馬 軍

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉 831100)

頭屯河發(fā)源于新疆天山北麓中段，是一條典型山溪性多泥沙河流，涵洞作為頭屯河水庫泄流排沙主要通道，運行多年，造成涵洞底板磨損嚴(yán)重。目前在國內(nèi)外，高強灌漿料普遍被應(yīng)用于機械設(shè)備安裝和修補加固工程中，但在水工建筑抗沖磨領(lǐng)域的應(yīng)用上尚處于探索過程。結(jié)合涵洞水沙運行特點和已往采用的抗沖磨措施及材料使用經(jīng)驗，從材料性能、施工工藝特性、應(yīng)用經(jīng)驗、經(jīng)濟性等因素綜合考慮，采用BZK-G高強灌漿料補強加固技術(shù)對沖失面積7.5 m2的部位進(jìn)行抗沖磨處理。

1 工程概況

頭屯河水庫是一座以灌溉為主，結(jié)合城鎮(zhèn)生活供水、工業(yè)用水、防洪等綜合利用的中型攔河水庫。水庫總庫容2 030萬m3，由大壩、溢洪道、放水涵洞、泄水隧洞及下游分水樞紐5大部分組成，工程等級為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級。涵洞全長300.2 m，其中洞身段長213.7 m，中間設(shè)有工作閘井，閘井上游為壓力段，長93.2 m，斷面為城門洞型，凈寬4.0 m，側(cè)墻高2.0 m，圓拱內(nèi)半徑2.0 m;閘井段長22.5 m;閘井下游為明流段，明流段長98.0 m，斷面為城門洞型，凈寬4.5 m，側(cè)墻凈高4.0 m，圓拱內(nèi)半徑2.25 m。涵洞進(jìn)、出口底高程分別為949.20，947.00 m，縱向坡比 1/100［1］。

涵洞位于河槽段壩基處，上部為水庫大壩心墻礫質(zhì)黏土，下部基礎(chǔ)為150號混凝土砌塊石，混凝土砌塊石下為砂巖、泥巖互層。涵洞基礎(chǔ)巖性以侏羅系上統(tǒng)頭屯河組(J3t)砂巖與泥質(zhì)砂巖互層及第四系松散堆積層為主;建基面基礎(chǔ)巖性為砂巖與泥質(zhì)砂巖互層，巖性軟硬相間，其飽和抗壓強度為35.4～53.5 MPa。

2 頭屯河水沙特性

頭屯河系山溪性多泥沙河流，年平均進(jìn)庫沙量為132.9萬 t，其中懸移質(zhì)沙量118.66萬 t，占89.3%;推移質(zhì)沙量為14.24萬 t，占10.7%。汛期年平均進(jìn)庫沙量為116.96萬t，其中懸移質(zhì)平均沙量為104.43萬t，推移質(zhì)沙量為12.53萬t，推懸比12%。水沙量主要集中在汛期6—8月份，汛期入庫水沙量分別占年來水來沙量的65.57%和88.00%(見表1)。

表1 多年平均入庫徑流量、沙量統(tǒng)計Table 1 Statistics of average annual incoming runoff and sediment load

3 原抗沖磨加固方案

2011年3月施工實施時，采用一級配C40F200W8鋼筋混凝土澆筑32 cm厚，混凝土表面鋪裝8 cm厚球墨鑄鐵塊作為抗沖磨層［1］，單塊球墨鑄鐵平均重45 kg，規(guī)格尺寸為:50 cm(長)×15 cm(寬)×8 cm(厚)，鐵塊下設(shè)2根長20 cm的支腿(直徑20 mm二級鋼筋)，支腿間距30 cm，支腿在球墨鑄鐵塊生產(chǎn)制造時與其整體澆筑為一體。對閘底檻至閘底檻后明流段第1道結(jié)構(gòu)縫長9 m段，采用混凝土入倉振搗密實后，人工鋪裝球墨鑄鐵塊，球墨鑄鐵塊支腿嵌入混凝土與鋼筋網(wǎng)(支腿與鋼筋網(wǎng)不焊接)的施工方式(以下簡稱A方案);對明流段第1道結(jié)構(gòu)縫至第2道結(jié)構(gòu)縫長12 m段，采用球墨鑄鐵塊支腿與鋼筋網(wǎng)整體焊接加固(并與原底板出露鋼筋焊接)成一體，預(yù)留澆筑孔，混凝土振搗密實后，人工將球墨鑄鐵塊封嵌預(yù)留澆筑孔的施工方式(以下簡稱B方案)［1］。

涵洞明流段底板于2011年4月17日完成抗沖磨加固，投入正常運行1 a多，期間水庫進(jìn)行多次泄洪沖沙，并于2011年7月2日經(jīng)歷當(dāng)年最大進(jìn)庫洪峰流量191 m3/s，涵洞最大泄流120 m3/s。停水檢查后發(fā)現(xiàn)，A方案實施部位約有面積7.5 m2球墨鑄鐵塊被沖失，球墨鑄鐵塊下混凝土基底層完好。B方案實施部位的球墨鑄鐵塊及混凝土基底層整體完好無損。

A方案中，球墨鑄鐵塊支腿嵌入混凝土與鋼筋網(wǎng)中，球墨鑄鐵塊與鋼筋混凝土基底層在結(jié)構(gòu)上沒有成為一體，在高速含沙水流的強大動能作用下，球墨鑄鐵單塊受力較大，球墨鑄鐵塊和支腿整體很容易被連根拔起或球墨鑄鐵塊與支腿連接處被剪切折斷(現(xiàn)場停水檢查也表現(xiàn)如此情況)，造成球墨鑄鐵塊被沖失。而B方案采用球墨鑄鐵塊支腿與鋼筋網(wǎng)整體焊接加固(并與原底板出露鋼筋焊接)成一體，在高速含沙水流的強大動能作用下，球墨鑄鐵塊與鋼筋混凝土基底層整體受力情況較好，球墨鑄鐵塊不易被沖失。

4 補強加固技術(shù)方案

根據(jù)涵洞水沙運行特點和已往使用抗沖磨措施及材料經(jīng)驗，從材料性能、施工工藝特性、應(yīng)用經(jīng)驗、經(jīng)濟性等因素綜合考慮，對7.5 m2沖失面積部位，采用對原加固層整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響小的高強耐磨材料進(jìn)行補強加固方案。2012年4月施工實施時，采用BZK-G高強灌漿料補強加固技術(shù)，補強加固平均厚10 cm。對沖失部位進(jìn)行清基，清基后進(jìn)行植筋，用GHJ高強型植筋膠對植筋錨固，采用縱橫間距20 cm×20 cm、直徑12 mm二級鋼筋單層筋鋼筋網(wǎng)作為骨架(鋼筋保護(hù)層厚5 cm)，通過植筋把鋼筋網(wǎng)與基底層連接成一個整體，用BZK-G高強灌漿料進(jìn)行灌注。

5 材料選定

5.1 GHJ高強植筋膠

植筋膠與混凝土、巖石、金屬錨桿相容性好，施工簡便、材料成本經(jīng)濟，具有固化快、錨固力強、抗震、抗老化、耐腐蝕(酸、堿)、常溫下無蠕變等性能特點。本次植筋采用型號規(guī)格為GHJ高強型A，B雙組分建筑植筋膠，其主要性能指標(biāo)見表2，制樣配比 A∶B=3∶1［2］。

5.2 BZK-G高強灌漿料

高強灌漿料是以高強度材料作為骨料，以水泥作為結(jié)合劑，輔以高流態(tài)、微膨脹、防離析等物質(zhì)配制而成，是以無機功能材料為主，再與有機高分子功能材料復(fù)合而成的新型材料，加水拌合后有良好的流動性、微膨脹性、早強、高強性和耐久性，具有高效減水、增強、保塑以及降低泌水等多重功效。在施工方面質(zhì)量可靠，成本低，縮短工期和使用方便等優(yōu)點［3］。本次采用新疆科隆建工程技術(shù)有限公司提供的BZK-G高強灌漿料，其主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

6 補強加固施工工藝及方法

6.1 施工流程

主要施工工序:清基→鉆孔→清孔→錨筋→鋼筋安裝→清面→刷一層環(huán)氧界面結(jié)合膠→BZK-G高強灌漿料配置→灌注→養(yǎng)護(hù)。

表2 GHJ植筋膠主要性能指標(biāo)Table 2 Main performance indexes of GHJ planting-bar adhesive

表3 主要技術(shù)指標(biāo)Table 3 Main technical indicators of grouting material

6.2 主要施工方法和技術(shù)措施

6.2.1 鉆孔和清孔

孔位按梅花樁形式布設(shè)，孔間排距40 cm，孔徑35 mm，孔深20 cm，按設(shè)計要求標(biāo)示鉆孔位置，錨筋鉆孔的間排距位置偏差控制在100 mm以內(nèi)，孔深偏差不大于50 mm［4］?？孜慌龅交纳弦延袖摻?，則鉆孔位置可適當(dāng)調(diào)整，但均應(yīng)植在箍筋或分布筋內(nèi)側(cè)，且鉆孔盡量靠近欲接長的已有鋼筋(力傳遞效果好)。采用電錘鉆孔，鉆孔過程中保持鉆機平穩(wěn)，防止混凝土產(chǎn)生裂縫，保護(hù)鋼筋不受損。

鉆孔完畢，合格后將孔內(nèi)粉塵用壓縮空氣吹出，反復(fù)進(jìn)行，直至將孔內(nèi)灰塵碎屑和積水清理干凈，最后用棉布蘸丙酮拭凈孔壁，將孔口臨時封閉。

6.2.2 錨筋與鋼筋安裝

錨筋為直徑16 mm二級鋼筋，總長25 cm。施工時嚴(yán)格按照GHJ高強型植筋膠配料說明及配料比進(jìn)行操作和配料。錨筋安裝選用先注漿后插錨的方法進(jìn)行，鉆孔直徑比錨筋直徑大15 mm以上［4］(孔徑35 mm)，通過注漿器具將膠直接流、搗進(jìn)孔中即可，在植筋時按單孔植筋尺寸確定配料量，配料量以植入鋼筋后植筋膠溢出孔口為準(zhǔn)，將孔口抹平。植筋膠在固化過程中24 h內(nèi)不得擾動鋼筋。植筋3 d后隨機抽檢，檢驗用千斤頂、錨具、反力架組成的系統(tǒng)作拉拔試驗，每批抽檢3根為1組，每組試驗的抗拔拉力值不低于設(shè)計錨固力的90%［5］。

植筋后，進(jìn)行鋼筋網(wǎng)安裝，鋼筋網(wǎng)采用直徑12 mm二級鋼筋、縱橫間距20 cm×20 cm的單層鋼筋網(wǎng)，保護(hù)層厚5 cm，植筋與單層鋼筋網(wǎng)整體焊接成一個整體。

6.2.3 灌漿料配制

植筋和鋼筋網(wǎng)連接完后，在建基面刷一層環(huán)氧界面結(jié)合膠，微干后開始灌注高強灌漿料。拌和用水采用飲用水，加水量按隨貨提供的產(chǎn)品合格證上的推薦用水量加入(標(biāo)準(zhǔn)稠度加水量為灌漿材料的13% ～15%)，加入2～4 mm粒徑的石英砂以灌漿材料∶石英砂∶水 =1∶0.5∶0.15為配合比。采用人工攪拌，先加入2/3的用水量攪拌2 min，其后加入剩余用水量繼續(xù)攪拌至均勻。攪拌地點靠近灌漿施工地點，每次攪拌量視使用量多少而定，以保證40 min以內(nèi)將料用完。

6.2.4 灌注及養(yǎng)護(hù)

考慮涵洞內(nèi)陰冷，環(huán)境氣溫偏低，為獲得最佳的工作狀態(tài)，在倉面周圍架設(shè)8個1 000 W碘鎢燈保證環(huán)境溫度在15～20℃。根據(jù)實際情況，灌漿料配制好后，從上游側(cè)采用“高位漏斗法灌漿”，利用重力壓差原理進(jìn)行灌漿，以確保漿料能充分填充各個角落。每次灌漿層厚度不超過100 mm［6］，先鋪滿基面，然后一層一層鋪灌。灌漿開始后，必須連續(xù)進(jìn)行，不能間斷，盡可能縮短灌漿時間。在灌漿過程中不進(jìn)行振搗，可用竹板條等進(jìn)行拉動導(dǎo)流，避免灌漿層受到振動和碰撞，以免損壞未結(jié)硬的灌漿層。

灌漿完畢后30 min內(nèi)用棉氈覆蓋，終凝后立即灑水保濕養(yǎng)護(hù)，灑水養(yǎng)護(hù)時間不得少于7 d，澆水間隔應(yīng)保持灌漿材料處于濕潤狀態(tài)。

7 運行情況

2012年4月補強加固完后，經(jīng)1 a運行，涵洞多次泄流排沙，期間最大泄量45 m3/s，停水檢查后發(fā)現(xiàn)補強加固部位整體完好無損。再經(jīng)2013年1 a運行，期間最大進(jìn)庫流量121 m3/s，涵洞最大泄量62 m3/s，停水檢查后發(fā)現(xiàn)，補強加固部位經(jīng)2 a運行仍然整體完好無損。

8 結(jié)語

結(jié)合涵洞水沙運行特點和已往使用抗沖磨措施及材料經(jīng)驗，從材料性能、施工工藝特性、應(yīng)用經(jīng)驗、經(jīng)濟性等因素綜合考慮，對沖失面積7.5 m2的部位采用BZK-G高強灌漿料補強加固技術(shù)。經(jīng)2 a運行檢驗，該技術(shù)的應(yīng)用對涵洞底板的抗沖磨補強加固起到了一定的效果，為類似水工建筑物的抗沖磨加固提供一定的參考。同時，在此基礎(chǔ)上結(jié)合工程運行情況，總結(jié)實踐經(jīng)驗，可進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計和施工工藝，不斷完善和發(fā)展此技術(shù)在多泥沙河流泄水建筑物抗沖磨中的應(yīng)用。

［1］馬 軍.球墨鑄鐵在頭屯河水庫放水涵洞底板抗沖磨加固中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，2012，43(7):77 －80.(MA Jun.Application Nodular Cast Iron to Abrasion-resistant Reinforcement of Bottom Slab of Draw-off for Toutun River［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，2012，43(7):77 －80.(in Chinese))

［2］馬 軍.頭屯河水庫放水涵洞底板抗沖磨加固方案及施工技術(shù)［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2011，(6):69－71.(MA Jun.Toutun River Reservoir Discharge Culvert Bottom Plate Abrasion Resistance and Reinforcement Scheme and Construction Technology［J］.Water Science and Engineering Technology，2011，(6):69 －71.(in Chinese))

［3］JC/T986—2005，水泥基灌漿材料［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.(JC/T986—2005，Cementitious Grouting Material［S］.Beijing:China Standards Press，2005.(in Chinese))

［4］DL/T5169—2002，水工混凝土鋼筋施工規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2002.(DL/T5169—2002，Specification for Construction of Hydraulic Concrete Reinforcement［S］.Beijing:China Electric Power Press，2002.(in Chinese))

［5］GB/50367—2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.(GB/50367—2006，Degin Code for Strengthening Concrete Structure［S］.Beijing:China Architecture and Building Press，2006.(in Chinese))

［6］GB/T50448—2008，水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2008.(GB/T50448—2008，Code of the Application Technique of Cementitious Grouting Material［S］.Beijing:China Planning Press，2008.(in Chinese ))