PCCP碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)

　　地下管道在水資源配置的引調(diào)水工程、城市給水排水管線、工業(yè)輸水管線、農(nóng)田灌溉、工廠管網(wǎng)、電廠補(bǔ)給水管線等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。應(yīng)用的管材主要有預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、鋼管（SP）、玻璃鋼管（FRP）、其他類型的混凝土管以及聚氯乙烯（PVC）管。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，多種原因造成各種管材不同程度的老化或者損傷，影響管線的安全運(yùn)行，運(yùn)管單位將選擇不同的修復(fù)技術(shù)對管道進(jìn)行處理，確保管線的安全性、可靠性和耐久性。PCCP是由混凝土管芯、鋼筒、預(yù)應(yīng)力鋼絲及砂漿保護(hù)層構(gòu)成的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的管材，具有強(qiáng)度高、抗?jié)B性強(qiáng)和耐久性好等特點(diǎn)。自1942年 在美國投入使用以來，廣泛應(yīng)用于長距離有壓輸水和市政排水等基礎(chǔ)工程中。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不充分、制造缺陷、安裝不規(guī)范、環(huán)境腐蝕和運(yùn)行管理不當(dāng)?shù)仍?，?dǎo)致PCCP發(fā)生斷絲或者管芯開裂，影響管體的承載能力。為保證管道安全運(yùn)行、消除其安全隱患，需對PCCP進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。目前PCCP受損管加固技術(shù)主要有外部法和內(nèi)部法。外部法主要包括：換管法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、加強(qiáng)鋼帶加固法、外部粘貼碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固法等。內(nèi)部法主要包括：徑縮鋼筒內(nèi)襯法、鋼管內(nèi)襯法、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）內(nèi)襯法。以上加固技術(shù)中管體外部補(bǔ)強(qiáng)加固需要 開挖；徑縮鋼筒內(nèi)襯法和鋼管內(nèi)襯法需要開挖設(shè)定的工作面，屬于半開挖技術(shù)；CFRP內(nèi)襯法不需要任何開挖，可以通過人工井或檢修口等設(shè)施進(jìn)入待修復(fù)的管段。由于PCCP管線時(shí)常與公路、鐵路、河流交叉穿行，或者管線鄰近第三方建筑物，無法開挖或者開挖難度大，當(dāng)其他方法既不經(jīng)濟(jì)也不可行時(shí)，應(yīng)采用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)進(jìn)行針對性的結(jié)構(gòu)性修復(fù)。此外，CFRP的安裝可快速完成，因此該方法尤其適用于修復(fù)時(shí)間 有限的PCCP管道。在20世紀(jì)90年代末，CFRP 用于大口徑PCCP的補(bǔ)強(qiáng)加固。在21世紀(jì)初期，美國將CFRP內(nèi)襯廣泛用于PCCP受損管的修復(fù)中。特別是PCCP斷絲檢測和監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，使工程人員能夠獲得有關(guān)受損管的準(zhǔn)確信息，這大大提升了碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)的應(yīng)用。盡管自1997年以來已經(jīng)將CFRP用于PCCP內(nèi)部的補(bǔ)強(qiáng)加固，但其使用歷史遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料。2018年12月1日美國頒布了PCCP碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)《CFRP Renewal and Strengthening of Prestressed Concrete Cylinder Pipe》（ANSI / AWWA C30518）。中國水利水電科學(xué)研究院自2014年開展PCCP碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)的研究工作，從原型試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、拉拔試驗(yàn)到CFRP表面防護(hù)材料的研制，歷經(jīng)5年艱苦努力，形成一套與我國相關(guān)規(guī)范和材料相適應(yīng)的PCCP碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)。本書主要內(nèi)容包括：碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固PCCP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬、ANSI / AWWA C30518荷載組合和PCCPECP（埋置式鋼筒管）算例、長期浸水條件下CFRP表層防護(hù)材料、CFRP施工工藝和質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)以及CFRP補(bǔ)強(qiáng)加固質(zhì)量檢驗(yàn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等。本書讀者對象主要是從事PCCP碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固的設(shè)計(jì)、施工和科研的技術(shù)人員。本書也可作為相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的參考教材。本書在編寫過程中得到李秀琳正 工程師、李萌正 工程師、程冰清博士、李洹臣工程師的大力支持和幫助，在此表示謝意。需要指出的是，就PCCP碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)和其他成熟的技術(shù)比較而言，還有待進(jìn)一步發(fā)展。由于作者水平有限，書中難免存在疏漏，敬希讀者批評指正。本書出版得到了水利部重大科技項(xiàng)目“高鹽漬復(fù)雜侵蝕環(huán)境預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管耐久性研究”的資助。

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