CN110397819B - 一种断丝pccp不停水外贴预应力cfrp与高聚物注浆复合修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，包括PCCP的开挖、PCCP支撑、PCCP外壁处理、PCCP外包预应力FRP修复、注浆管铺设、回填与灌浆密实，对于需修复的PCCP管道进行开挖，并通过支撑装置对其进行支撑，对断丝位置PCCP管道外壁进行平滑处理并涂抹底胶，将FRP缠绕在PCCP管道受损部位，并通过预应力施加装置对FRP进行张拉施加预应力，向张力后的FRP涂抹浸渍胶水使FRP粘贴在管壁上，然后铺设注浆管，对修复后的管道进行回填，最后通过预埋的注浆管对回填后的土体注射高聚物，密实土体。
Description
技术领域
本发明涉及一种断丝PCCP不停水修复方法，尤其涉及一种不停水条件下断丝PCCP外包预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法。
背景技术
预应力钢筒混凝土管（PCCP）在长期运营过程中由于环境腐蚀、氢脆作用、管材制作误差、管道安装施工、材料缺陷等因素，会造成PCCP预应力钢丝出现断裂，如不能及时发现并进行修复，极有可能导致PCCP在运行过程中发生爆管事故，造成巨大经济损失和社会影响。
常见的修复加固方法包括开挖维修和不开挖维修两类。开挖维修主要包括后张预应力法、外包混凝土法等。后张预应力法是指在断丝管外重新张拉预应力，然后在钢丝外喷射保护层，该方法虽然可在不停水条件下进行管道结构补强加固，但施工工艺复杂，如补强加固单根管还需考虑两侧管道的受力情况以及张拉接头的处理；外包混凝土法是指在损伤管外面包裹一层新的钢筋混凝土，但其沿管轴向却产生了结构和刚度不均匀，仅适用于补强加固地震损伤的管和非均匀沉降导致损伤的小口径管；不开挖维修方法主要包括内部衬钢法和内衬FRP加固法两类。内衬钢板法是将钢筒管作为内衬插入进损伤管内部，然后将钢筒管恢复到与损伤管相似的圆形程度并进行焊接，最后在内衬与损伤管之间灌入砂浆，这种方法补强加固后的管道耐久性好，但修复过程中需要中断输水，适用于补强加固较长管段，单根管道补强加固不经济；内衬FRP加固法是在管道内部粘贴纤维织物，粘贴层数和粘贴方向依据管道损伤情况而定，虽然此种修复加固方法不用进行开挖、不影响管周围交通运行，但是修复期间需停水维修、大面积补强加固耗时长、FRP粘贴完成后需经过足够的时间保证粘接强度。整体而言，现行开挖维修方法虽然可以实现不停水条件下对PCCP断丝病害进行修复，但均存在开挖维修后，管道周围土体回填难以碾压密实的问题，导致PCCP修复后可能出现不均匀沉降，影响管道整体受力和稳定性，非开挖维修方法虽然对周围环境影响小，但均需停水维修，PCCP多用于长距离输水干管，停水维修将严重影响城市居民日常生活用水。因此，亟需研发一种能够在不停水条件下有效修复PCCP断丝且不会产生工后二次病害的技术方法。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种断丝PCCP不停水外包预应力FRP与高聚物注浆复合修复方法，通过在断丝PCCP外部包裹预应力FRP，恢复管道结构强度，并结合高聚物注浆，加固管道周边土体，防止回填不密实导致的工后沉降，根治管道病害。
本发明的技术方案具体为：
一种断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，包括PCCP的开挖、PCCP支撑、PCCP外壁处理、PCCP外包预应力FRP修复、注浆管铺设、回填与灌浆密实，对于需修复的PCCP管道进行开挖，并通过支撑装置对其进行支撑，对断丝位置PCCP管道外壁进行平滑处理并涂抹底胶，将FRP缠绕在PCCP管道受损部位，并通过预应力施加装置对FRP进行张拉施加预应力，向张力后的FRP涂抹浸渍胶水使FRP粘贴在管壁上，然后铺设注浆管，对修复后的管道进行回填，最后通过预埋的注浆管对回填后的土体注射高聚物，密实土体；
一种断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，具体包括以下步骤，
（1）探测断丝位置及断丝数量，对PCCP管道断丝部位的管段进行1：0.5放坡开挖，开挖至第一次开挖基准面处停止开挖，第一次开挖基准面距离PCCP底部15cm-30cm；
（2）两段PCCP管道接缝处为管节，继续开挖，在管节处正下方挖出（1.5-2 m）×（0.8-1m）×（0.5-0.8m）的支撑土方，并将此支撑土方底面夯实；
（3）将支撑装置对中放置于管节正下方的支撑土方上，支撑装置上的两台千斤顶同步抬升，直至支撑装置与管壁紧密贴合，形成对管道结构的支撑；
（4）重复步骤（2）、步骤（3）直至所有断丝部位管道全部被支撑；
（5）继续对断丝管道除支撑土方外的其余部位进行开挖，开挖深度至PCCP管道管底以下30cm-40cm处，将断丝管道需修复部位全部暴露出来；
（6）对PCCP管道断丝位置进行打磨或者外涂砂浆使其形成平整表面，然后在表面涂抹底胶DZH-102，待底胶风干，形成光滑表面；
（7）通过预应力施加装置将FRP缠绕在PCCP管道上，对FRP施加预应力直至预应力达到设计值；
（8）使用浸渍胶水DZH-101将步骤（7）中缠绕在PCCP管道上的FRP充分浸透，并进行养护，风干；
（9）将固定在预应力施加装置上的FRP端头剪断，拆除预应力施加装置；
（10）重复步骤（7）至步骤（9），直至FRP用量达到设计要求且所有断丝管道被修复；
（11）在PCCP管道两侧布设注浆管，注浆管一端设置于PCCP管底，另一端伸出地表，PCCP管道底端至管侧位置的注浆管上分布有孔洞；
（12）对步骤（5）中开挖部分进行回填夯实，拆除支撑装置，并对支撑土方进行回填夯实；
（13）对步骤（1）中开挖部分进行回填夯实；
（14）通过露出地表的注浆管向PCCP管道管壁周围注射具有自膨胀性的双浆速凝高聚物修复材料，修复材料从孔洞流出向管道周围扩散；
所述步骤7中的预应力施加装置包括张拉杆Ⅰ和张拉杆Ⅱ，张拉杆Ⅰ和紧固杆之间通过一弧形杆连接，CFRP15两端分别固定于张拉杆Ⅰ和张拉杆Ⅱ上，将CFRP15缠绕在PCCP管道上，张拉杆Ⅱ通过施力螺栓连接有紧固杆，紧固杆上设置有螺栓孔，施力螺栓穿过张拉杆Ⅱ、紧固杆后配合有旋紧螺母。
所述步骤（10）中，断丝管道被修复后，对CFRP涂抹环氧沥青。
所述步骤（11）中，注浆管通过环氧树脂胶固定在PCCP管道外壁上，PCCP管道两侧对称设置注浆管，每侧的注浆管间隔距离为1.5-2m。
所述步骤（3）中的支撑装置包括弧形钢片支架，弧形钢片支架端部设置有支托，所述支撑装置还包括千斤顶，千斤顶配合支撑在支托下方，千斤顶底部连接有钢板，钢板通过螺栓连接在支撑装置底板上。
所述支托上开设有卡槽，千斤顶顶部设置有端头，端头配合在卡槽中。
所述弧形钢片支架两端均设置有支托，每个支托下方均支撑一个千斤顶，两台千斤顶为同步千斤顶，千斤顶内设置有力传感器。
所述弧形钢片支架位于PCCP管道下方，弧形钢片支架的弧度与PCCP管道外径弧度相贴合。
所述支撑装置底板为不易发生变形的高弹模钢材，支撑装置底板下方设置有支撑土方，且支撑装置底板与支撑土方对中设置，两节PCCP管道的接缝处为管节，支撑土方位于管节正下方。
相对于现有技术，本发明的技术效果是，
（1）修复施工期间不需要中断输水，不会对生产生活造成影响；
（2）对断丝PCCP部位采用外包预应力CFRP加固修复，轻质高强，设备简便，修复效果优于不施加预应力外贴CFRP修复方法；
（3）采用预留注浆管方法，加固管道周围不易压实区域，可有效防止回填不密实导致的工后沉降，根治管道病害。
附图说明
图1是本发明的第一次开挖基准面的位置示意图。
图2是本发明支撑装置的使用状态示意图。
图3是本发明支撑装置的结构示意图。
图4是本发明预应力施加装置的使用状态示意图。
图5是本发明预应力施加装置的结构示意图。
图6是本发明注浆管的分布示意图。
图7是图6的侧面示意图。
图8是本发明注浆管的结构示意图。
具体实施方式
一种断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，包括PCCP的开挖、PCCP支撑、PCCP外壁处理、PCCP外包预应力CFRP修复、注浆管铺设、回填与灌浆密实，对于需修复的PCCP管道进行开挖，并通过支撑装置对其进行支撑，对断丝位置PCCP管道外壁进行平滑处理并涂抹底胶，将CFRP缠绕在PCCP管道受损部位，并通过预应力施加装置对CFRP进行张拉施加预应力，向张力后的CFRP涂抹浸渍胶水使CFRP粘贴在管壁上，然后铺设注浆管，对修复后的管道进行回填，最后通过预埋的注浆管对回填后的土体注射高聚物，密实土体；
具体包括以下步骤，
（1）精确探测断丝位置及断丝数量，对PCCP管道1断丝部位的管段进行1：0.5放坡开挖，开挖至第一次开挖基准面2处停止开挖，如图1中所示，第一次开挖基准面2距离PCCP管道底部15cm-30cm；
（2）两段PCCP管道1接缝处为管节3，继续开挖，在管节3处正下方挖出（1.5-2 m）×（0.8-1m）×（0.5-0.8m）的支撑土方4，并将此支撑土方4底面夯实，支撑土方4不应太大，防止管节处出现损伤；
（3）将支撑装置对中放置于管节3正下方的支撑土方4上，支撑装置上的两台千斤顶10同步抬升，直至支撑装置与管壁紧密贴合，形成对管道结构的支撑，优选的，支撑部位位于PCCP管道之间连接处，即支撑在管节3处，保证管道接口两侧不会发生不均匀沉降；
（4）重复步骤（2）、步骤（3）直至所有断丝部位的管道全部被支撑；
（5）继续对断丝管道除支撑土方外的其余部位进行开挖，开挖深度至PCCP管道1管底以下30cm-40cm处，将断丝管道需修复部位全部暴露出来，，管道下方通过两次分别开挖，防止直接将管道下方挖空造成管节处的不均匀沉降；
（6）对PCCP管道断丝位置进行打磨或者外涂砂浆使其形成平整表面，然后在表面涂抹底胶DZH-102，待底胶风干，形成光滑表面，以便于FRP预应力的均匀施加；
（7）通过预应力施加装置将CFRP缠绕在PCCP管道上，预应力施加装置对CFRP施加预应力直至预应力达到设计值。
（8）使用浸渍胶水DZH-101将步骤（7）中缠绕在PCCP管道上的CFRP充分浸透，并进行养护，风干，从而使预应力CFRP粘贴于PCCP管道管壁上；
（9）将固定在预应力施加装置上的CFRP端头剪断，拆除预应力施加装置；
（10）重复步骤（7）至步骤（9），直至CFRP用量达到设计要求且所有断丝管道被修复，然后，对CFRP涂抹环氧沥青进行防腐；
（11）在PCCP管道两侧对称布设注浆管19，如图6-8中所示，每侧的注浆管19间隔距离为1.5-2m，注浆管通过环氧树脂胶固定在PCCP管道1外壁上，注浆管19一端设置于PCCP管底，另一端伸出地表，PCCP管道底端至管侧位置的注浆管上分布有多个孔洞20，以便浆液沿管道侧面和地面范围内进行扩散，使土体灌浆密实；
（12）对步骤（5）中开挖部分进行回填夯实，拆除支撑装置，并对支撑土方进行回填夯实；
（13）对步骤（1）中开挖部分进行回填夯实；
（14）通过露出地表的注浆管19向PCCP管道管壁周围注射具有自膨胀性的双浆速凝高聚物修复材料21，修复材料从孔洞20流出向管道周围扩散，迅速反应膨胀，加固PCCP管道周边土体；
所述步骤7中预应力施加装置包括张拉杆Ⅰ13和张拉杆Ⅱ14，张拉杆Ⅰ13和紧固杆17之间通过一弧形杆连接，CFRP15两端分别固定于张拉杆Ⅰ13和张拉杆Ⅱ14上，将CFRP15缠绕在PCCP管道1上，张拉杆Ⅱ14通过施力螺栓16连接有紧固杆17，紧固杆17上设置有螺栓孔，施力螺栓16穿过张拉杆Ⅱ14、紧固杆17后配合有旋紧螺母18。
步骤（9）中，CFRP粘贴于PCCP管道壁上后，将张拉杆Ⅱ14上的CFRP端头剪断，将张拉杆Ⅰ宽于CFRP的部分进行切割，使张拉杆Ⅰ与缠绕在PCCP管道上的CFRP宽度相同，之后拆除整个预应力施加装置。
如图2-3中所示，断丝PCCP开挖修复的支撑装置包括弧形钢片支架6，弧形钢片支架6的弧度与PCCP管道1外径弧度相贴合，以使PCCP管道1能受到稳定均匀的顶升力，弧形钢片支架6位于PCCP管道1下方。支撑装置还包括千斤顶，弧形钢片支架6端部设置有支托7，千斤顶10配合支撑在支托7下方，具体的，支托7上开设有卡槽8，千斤顶10顶部设置有端头9，端头9配合在卡槽8中，通过卡槽与端头的配合使千斤顶10支撑在支托下方。千斤顶10底部连接有钢板11，钢板11通过螺栓12连接在支撑装置底板5上。
弧形钢片支架6两端均设置有支托7，每个支托7下方支撑一个千斤顶10，两台千斤顶10为同步千斤顶，两台千斤顶10可进行同步顶升，千斤顶10内设置有力传感器，在千斤顶10顶升过程中控制对PCCP管道1的顶升力。
支撑装置底板5为不易发生变形的高弹模钢材，支撑装置底板5下方设置有支撑土方4，且支撑装置底板5与支撑土方4对中设置，两节PCCP管道1的接缝处为管节3，支撑土方4位于管节3正下方。
步骤（3）中支撑装置支撑管道的过程为：
（1）将支撑装置底板5放置在支撑土方上，并进行对中，使支撑装置底板放置在支撑土方上平面的中心处；
（2）使用螺栓12将千斤顶10与支撑装置底板连接在一起；
（3）将弧形钢片支架6两侧支托7放置在千斤顶的端头9上方，端头配合在支托的卡槽内；
（4）使两台千斤顶10进行同步顶升，直至弧形钢片支架6与管道1外壁紧密贴合，形成对管道结构的支撑。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：包括PCCP的开挖、PCCP支撑、PCCP外壁处理、PCCP外包预应力CFRP修复、注浆管铺设、回填与灌浆密实，对于需修复的PCCP管道进行开挖，并通过支撑装置对其进行支撑，对断丝位置PCCP管道外壁进行平滑处理并涂抹底胶，将CFRP缠绕在PCCP管道受损部位，并通过预应力施加装置对CFRP进行张拉施加预应力，向张力后的CFRP涂抹浸渍胶水使CFRP粘贴在管壁上，然后铺设注浆管，对修复后的管道进行回填，最后通过预埋的注浆管对回填后的土体注射高聚物，密实土体;
具体包括以下步骤，
（1）探测断丝位置及断丝数量，对PCCP管道断丝部位的管段进行1：0.5放坡开挖，开挖至第一次开挖基准面处停止开挖，第一次开挖基准面距离PCCP底部15cm-30cm；
（2）两段PCCP管道接缝处为管节，继续开挖，在管节处正下方挖出（1.5-2 m）×（0.8-1m）×（0.5-0.8m）的支撑土方，并将此支撑土方底面夯实；
（3）将支撑装置对中放置于管节正下方的支撑土方上，支撑装置上的两台千斤顶同步抬升，直至支撑装置与管壁紧密贴合，形成对管道结构的支撑；
（4）重复步骤（2）、步骤（3）直至所有断丝部位管道全部被支撑；
（5）继续对断丝管道除支撑土方外的其余部位进行开挖，开挖深度至PCCP管道管底以下30cm-40cm处，将断丝管道需修复部位全部暴露出来；
（6）对PCCP管道断丝位置进行打磨或者外涂砂浆使其形成平整表面，然后在表面涂抹底胶DZH-102，待底胶风干，形成光滑表面；
（7）通过预应力施加装置将CFRP缠绕在PCCP管道上，对CFRP施加预应力直至预应力达到设计值；
（8）使用浸渍胶水DZH-101将步骤（7）中缠绕在PCCP管道上的CFRP充分浸透，并进行养护，风干；
（9）将固定在预应力施加装置上的CFRP端头剪断，拆除预应力施加装置；
（10）重复步骤（7）至步骤（9），直至CFRP用量达到设计要求且所有断丝管道被修复；
（11）在PCCP管道两侧布设注浆管，注浆管一端设置于PCCP管底，另一端伸出地表，PCCP管道底端至管侧位置的注浆管上分布有孔洞；
（12）对步骤（5）中开挖部分进行回填夯实，拆除支撑装置，并对支撑土方进行回填夯实；
（13）对步骤（1）中开挖部分进行回填夯实；
（14）通过露出地表的注浆管向PCCP管道管壁周围注射具有自膨胀性的双浆速凝高聚物修复材料，修复材料从孔洞流出向管道周围扩散；
所述步骤（7）中的预应力施加装置包括张拉杆Ⅰ（13）和张拉杆Ⅱ（14），张拉杆Ⅰ（13）和紧固杆（17）之间通过一弧形杆连接，CFRP（15）两端分别固定于张拉杆Ⅰ（13）和张拉杆Ⅱ（14）上，将CFRP（15）缠绕在PCCP管道（1）上，张拉杆Ⅱ（14）通过施力螺栓（16）连接有紧固杆（17），紧固杆（17）上设置有螺栓孔，施力螺栓（16）穿过张拉杆Ⅱ（14）、紧固杆（17）后配合有旋紧螺母（18）。
2.如权利要求1所述的断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：所述步骤（10）中，断丝管道被修复后，对CFRP涂抹环氧沥青。
3.如权利要求1所述的断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：所述步骤（11）中，注浆管通过环氧树脂胶固定在PCCP管道外壁上，PCCP管道两侧对称设置注浆管，每侧的注浆管间隔距离为1.5-2m。
4.如权利要求1所述的断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：所述步骤（3）中的支撑装置包括弧形钢片支架（6），弧形钢片支架（6）端部设置有支托（7），所述支撑装置还包括千斤顶，千斤顶（10）配合支撑在支托（7）下方，千斤顶（10）底部连接有钢板（11），钢板（11）通过螺栓（12）连接在支撑装置底板（5）上。
5.如权利要求4所述的断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：所述支托（7）上开设有卡槽（8），千斤顶（10）顶部设置有端头（9），端头（9）配合在卡槽（8）中。
6.如权利要求4所述的断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：所述弧形钢片支架（6）两端均设置有支托（7），每个支托（7）下方均支撑一个千斤顶（10），两台千斤顶（10）为同步千斤顶，千斤顶（10）内设置有力传感器。
7.如权利要求4所述的断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：所述弧形钢片支架（6）位于PCCP管道（1）下方，弧形钢片支架（6）的弧度与PCCP管道（1）外径弧度相贴合。
8.如权利要求4所述的断丝PCCP不停水外贴预应力CFRP与高聚物注浆复合修复方法，其特征在于：所述支撑装置底板（5）为不易发生变形的高弹模钢材，支撑装置底板（5）下方设置有支撑土方（4），且支撑装置底板（5）与支撑土方（4）对中设置，两节PCCP管道（1）的接缝处为管节（3），支撑土方（4）位于管节（3）正下方。
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