硅粉混凝土在引水樞紐閘基加固中的應(yīng)用

常陸軍

(新疆昌吉方匯水電設(shè)計(jì)有限公司，新疆 昌吉 831100)

1 工程概況

新疆頭屯河第二引水樞紐工程始建于1964年，該工程位于頭屯河水庫(kù)大壩下游150 m處，是一座攔河式引水樞紐。設(shè)計(jì)引水流量為5.0 m3/s，工程規(guī)模為Ⅲ等中型，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。該引水樞紐工程主要由2孔引水閘、1孔沖砂閘及4孔沖砂閘組成。目前閘底板及閘墩沖刷磨損嚴(yán)重，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，被新疆自治區(qū)水利廳判定為三類閘。

2 水文氣象及工程地質(zhì)

2.1 水文氣象

頭屯河流域位于新疆天山北坡中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，頭屯河水庫(kù)壩址以上集水面積

1878 km2，頭屯河多年平均徑流量2.66億m3。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇，洪峰流量137.00 m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇，洪峰流量169.31 m3/s。

根據(jù)昌吉?dú)庀笳举Y料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫6.8 ℃，極端最高氣溫42.0 ℃，極端最低氣溫-38.2 ℃。多年平均最大風(fēng)速22.0 m/s，多年平均風(fēng)速3.4 m/s，歷年最大凍土深度1.5 m。

2.2 工程地質(zhì)條件

(1)物理力學(xué)性質(zhì)分析。根據(jù)鉆探揭露：第二引水樞紐工程地表層為2.5 m厚的卵礫石層，粒徑范圍在2～50 cm之間。通過密度試驗(yàn)得出卵礫石天然密度2.12～2.25 g/cm3，自然休止角35°～38°，滲透系數(shù)K為4.4×10-2～8.2×10-2cm/s，屬于強(qiáng)透水層，承載力300～350 kPa，工程地質(zhì)條件好。地表層巖石的力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 卵礫石的物理力學(xué)性質(zhì)

下伏基巖為侏羅系頭屯河組砂巖、泥巖，淺綠、淡黃色，薄-中厚層狀，強(qiáng)風(fēng)化層厚2.0～3.0 m，弱風(fēng)化層厚5.0～6.0 m，承載力300～800 kPa。地層巖石的力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。

(2)地基土滲透變形分析。經(jīng)實(shí)地考察分析，

地基土巖性為連續(xù)級(jí)配土。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，其連續(xù)級(jí)配土區(qū)分粒徑d按式(1)計(jì)算，最后得出閘基滲透變形類型為管涌。而閘基土臨界水力比降允許值J允計(jì)算見式(2)[1]，經(jīng)計(jì)算J允范圍在0.10～0.15之間。

表2 砂巖、泥巖物理力學(xué)性質(zhì)

(1)

式中：d70為占總土重70%的土粒粒徑，40 mm；d10為占總土重10%的土粒粒徑，0.7 mm。

(2)

式中：Gs為土的顆粒比重；n為土的孔隙率，%；d5、d20分別為占總土重5%和20%的土粒粒徑，mm。

2.3 環(huán)境腐蝕性評(píng)價(jià)

3 硅粉混凝土修補(bǔ)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 閘室修補(bǔ)方案的確定

本次設(shè)計(jì)拆除閘底板表層30 cm厚漿砌卵石，在原鋼筋混凝土閘底板植入錨筋，錨筋間距1.0 m，錨筋長(zhǎng)80 cm，錨固長(zhǎng)度為60 cm，在原底板上重新綁扎鋼筋、澆筑C60F200W6硅粉混凝土修補(bǔ)，厚度30 cm。閘墩部位表層鑿毛厚度3 cm，采用環(huán)氧砂漿補(bǔ)強(qiáng)處理。鑿除閘墩前端圓弧段，采用C60F200W6硅粉混凝土修補(bǔ)，并植入錨筋。詳見圖1、圖2。

圖1 環(huán)氧砂漿補(bǔ)強(qiáng)處理圖

圖2 硅粉混凝土修補(bǔ)圖

3.2 硅粉混凝土修補(bǔ)加固設(shè)計(jì)參數(shù)

硅粉混凝土是在普通混凝土中摻加硅粉和高效減水劑改變混凝土性能而制成的。硅粉混凝土增加了普通混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度，提高了普通混凝土的抗沖性、抗?jié)B性、抗腐蝕性等性能，硅粉混凝土有效地保護(hù)鋼筋不受侵蝕。因此，特別適用于水工建筑物抗沖性、抗?jié)B性、抗腐蝕性等要求較高的工程。硅粉混凝土抗空蝕強(qiáng)度提高3倍，抗沖磨強(qiáng)度比普通混凝土C40提高2倍。硅粉混凝土加固設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表3[2]。

表3 硅粉混凝土修補(bǔ)加固設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 硅粉混凝土修補(bǔ)加固施工

硅粉混凝土修補(bǔ)施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→剝蝕混凝土鑿除→新、舊結(jié)合面處理→硅粉混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)。

(1)施工準(zhǔn)備。施工前要制定詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備相關(guān)的施工機(jī)械設(shè)備和施工人員，對(duì)修補(bǔ)材料硅粉混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，確定硅粉混凝土的配合比。

(2)剝蝕混凝土鑿除。必須徹底將閘底板、閘墩受到剝蝕損傷的疏松混凝土鑿除，保證閘底板、閘墩混凝土基面與硅粉混凝土良好結(jié)合，鑿除厚度一定要均厚，避免出現(xiàn)不合格斷面，周邊要垂直表面切除，保證不損害周圍完好的混凝土。

(3)新、舊結(jié)合面處理。在澆筑硅粉混凝土前，先將閘底板、閘墩鑿除，表面采用高壓水槍沖洗或用吸塵設(shè)備清潔。然后在閘底板、閘墩清潔完成的結(jié)合面上涂刷一層具有黏結(jié)性較好的界面劑。然后在結(jié)合面上植入短鋼筋，采用φ20 mm錨筋，間距1.0 m，梅花形布置長(zhǎng)80 cm，深入原底板60 cm，最后再植入直徑φ8 mm，鋼筋網(wǎng)間距10 cm的短鋼筋架。

(4)硅粉混凝土澆筑施工。①硅粉混凝土的拌和?；炷涟韬瓦^程，按試驗(yàn)好的混凝土配合比將材料稱重，投料順序[3]：水→砂石骨料→水泥→硅粉→外加劑。②硅粉混凝土的運(yùn)輸。硅粉混凝土所用的運(yùn)輸設(shè)備，使混凝土在運(yùn)輸過程中不發(fā)生漏漿、離析和坍落等損失現(xiàn)象，為盡量減少運(yùn)輸時(shí)間，采用垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸相結(jié)合的運(yùn)輸方式。③硅粉混凝土的澆筑。 硅粉混凝土的澆筑要嚴(yán)格按照《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677—2014)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。在硅粉混凝土澆筑之前，要仔細(xì)檢查新、舊混凝土結(jié)合面是否合格，合格后方可進(jìn)行混凝土澆筑。在混凝土澆筑過程中應(yīng)保持連續(xù)澆筑，不得中斷，如有因故中止且超過間歇時(shí)間，則應(yīng)處理施工縫[4]。硅粉混凝土要求連續(xù)供應(yīng)，以防止造成冷接茬。施工過程中各主要環(huán)節(jié)以及對(duì)硅粉混凝土質(zhì)量進(jìn)行控制和檢查[5]。保證硅粉混凝土修補(bǔ)后表面平整光滑，無空洞、無麻面、無貫穿性裂縫。④養(yǎng)護(hù)。硅粉混凝土養(yǎng)護(hù)過程中最重要的環(huán)節(jié)是防止水分過早蒸發(fā)，當(dāng)混凝土澆筑完畢，立即覆膜、鋪設(shè)麻袋并澆水養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié) 語

頭屯河第二引水樞紐閘室加固采用硅粉混凝土修補(bǔ)技術(shù)，使修補(bǔ)混凝土體的抗沖刷強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗侵蝕強(qiáng)度有了明顯的提高，同時(shí)使混凝土具有良好的和易性、流動(dòng)性；硅粉混凝土減少了混凝土單位水泥用量，從而減輕了溫控負(fù)擔(dān)，其經(jīng)濟(jì)效益增加效果顯著。