由橫向筋和縱向筋兩個(gè)方向的筋材組成，且所述橫 向筋和縱向筋相互交叉形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的橫向筋 和縱向筋相交的節(jié)點(diǎn)處的內(nèi)外設(shè)置位置墊塊。
5、 如權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，在 所述待加固水下結(jié)構(gòu)表面包覆多層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋層時(shí)，是將所述纖 維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋連續(xù)的纏繞在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的表面，或?qū)⒁?guī)定長(zhǎng) 度的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋逐層包覆在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的表面，且各層的環(huán)向搭接處相互錯(cuò)開，且環(huán)向搭接長(zhǎng)度不小于200mm。
6、 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu) 的方法，所述待加固水下結(jié)構(gòu)為一柱狀體時(shí)，所述隔離體為套管，將所述套管 沿環(huán)向套置在所述柱狀體外部；所述待加固水下結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)時(shí)，所述隔離 體為鋼模板，將所述鋼模板設(shè)置在所述待加固面的外部，并將所述鋼模板的兩 端與待加固水下結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行密封連接。
7、 如權(quán)利要求6所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，所述套管為鋼套管或不銹鋼套管，具有多節(jié)，每一節(jié)套管至少由沿縱向剖開的兩 部分構(gòu)成，將套管逐節(jié)周向拼裝包覆在所述待加固水下結(jié)構(gòu)上，各節(jié)套管之間 通過(guò)法蘭螺栓連接或相互焊接連接。
8、 如權(quán)利要求7所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，其 中，所述每一節(jié)套管自身的縱向接合面之間和與其它套管之間的連接處均設(shè)有 密封墊，使連接成一體的套管形成一密封體。
9、 如權(quán)利要求6所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，所 述鋼模板由多塊板體拼裝而成，各塊體的結(jié)合部之間設(shè)有密封墊，使連接成一 體的鋼模板形成一密封體。
10、 如權(quán)利要求6所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法， 進(jìn)一步包括在位于底部的第一節(jié)套管或鋼模板外側(cè)用模袋混凝土進(jìn)行封閉，密 封所述第一節(jié)套管或鋼模板的底部。
11、 如權(quán)利要求6所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法， 進(jìn)一步包括灌壓水下環(huán)氧樹脂或水下不分散砂衆(zhòng)或水下不分散混凝土?xí)r，自下 而上進(jìn)行灌壓，將灌壓管的下口在灌壓過(guò)程中一直埋于灌注材料內(nèi)，套管或鋼 模板內(nèi)的水隨著灌壓過(guò)程從套管或鋼模板的上端溢出。
12、 如權(quán)利要求11所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法， 所述水下環(huán)氧樹脂或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土填充在所述套管或鋼 模板與待加固水下結(jié)構(gòu)之間的空隙內(nèi)，將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋埋入其中。
13、如權(quán)利要求6所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法， 所述加固水下結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)一步包括在完成所述灌壓加固作業(yè)后，待灌壓的水 下環(huán)氧樹脂或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，將位于澆 注了封閉混凝土以上的套管或鋼模板切割回收。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋加固水下結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟對(duì)待加固水下結(jié)構(gòu)的混凝土表面進(jìn)行處理；將至少一層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋包覆于所述待加固水下結(jié)構(gòu)的表面；在所述待加固水下結(jié)構(gòu)的外部設(shè)置隔離體，并使隔離體的高度大于等于包覆在待加固水下結(jié)構(gòu)表面上的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋的高度；對(duì)所述隔離體的底部進(jìn)行混凝土封閉；向所述隔離體與待加固結(jié)構(gòu)之間的空隙內(nèi)灌壓水下環(huán)氧樹脂或水下不分散砂漿或水下不分散混凝土。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，由于施工時(shí)不需要棄水、防水處理，在待加固水下結(jié)構(gòu)的四周不需要打設(shè)圍堰，因此施工過(guò)程對(duì)航道影響小，且加固費(fèi)用低，加固迅速快捷，工期短，能有效地提高結(jié)構(gòu)的耐久性。
文檔編號(hào)E02D19/02GK101503881SQ20091008005
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者剛 吳, 吳智深, 毅 崔, 蔣劍彪, 洋 魏, 魏洪昌 申請(qǐng)人:北京特希達(dá)技術(shù)研發(fā)有限公司;北京特希達(dá)科技有限公司