鐵鋼砂混凝土在水工隧洞襯砌加固中的應(yīng)用

摘 要：水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性會受到混凝土質(zhì)量的影響，因此要提高混凝土的承載力和抗?jié)B透能力，提高水工隧洞襯砌的使用性能。而鐵鋼砂混凝土的抗壓性、耐磨性、耐酸堿性、耐腐蝕、防濕性強，還能抗高溫，受到水工隧道的環(huán)境影響較小，因此非常適用于水工隧洞襯砌加固。本文將以某工程為例，探析鐵鋼砂混凝土在水工隧洞襯砌加固中的應(yīng)用方法和注意事項。

關(guān)鍵詞：鐵鋼砂混凝土;水工隧洞;襯砌加固;穩(wěn)定性

本文將以某地尾礦庫隧洞為例，探析如何用鐵鋼砂混凝土來加固襯砌，尾礦庫因為市場需求減少而被停滯不再投入生產(chǎn)使用。但是在汛期的時候?qū)ξ驳V庫進行檢查，發(fā)現(xiàn)主隧洞已經(jīng)被洪水嚴重沖刷，襯砌底板破壞嚴重，側(cè)壁底部被掏空，鋼筋彎起外露，對于排洪系統(tǒng)而言是非常大的安全隱患。因此需要對襯砌進行加固。

1 襯砌破壞原因

尾礦庫主要破壞的因素有如下方面：

1）尾礦庫隧洞的匯水面積大、坡度陡。常年有流水沖刷溝道，在修建的時候沒有設(shè)置科學(xué)合理的導(dǎo)流裝置，使得澆筑襯砌以后養(yǎng)護性能下降。同時襯砌加固混凝度抗壓、耐腐蝕等性能不強，或者是不適應(yīng)流水過大過快的中等地質(zhì)條件，因此使得襯砌結(jié)構(gòu)被嚴重氣蝕和沖刷破壞。

2）根據(jù)尾礦庫具體沖刷位置，我們發(fā)現(xiàn)石塊在攔洪壩上游溝道內(nèi)積聚過多，因為上游一些企業(yè)將廢石隨意的倒入了溝道內(nèi)部，當(dāng)石塊堆滿整個上游庫后，一旦發(fā)生洪水則會將大量石塊沖刷進隧道內(nèi)，在較快的流速下，襯砌側(cè)墻底部和底板和石塊都產(chǎn)生了較大的摩擦，使得襯砌結(jié)構(gòu)遭到了嚴重的破壞。

2 加固設(shè)計方案

本次加固方案將再用C35級別的鐵鋼砂混凝土作為主要材料，用來對破壞襯砌進行防滲透和補強加固處理。主要對施工工序和導(dǎo)流設(shè)置進行重點組織設(shè)計，以此來充分養(yǎng)護新增混凝土結(jié)構(gòu)，提高加固質(zhì)量。

施工設(shè)計方案為：先清理底部襯砌的表面，并進行沖洗，然后用C35鐵鋼砂混凝土進行澆筑。右側(cè)新澆筑的混凝土完成保護凝期以后則用C35鐵鋼砂混凝土澆筑左側(cè)，同樣要提前對沖刷面進行清洗，整平凸起的鋼筋。最后鑿除兩側(cè)被沖刷破壞的墻面，鑿除面積大約在20cm之內(nèi)，建立C25素混凝土支護和C25素混凝土洪污分隔墻。

3 鐵鋼砂混凝土技術(shù)性能

鐵鋼砂是一種新型的耐磨材料，三氧化鐵是其主要成分，基本由天然鐵礦石合成[1]。鐵鋼砂品味高，具有均勻高硬度的顆粒粒度，比重不粉化。它不僅抗壓、耐磨、抗沖擊、還耐酸、耐腐蝕、抗高溫防濕。同時鐵鋼砂造價比較便宜，施工也比較簡單[2]。鐵鋼砂混凝土指的是由高標(biāo)號的硅酸鹽水泥、清水、鐵鋼砂骨料、VNF-2減水劑進行比例調(diào)和而成的一種具有高強度的混凝土，在建筑施工中應(yīng)用廣

泛[3]。其鐵鋼砂具有堅硬的耐磨層，其摩擦系數(shù)、劈拉強度以及抗壓強度都遠遠超過了鐵屑砂漿耐磨層，多被應(yīng)用于易破壞、重摩擦、高沖擊力的建筑施工中。

本次加固工程所采用的鐵鋼砂混凝土的比例配比為0.3（水）：1（水泥）：3（鐵鋼砂）。其中水泥用的是C52.5或者C42.5級別以上的水泥。鐵鋼砂料級別配比情況為，0.5-3mm：15%，3-5mm：25%，大6-10mm：25%，10-40mm：35%。每方鐵鋼砂混凝土的用量為2-2.2.t，抹面部位需要0.5-5mm的鐵鋼砂粒徑。根據(jù)以上規(guī)格和比例進行現(xiàn)場拌制。在試驗配比中，鐵鋼砂混凝土能夠達到960kg/cm3的抗壓強度。通過增加鐵鋼砂的粒徑，則發(fā)現(xiàn)鐵鋼砂混凝土的抗壓強度也逐漸增強，凝固型也越好，保濕養(yǎng)護襯砌的效果也能夠得到更加充分的發(fā)揮。澆筑鐵鋼砂混凝土的厚度應(yīng)當(dāng)控制在100-500mm之間。

4 施工工藝

4.1 施工步驟

施工導(dǎo)流——施工準(zhǔn)備——破壞位置標(biāo)記——清理基面——安裝模板——安裝止水帶——澆筑鐵鋼砂混凝土——養(yǎng)護檢查——防護兩側(cè)表面。

4.2 施工工藝要點和注意事項

1）要用高壓水槍將被沖刷的襯砌表面上的松散碎裂以及質(zhì)地不良的石塊進行清理，然后再進行人工清理，提高表面的干凈和平整。在對鐵鋼砂混凝土進行澆筑的時候，要嚴格確保沖刷面沒有松動巖塊、淤泥、積水以及油漬等物質(zhì)。然后再用素混凝土鋪設(shè)10cm的厚度，平整以后進行澆筑。對于容易被風(fēng)化的巖石地質(zhì)條件，要預(yù)留出20-30cm左右厚度的已澆筑的鐵鋼砂混凝土。并用在舊澆筑的混凝土上面用高壓水槍或者進行人工沖毛，達到的“成毛面、無乳皮”的澆筑規(guī)范要求[4]。

2）安裝模板前要對表面雜物進行徹底的清楚，校正已經(jīng)變形的模板，安裝模板的時候要保證模板具有高強度、高穩(wěn)定性、高剛度等性能，讓澆筑后的鐵鋼砂混凝土結(jié)構(gòu)和位置都能夠合乎標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，達到施工方案設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。在安裝中，需要設(shè)置足夠多的臨時固定設(shè)施，以此來保證模板不會出現(xiàn)傾覆和變形。安裝以后可以涂抹脫模劑防止模板表面被風(fēng)化后干燥起皮，保證模板表面的平整和光潔。

3）加固修復(fù)破損襯砌結(jié)構(gòu)的時候，需要每隔10米的位置就要根據(jù)地質(zhì)和襯砌結(jié)構(gòu)的變化設(shè)置相適合的伸縮縫，其分布的位置需要和原來的位置保持重疊。對于沖刷破壞的止水帶，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)施工方案設(shè)計的要求來補裝止水帶。因為本工程止水帶的材質(zhì)是橡膠的，因此要注重加強保護，止水帶最終搭接的長度應(yīng)當(dāng)要大于200米。

4）選擇厚度大于100mm的C35鐵鋼砂混凝土，對于沖刷面厚度低于100mm的位置，要合理破除，確保到澆筑鐵鋼砂混凝土的厚度能夠達到100mm以上的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在澆筑結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)在側(cè)墻的舊混凝土和新混凝土之間的接縫上涂抹聚氨酯，分2-3次進行涂抹，涂抹要均勻，厚度最佳為1.5mm，這是為了防止鐵鋼沙混凝土凝結(jié)的時候收縮，使得舊混凝土和新混凝土之間的銜接處出現(xiàn)裂縫，從而受到?jīng)_刷的破壞[5]。

5）如果是在冬天進行施工的，需要在澆筑鐵鋼砂混凝土的時候，不只需要嚴格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進行施工，還要根據(jù)襯砌養(yǎng)護需求、承受荷載力的需求以及拆模需要，增加最少3組的與襯砌結(jié)構(gòu)條件相同的施工試件。在解凍后可以拿試件進行試壓。

6）對隧洞襯砌底板加固的厚度大于原襯砌的厚度，差距大于50mm時，則不要設(shè)置角部倒角。向上鑿除側(cè)墻的50mm范圍的舊混凝土，然后再澆筑新鐵鋼砂混凝土，側(cè)墻加固高度應(yīng)當(dāng)大于800mm，新澆筑的鐵鋼砂混凝土厚度應(yīng)當(dāng)大于100mm。加固主隧洞混凝土養(yǎng)護期應(yīng)當(dāng)保證在1個月以上。

5 結(jié)束語

尾礦庫和水利工程設(shè)置的排洪隧洞都是排洪系統(tǒng)，能夠保證汛期來臨時上方施工的安全。如果排洪隧洞出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)被嚴重沖刷破壞的情況，應(yīng)當(dāng)要及時的給與加固補強的施工技術(shù)手段，來提高排洪隧道整體結(jié)構(gòu)的抗壓性、強度和耐磨性。鐵鋼砂混凝土造價比起一般混凝土要稍貴一些，但是因為其性能全面，強度夠高，抗壓、耐腐蝕、抗沖刷性能較好，因此在襯砌被沖刷面進行加固不強是非常適用的。但是在施工中要把握幾個要點和注意事項，才能充分發(fā)揮出鐵鋼砂混凝土的性能來。

參考文獻

[1]陳振.水工導(dǎo)流隧洞混凝土襯砌開裂規(guī)律研究[D].重慶交通大學(xué)，2013.

[2]蔣暉.高壓水工隧洞襯砌承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析與評價[D].鄭州大學(xué)，2019.

[3]祝甲陽，楊超群，白宗寶.鐵鋼砂混凝土在水工隧洞襯砌加固中的應(yīng)用[J].山西建筑，2020，46（13）：81+105.

[4]張文劍.水工隧洞混凝土結(jié)構(gòu)健康診斷綜合評價研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2018.

[5]湯雷，謝煬，宋人心，傅翔.水工隧洞襯砌混凝土質(zhì)量檢測與安全分級評價[J].水利水電技術(shù)，2018，49（04）：203-209.

作者簡介

季獻慧（1983-），女，漢族，南陽新野，本科，講師，河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，研究方向：水利建筑。