鐵鋼砂混凝土在水工隧洞襯砌加固中的應(yīng)用

祝甲陽 楊超群 白宗寶

(陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

陜西某尾礦庫2016年建成并投入使用，由于礦市場低迷，現(xiàn)選礦處于停產(chǎn)狀態(tài)。在汛期安全檢查期間，發(fā)現(xiàn)排洪主隧洞出現(xiàn)嚴(yán)重沖刷破壞：襯砌底板破損，鋼筋彎起，側(cè)壁底部被掏刷，鋼筋外露，對排洪系統(tǒng)造成安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場踏勘和與企業(yè)管理人員溝通，認(rèn)為導(dǎo)致隧洞襯砌出現(xiàn)破壞的主要因素有如下兩個(gè)方面：

1)尾礦庫隧洞坡度陡，匯水面積較大，溝道內(nèi)常年流水，對隧洞襯砌施工時(shí)并未采取合理有效的導(dǎo)流措施，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)澆筑后沒有得到充分養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度等級未達(dá)到設(shè)計(jì)要求便開始過水，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沖刷、氣蝕破壞。

2)結(jié)合該尾礦庫具體情況，攔洪壩上游溝道內(nèi)的塊石較多，上游其他企業(yè)開采的廢石隨意傾倒在溝道內(nèi)，攔渣壩上游庫容淤滿后，洪水?dāng)y帶溝道上游的塊石進(jìn)入隧洞，大量塊石在較高的水流流速作用下，與襯砌的底板及側(cè)墻底部接觸摩擦，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)破壞。

針對主隧洞出現(xiàn)破壞的特征，需對隧洞進(jìn)行除險(xiǎn)治理。

2 加固設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)主隧洞破壞部分采用C35鐵鋼砂混凝土等技術(shù)措施進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和防滲加固處理，并且重視施工工序和導(dǎo)流方案的組織設(shè)計(jì)，提高施工質(zhì)量，確保新增混凝土結(jié)構(gòu)得到充分養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度等級達(dá)到設(shè)計(jì)要求后過洪，見圖1。

2.1 鐵鋼砂混凝土的技術(shù)性能

鐵鋼砂混凝土是由高標(biāo)號(hào)普通硅酸鹽水泥、鐵鋼砂骨料、清水、VNF-2減水劑按一定比例拌合而成的高強(qiáng)混凝土，是一種性能優(yōu)良的建筑磨料。其中，構(gòu)成高強(qiáng)抗沖磨性能作用的是鐵鋼砂，由天然礦物機(jī)械破碎而成，其物理化學(xué)成分為：Fe2O3：69.5%，SiO2：24.5%，Al2O3：4.3%，還有其他含量很低的如TiO2，CaO，MgO等成分。

本工程采用的鐵鋼砂混凝土配合比為：0.3∶1∶3(水∶水泥∶鐵鋼砂)；水泥選用C42.5或52.5級以上普通水泥；鐵鋼砂料級比為：0.5 mm～3 mm：15%，3 mm～5 mm：25%，6 mm～10 mm：25%，10 mm～40 mm：35%；抹面部位需要的鐵鋼砂粒徑為0.5 mm～5 mm；每方混凝土鐵鋼砂用量為2 t～2.2 t。經(jīng)專業(yè)人員指導(dǎo)現(xiàn)場拌制。在試驗(yàn)配合比中，混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到960 kg/cm3，增加鐵鋼砂粒徑，則強(qiáng)度增大，凝固性也隨之增強(qiáng)，要加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑厚度為100 mm～500 mm。

2.2 施工工藝

2.2.1基本步驟

施工工藝的基本步驟：施工導(dǎo)流→施工準(zhǔn)備→標(biāo)記破壞位置→基面清理→模板安裝→止水帶安裝→鐵鋼砂混凝土澆筑→檢查養(yǎng)護(hù)→表面防護(hù)。

2.2.2工藝要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1)所有雜質(zhì)和松散半破碎或質(zhì)地不良碎片，用高壓水槍沖洗并輔以人工清理。確保澆筑混凝土前，基礎(chǔ)表面沒有積水、淤泥、松動(dòng)巖塊、油漬等，并均鋪10 cm厚素混凝土找平后方可在其上澆筑混凝土。對于易風(fēng)化的巖石基礎(chǔ)，其上預(yù)留20 cm～30 cm厚已澆混凝土面，應(yīng)將老混凝土面進(jìn)行人工毛或高壓水槍沖毛，使其滿足“無乳皮、成毛面”這一施工規(guī)范要求。

2)模板安裝要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，以保證混凝土澆筑后結(jié)構(gòu)物的形狀和相互位置等符合設(shè)計(jì)要求。在模板安裝過程中，設(shè)置足夠的臨時(shí)固定設(shè)施，以防模板變形和傾覆。模板安裝前要清理其表面的雜物，對已變形的模板進(jìn)行校正。模板表面涂脫模劑以保證其光潔平整。

3)對破損襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固修復(fù)時(shí)，每隔10 m在地質(zhì)及結(jié)構(gòu)形式變化處設(shè)置伸縮縫，伸縮縫分布位置與原位置應(yīng)一致。對止水帶沖刷破壞處，按設(shè)計(jì)要求補(bǔ)設(shè)止水帶。本工程的止水帶為橡膠止水帶。止水帶的搭接長度不小于200 mm，安裝好的止水帶，應(yīng)注意加強(qiáng)保護(hù)。

4)加固采用的C35鐵鋼砂混凝土最小厚度為100 mm，對沖刷破壞面厚度較小的部位，應(yīng)適當(dāng)破除，保證混凝土的最小澆筑厚度。混凝土澆筑完成后，為避免混凝土凝結(jié)時(shí)收縮導(dǎo)致側(cè)墻新舊混凝土相接處出現(xiàn)裂縫， 造成二次沖刷破壞，在側(cè)墻的新舊混凝土相交處，采用聚氨酯涂層對接縫處進(jìn)行涂抹，涂抹厚度為1.5mm，分2次～3次均勻涂抹。

5)混凝土冬季施工除應(yīng)按一般規(guī)定制作標(biāo)準(zhǔn)混凝土試件外，尚應(yīng)根據(jù)養(yǎng)護(hù)、拆模和承受荷載的需要，增加與結(jié)構(gòu)同條件的施工試件不少于2組，此種試件應(yīng)在解凍后方可試壓。

6)加固的隧洞襯砌底板比原設(shè)計(jì)厚50 mm時(shí)，不設(shè)置角部倒角。側(cè)墻的混凝土向上鑿除50 mm，然后澆筑混凝土，側(cè)墻加固的最小高度不應(yīng)小于800 mm，新澆筑混凝土厚度不小于100 mm。主隧洞加固的混凝土養(yǎng)護(hù)期不應(yīng)少于28 d。

3 結(jié)語

排洪隧洞作為水利工程和尾礦庫工程的排洪系統(tǒng)，對工程的安全起到至關(guān)重要的作用，對排洪隧洞出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破損時(shí)應(yīng)及時(shí)采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施。鐵鋼砂混凝土相比普通混凝土結(jié)構(gòu)，工程造價(jià)相對較高，但其便于施工，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐沖刷性和耐磨蝕性好，除了應(yīng)用于加固除險(xiǎn)工程，也可應(yīng)用于大流量、陡坡及洞內(nèi)過石的隧洞及邊坡防滲加固工程，具有廣闊的應(yīng)用前景。