寶雞峽倒虹工程輸水混凝土管底部抗沖耐磨修復與加固處理

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一、引 言
    陜西省寶雞峽韋水倒虹工程全長880m，其中鋼筋混凝土管長623m，內(nèi)徑3.25m。設計流量52m3/s，校核流量55m3/s，控制灌溉面積159萬畝。該倒虹工程于1971年建成，至今已運行30多年。由于30多年前施工技術限制和質(zhì)量不佳，加之長期的高水頭水流沖刷及水中重推移質(zhì)（磚頭、石塊等）的撞擊，倒虹的鋼筋混凝土管普遍存在著內(nèi)壁磨損現(xiàn)象，尤其管底部位最為嚴重，據(jù)1999年實測結果，磨損深度5～6cm的有12節(jié)管子（平均每節(jié)砼管10米長），3～5cm的有60節(jié)管子，小于3cm的有28節(jié)管子，磨損最大寬度1.7m，最大深度6cm。磨損嚴重部位的表面積約1300m2，占管內(nèi)壁面積12715 m2的10.2%。且有44節(jié)管子出現(xiàn)了不同程度的鋼筋外露，露筋根數(shù)565根，累計長度104m。最嚴重的一節(jié)管子露筋40根，占該節(jié)管子主筋根數(shù)（77根）的52%，外露最長的一根露筋80cm，部分鋼筋磨損部分已超過鋼筋截面的50%。
    輸水混凝土管內(nèi)壁的嚴重磨損直接影響著運行安全，2001年11月，該倒虹工程列入全國灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目。鑒于砼管內(nèi)壁磨損現(xiàn)象集中于管底部位，決定對管上部及中部的270°范圍的混凝土內(nèi)壁采用刷涂WSP防碳化處理，對鋼筋混凝土管底部進行抗沖耐磨修復處理，使其恢復正常，繼續(xù)發(fā)揮應有的效益，并滿足對輸水能力的更高要求。
    二、方案比較
    管底部90°范圍混凝土抗沖耐磨修復比較了如下幾種方案：
    （1）采用環(huán)氧砂漿或防水混凝土修補。因內(nèi)壁鑿除深度有限（否則會裸露主筋），環(huán)氧砂漿或防水混凝土與老混凝土界面的結合很難保證，同時施工麻煩、成本較高。
    （2）粘貼玻纖布或碳纖維布修復。目前市場使用的粘結膠通常耐水性較差，在水的長期浸泡作用下粘結強度會不斷降低，加之水流速度較快，水頭壓力較高，易將布剝離使得修復失效。
    （3）外粘鋼板修復。在內(nèi)壁先用自鎖錨桿嵌固鋼板，在內(nèi)壁與鋼板之間的縫隙中用壓力灌注WSJ建筑結構膠。鋼板在自鎖錨桿的錨固力和結構膠的粘結力作用下，能與原混凝土共同受力工作。鋼板補充了混凝土內(nèi)部的配筋損失，同時可防混凝土構件的進一步碳化和在流水中的腐蝕及沖磨，因此，該方法具有強度高，抗沖磨、抗空蝕性能好和可靠性高等優(yōu)點，是本工程的最優(yōu)處理方案。
    三、所用材料及其特點
    粘鋼所用的粘結劑為WSJ建筑結構膠，高強、無毒、內(nèi)聚、粘結性能好，其剪切強度大于18MPa，且耐老化性能好，2000h人工加速老化試驗各項力學指標不降低。
    嵌固鋼板時采用“巨成”牌自鎖錨桿成套產(chǎn)品。該產(chǎn)品的技術特點是：在混凝土結構上先用普通鉆頭鉆直孔至設計深度，然后改用擴孔鉆頭將直孔底部擴成倒錐面，錨桿安裝時，在軸壓力作用下錨桿端部開槽部位受楔塊頂撐張開形成自鎖，最后灌注無機粘結灌注材料ICG-Ⅰ填充錨桿與混凝土孔壁之間的空隙。這項技術很好地解決了耐久、耐水、耐溫性的問題，與傳統(tǒng)的直孔植筋錨固方法相比，可靠性極大地提高，且具有錨固速度快等特點。解決了弧形鋼板安裝時的對孔困難和焊接時的熱效應，大大加快了施工速度，更能保證管底粘鋼加固的質(zhì)量。所用的無機粘結灌注材料ICG-Ⅰ具有優(yōu)異的技術性能：①漿液：流動性大（自流）、析水率低、可灌性好、自密實性能好；②硬化體：早強、高強且持久高強；與混凝土孔壁、鋼筋有良好的粘結性能，不收縮；耐老化、耐化學腐蝕、耐水、耐中溫（500℃），適合永久性工程。
    四、修復施工步驟及技術要點
    修復的具體措施包括：
    （1）在管底90°范圍將基面混凝土下鑿不小于15mm，并稍作平整，原沖刷較深超過15mm處要求表面鑿毛，用C25細石混凝土填補至12mm的粘鋼深度要求。
    （2）待新做C25細石混凝土充分干燥后，在表面劃線定出自鎖錨桿孔位并鉆孔：孔深300mm，孔徑為D25，間距500×500mm，梅花形布孔，鉆孔方向垂直基面；若遇鋼筋，則將孔位適當調(diào)整；并在弧形鋼板（Q235B鋼板，δ=10 mm）上按相應孔位鉆孔，成孔后，將鋼板需貼合的表面打磨處理好。
    （3）將錨桿孔內(nèi)壁吹凈潤濕后，在鋼板下適當墊置2mm的小鋼墊塊以保證膠層的厚度，將鋼板對孔就位；向孔內(nèi)灌注ICG-Ⅰ無機粘結材料，然后植入自鎖錨桿，材質(zhì)為I級鋼，直徑為Φ20，自鎖錨桿套裝完畢，割掉高出鋼板面的部分，將錨桿與鋼板焊接，并將相鄰鋼板之間的環(huán)向縫對接焊好。
    （4）在嵌固好的鋼板周邊密封并埋置排氣管；在弧形鋼板底部埋置進漿管，采用壓力灌注WSJ建筑結構膠。
    （5）待WSJ膠液固化后，對鋼板表面采用抗沖耐磨涂層防護處理。
    施工要點包括：
    （1）弧形鋼板的卷板曲率要根據(jù)實際情況確定
    因30年前混凝土管澆筑施工時內(nèi)模變形，管壁成形不規(guī)整，造成實測的管底內(nèi)壁弧形的擬合半徑主要分布在1600--1700 mm范圍內(nèi)，該范圍外的數(shù)據(jù)小于10%，故管底粘鋼按2552 mm×2000 mm下料，按半徑1700 mm卷板成弧形。統(tǒng)一的卷板曲率，既便于加工廠內(nèi)的卷板質(zhì)量保證，又便于混凝土管內(nèi)的粘鋼放線和孔位放樣。