PCCP碳纤维补强加固技术

　　地下管道在水资源配置的引调水工程、城市给水排水管线、工业输水管线、农田灌溉、工厂管网、电厂补给水管线等领域广泛应用。应用的管材主要有预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）、钢管（SP）、玻璃钢管（FRP）、其他类型的混凝土管以及聚氯乙烯（PVC）管。随着运行时间的推移，多种原因造成各种管材不同程度的老化或者损伤，影响管线的安全运行，运管单位将选择不同的修复技术对管道进行处理，确保管线的安全性、可靠性和耐久性。PCCP是由混凝土管芯、钢筒、预应力钢丝及砂浆保护层构成的具有复合结构的管材，具有强度高、抗渗性强和耐久性好等特点。自1942年 在美国投入使用以来，广泛应用于长距离有压输水和市政排水等基础工程中。由于结构设计不充分、制造缺陷、安装不规范、环境腐蚀和运行管理不当等原因，导致PCCP发生断丝或者管芯开裂，影响管体的承载能力。为保证管道安全运行、消除其安全隐患，需对PCCP进行补强加固。目前PCCP受损管加固技术主要有外部法和内部法。外部法主要包括：换管法、体外预应力加固法、加强钢带加固法、外部粘贴碳纤维增强复合材料加固法等。内部法主要包括：径缩钢筒内衬法、钢管内衬法、碳纤维增强复合材料（CFRP）内衬法。以上加固技术中管体外部补强加固需要 开挖；径缩钢筒内衬法和钢管内衬法需要开挖设定的工作面，属于半开挖技术；CFRP内衬法不需要任何开挖，可以通过人工井或检修口等设施进入待修复的管段。由于PCCP管线时常与公路、铁路、河流交叉穿行，或者管线邻近第三方建筑物，无法开挖或者开挖难度大，当其他方法既不经济也不可行时，应采用碳纤维补强加固技术进行针对性的结构性修复。此外，CFRP的安装可快速完成，因此该方法尤其适用于修复时间 有限的PCCP管道。在20世纪90年代末，CFRP 用于大口径PCCP的补强加固。在21世纪初期，美国将CFRP内衬广泛用于PCCP受损管的修复中。特别是PCCP断丝检测和监测技术的发展，使工程人员能够获得有关受损管的准确信息，这大大提升了碳纤维补强加固技术的应用。尽管自1997年以来已经将CFRP用于PCCP内部的补强加固，但其使用历史远远短于传统结构材料。2018年12月1日美国颁布了PCCP碳纤维补强加固技术的标准《CFRP Renewal and Strengthening of Prestressed Concrete Cylinder Pipe》（ANSI / AWWA C30518）。中国水利水电科学研究院自2014年开展PCCP碳纤维补强加固技术的研究工作，从原型试验、室内试验、拉拔试验到CFRP表面防护材料的研制，历经5年艰苦努力，形成一套与我国相关规范和材料相适应的PCCP碳纤维补强加固技术。本书主要内容包括：碳纤维布补强加固PCCP结构设计、试验研究、数值模拟、ANSI / AWWA C30518荷载组合和PCCPECP（埋置式钢筒管）算例、长期浸水条件下CFRP表层防护材料、CFRP施工工艺和质控标准以及CFRP补强加固质量检验和验收标准等。本书读者对象主要是从事PCCP碳纤维补强加固的设计、施工和科研的技术人员。本书也可作为相关专业的本科生和研究生的参考教材。本书在编写过程中得到李秀琳正 工程师、李萌正 工程师、程冰清博士、李洹臣工程师的大力支持和帮助，在此表示谢意。需要指出的是，就PCCP碳纤维补强加固技术和其他成熟的技术比较而言，还有待进一步发展。由于作者水平有限，书中难免存在疏漏，敬希读者批评指正。本书出版得到了水利部重大科技项目“高盐渍复杂侵蚀环境预应力钢筒混凝土管耐久性研究”的资助。

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