浅谈廊涿干渠PCCP 断丝管道内贴碳纤维布加固处理技术

□茹云龙

廊涿干渠工程于2014 年底试运行至今，结合检测（更换管道检查）断丝情况，为提高廊涿干渠供水保障，及时了解管道的受损情况，通过对廊涿干渠沿线DN2400、DN2200、DN2000、DN1600等四种管径的PCCP 管道进行分段无损断丝检测结果分析，考虑断丝管位置、施工环境条件、断丝程度及对不同管道安全的影响，对DN2400、DN2200两种管径的管道进行处理。对不具备开挖施工条件、断丝较多且未出现纵向裂缝的管节进行管内壁粘贴碳纤维布加固处理。

1.技术经济指标

1.1 主要设计指标

水压试验分为DN2200 管道运行压力0.6MP，水压试验控制压力为0.9MP、DN2400 管 道 运 行 压 力0.4MP，水压试验控制压力为0.6MP。

1.2 内加固原材料主要技术指标

碳纤维布：采用高强度Ⅰ级单向织物（布），抗拉强度≥3400MPa；浸渍胶：采用A 级胶，抗拉强度≥40MPa；高韧性环氧涂层：拉伸强度≥15MPa，粘结强度≥2.5MPa；手刮聚脲：拉伸强度≥20MPa，附着力≥2.5MPa。

1.3 内加固施工主要技术指标

PCCP 断丝管节：根据断丝数量、内水压力及覆土条件不同，管道内表面粘贴4 层碳纤维布，加固层表面涂刷1.5mm 厚环氧保护涂层。管道接缝表面刮聚脲涂层封闭，接缝两侧搭接长度不小于250mm，涂刷厚度（含胎基布不小于4mm；碳纤维布与基面的粘结强度应≥2.5MPa。

2.主要施工方法

主要施工方法包括管道排水、PC⁃CP 管道内贴碳纤维布加固及砂浆填缝施工等。

2.1 管道排水

管道排水是为保证右线及左线管道进行施工，右线管道排水及左线管道排水分2 次分别进行。施工前编写左线及右线排水施工方案并经监理单位审批同意。主要施工机械设备为50kW柴油发电机2 台、100kW 柴油发电机1台、24kW 柴 油 发 电 机1 台、500m3/h 流量潜水泵3 台，65m3/h 潜水泵1 台。

2.2 确定排水点

施工前对沿线排气井及排水井进行现场勘察，确定排水17、排水19、排水22、排水23、排气80、排气68 作为主要排水点，其他排水井及排气井作为备用排水点。

2.3 排水井及排气井开启

为保证排水安全有序进行，对施工段详细记录拍照存档。排气法兰拆除采用电动扳手打开螺丝后使用手拉葫芦吊起移至井壁旁，对锈蚀严重不能打开的螺丝采用手动切割锯切除。为避免排水井水流外溢，阀门根据排水流量进行控制开启大小，直至排水完成。

2.4 管道排水

为达到施工进度要求，排水分为2个排水点同时进行。每个排水点分别布置柴油发电机作为电源，安装2 台潜水泵排水，工作范围采用围挡进行封闭防止无关人员进入发生危险，搭设帐篷作为临时休息用房，排水点排水任务完成后进行整体搬迁至下一排水点。排水人员分为3 班制，每班不少于2 人。安装过程中有专业电工进行电线布设、闸箱安装。

2.5 管道内倒排

由于高差原因，对于部分不能自流到排水点的积水，采用管道内低处安装潜水泵排到附近高处，为防止排水回流，增加临时围堰或加长水带，排水自流到排水点后由水泵排出。

2.6 人工排水

根据设计文件确定施工位置，对有施工要求的排气井与排气井之间，采用人工拖拽棉被的方法清理剩余积水至积水点，排出洞外，达到干场作业条件。

2.7 管道通风

人员进入管道内施工前24h，井口安装轴流风机通风系统对施工段进行充分通风稀释有害气体，经气体检测仪对空气检测合格后方能进入管道内施工，管道通风从施工开始至施工结束为止，贯穿整个施工过程。

2.8 管道内监控

为保证管道内施工安全，对管道内施工全过程进行监控，安排专业人员，每个工作面安装一个摄像头，通过光缆及时传输到地面监控室，值班人员全程值守。

2.9 管道内排查

管道内充分通风后，对整段施工范围内的管道进行排查并记录，经排查发现DN2200PCCP 管道聚硫密封胶填缝老化损坏严重，内壁环裂较多，右线管道79-57 出现纵裂。

2.10 PCCP 管道内贴碳纤维布加固

主要施工工艺为：基面处理PCCP管内壁混凝土基面处理→粘贴4 层碳纤维布（1 纵3 环）及环氧保护层封闭→手刮聚脲施工。

2.10.1 PCCP管内壁混凝土基面处理

PCCP 管内壁混凝土基面处理工程主要内容为对需要碳纤维布加固粘贴处理的管节进行打磨清理，打磨清理位置为需要碳纤维布加固粘贴的整个管节及上下游各30cm 长（包括手刮聚脲基础）。

2.10.2 碳纤维布加固粘贴施工

碳纤维布加固粘贴施工主要包括一纵三环4 层碳纤维布粘贴及1.5mm厚环氧保护层封闭。所用材料经建设、监理、设计及施工各方共同进行考察、调研确定生产厂家，碳纤维布及浸渍胶为卡本科技集团股份有限公司，环氧涂层材料为中水德辰环保科技有限公司，以上两家公司证件及检测报告齐全，信誉良好，南水北调北京段采用了该公司产品。

施工工艺：管道内加固脚踩支架制安→碳纤维布裁剪→涂刷浸渍胶→碳纤维布粘贴→养护→环氧保护层封闭→养护。

管道内加固脚踩支架制安：根据单根加固管节长度，保证环向碳纤维布粘贴一次成型，我部经多次实验，采用60mm×60mm 方钢制作承插式脚踩支架，上部铺设木板，承载能力保证达到安全施工要求。脚踩支架制作完成并经拼装实验无误后拆分，人工运输至工作面进行组装。组装完成后尺寸为长6m，宽1.15m,距 管 顶1.85m，距 管 底0.35m。

碳纤维布裁剪：人工进行碳纤维布裁剪，裁剪时将两序间搭接宽度≥200mm，将碳纤维布按长度、宽度进行裁剪，纵向粘贴采用宽30cm 的碳纤维布裁剪长度为5m、环向（DN2200）粘贴采用宽50cm 的碳纤维布裁剪长度为7.11m，DN2400 粘 贴 采 用 宽50cm 的 碳纤维布裁剪长度为7.74m，其中第三层采用宽20cm 及30cm 碳纤维布各1 道，以达到错缝要求。碳纤维布裁剪前搭设工作平台，保持表面光滑干净，并在平台标注裁剪尺寸，每次裁剪前对标注尺寸进行校。裁剪时保持碳纤维布平整无弯曲，严格按照标注尺寸裁剪。裁剪完成后及时进行卷筒并分类收纳装箱，避免弯折破坏碳纤维布。

涂刷浸渍胶：浸渍胶按照主剂和固化剂2：1 的比例（每次搅拌用量主剂2kg，固化剂1kg）采用电子台秤称量准确后用电动搅拌器低速搅拌2min，每次拌合前容器保持干净，无杂物。

及时采用专用滚筒刷将浸渍胶均匀涂刷于PCCP 管道内壁混凝土表面，刮涂表面不流、不坠、不掉，薄厚一致。每次搅拌的浸渍胶30min 内用完，防止固化。

碳纤维布粘贴：底胶刮涂完毕后，立即进行碳纤维布粘贴。

实训课中不必刻意实施“导生制”，有时就是一个小小的片段，有时却需贯穿整个课堂教学。教师对操作的讲解和指导仍是整个教学的基础，是不可替代的。

第一层：浸渍胶底涂完成后，立即粘贴第一层碳纤维布，第一层按碳丝平行于水流方向粘贴，即纵贴。粘贴时，用刮板沿着纤维方向在碳纤维片上匀速多次刮压，挤除气泡，随即涂刷面胶再次进行刮压，使浸渍胶充分渗透碳纤维布。

第二、三、四层：当第一层碳纤维布表面的浸渍胶指触干燥后立即进行第二、三、四层碳纤维布粘贴。第二、三、四层按碳丝垂直于水流方向粘贴，即环贴，粘贴时及粘贴后刮压工艺同第一层。

养护：粘贴碳纤维片材施工完成后，自然养护24h 达到初期固化，保证固化期间不受干扰。

环氧保护层封闭：环氧涂层按照主剂和固化剂5∶1 的比例（每次搅拌用量主剂5kg，固化剂1kg）采用电子台秤称量准确后用电动搅拌器匀速搅拌2min后进行倒换容器再次匀速搅拌2min，每次拌合前容器保持干净，无杂物。

待碳纤维布加固层的面涂浸渍胶表干、不粘手后，对涉及碳纤维布内加固处理的整段PCCP 管节涂刷环氧保护层，对碳纤维布加固层进行防护，环氧涂层分2 层施工，第1 层涂刷完成并达到表干后涂刷第2 层，总体厚度不小于1.5mm。

环氧保护层养护：环氧保护层封闭施工完成后，自然养护24h 达到初期固化，保证固化期间不受干扰。

2.10.3 手刮聚脲施工

手刮聚脲施工为内加固管节上下游接缝处在环氧保护层封闭施工完成后，进行525mm 宽4mm 厚手刮聚脲施工，中间加一层400mm 宽胎基布。所用手刮聚脲及胎基布材料为中水德辰环保科技有限公司购买，本公司证件及检测报告齐全，信誉良好，并在南水北调北京段采用了该公司产品。

刮涂：在环氧涂层实干后擦拭基层表面灰尘（基层同碳纤维布粘贴基面打磨同时施工），于接缝处两侧各不小于250mm 涂刷一层界面剂。待界面剂表干后，采用刮板均匀刮涂第1 层聚脲，确保刮涂厚度均匀无流挂，待指干后进行第2 层刮涂，刮涂完成后立即粘贴胎基布，保证胎基布平整无褶皱，搭接长度不小于200mm，随即进行第3 层涂刮指干后，进行第4、5 层涂刮工艺同第1层，涂刮完成后聚脲厚度不小于4mm。

养护：涂刷手刮聚脲后，自然养护7d 达到完全固化，保证固化期间不受干扰。

2.11 砂浆填缝施工

砂浆填缝施工主要是在管道内积水排出完成后发现部分段落原聚硫密封胶填缝脱落、损坏严重，按照设计要求进行拆除损坏严重的原聚硫密封胶，采用1:3 的灰砂比对原脱落的砂浆勾缝及拆除后的原聚硫密封胶填缝进行填缝施工。

2.11.1拆除清理施工缝

人工采用壁纸刀、铲刀及凿子对原损坏聚硫密封胶进行拆除并清理干净，拆除后的垃圾及附近其他垃圾进行装袋，人工背运到排气孔处后吊运至地面，用运输车运到垃圾处理站。

2.11.2砂浆填缝施工

根据各个施工段用量，砂子（中砂）与水泥采用运输车运到附近排气孔，人工按1∶3 的灰砂比在洞口进行称重装袋，人工背运至施工工作面并拌合砂浆，人工采用20mm 宽铲刀分层填入砂浆、压实，施工前缝内喷水湿润填缝工作面。完成后砂浆缝密实，表面光滑，无起伏。

3.结论

碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益。通过本次实践研究，为以后PCCP 管道碳纤维布加固施工提供技术参考及施工经验。□