祝甲陽 楊超群 白宗寶
(陜西冶金設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710000)
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)行除險治理。
本次設(shè)計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,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)計要求后過洪,見圖1。
鐵鋼砂混凝土是由高標(biāo)號普通硅酸鹽水泥、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)?;炷翝仓穸葹?00 mm~500 mm。
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
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)計要求。在模板安裝過程中,設(shè)置足夠的臨時固定設(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,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?;炷翝仓瓿珊?,為避免混凝土凝結(jié)時收縮導(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)計厚50 mm時,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。
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)破損時應(yīng)及時采取加固補(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。