宝鸡峡倒虹工程输水混凝土管底部抗冲耐磨修复与加固处理

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一、引 言
    陕西省宝鸡峡韦水倒虹工程全长880m，其中钢筋混凝土管长623m，内径3.25m。设计流量52m3/s，校核流量55m3/s，控制灌溉面积159万亩。该倒虹工程于1971年建成，至今已运行30多年。由于30多年前施工技术限制和质量不佳，加之长期的高水头水流冲刷及水中重推移质（砖头、石块等）的撞击，倒虹的钢筋混凝土管普遍存在着内壁磨损现象，尤其管底部位最为严重，据1999年实测结果，磨损深度5～6cm的有12节管子（平均每节砼管10米长），3～5cm的有60节管子，小于3cm的有28节管子，磨损最大宽度1.7m，最大深度6cm。磨损严重部位的表面积约1300m2，占管内壁面积12715 m2的10.2%。且有44节管子出现了不同程度的钢筋外露，露筋根数565根，累计长度104m。最严重的一节管子露筋40根，占该节管子主筋根数（77根）的52%，外露最长的一根露筋80cm，部分钢筋磨损部分已超过钢筋截面的50%。
    输水混凝土管内壁的严重磨损直接影响着运行安全，2001年11月，该倒虹工程列入全国灌区续建配套与节水改造项目。鉴于砼管内壁磨损现象集中于管底部位，决定对管上部及中部的270°范围的混凝土内壁采用刷涂WSP防碳化处理，对钢筋混凝土管底部进行抗冲耐磨修复处理，使其恢复正常，继续发挥应有的效益，并满足对输水能力的更高要求。
    二、方案比较
    管底部90°范围混凝土抗冲耐磨修复比较了如下几种方案：
    （1）采用环氧砂浆或防水混凝土修补。因内壁凿除深度有限（否则会裸露主筋），环氧砂浆或防水混凝土与老混凝土界面的结合很难保证，同时施工麻烦、成本较高。
    （2）粘贴玻纤布或碳纤维布修复。目前市场使用的粘结胶通常耐水性较差，在水的长期浸泡作用下粘结强度会不断降低，加之水流速度较快，水头压力较高，易将布剥离使得修复失效。
    （3）外粘钢板修复。在内壁先用自锁锚杆嵌固钢板，在内壁与钢板之间的缝隙中用压力灌注WSJ建筑结构胶。钢板在自锁锚杆的锚固力和结构胶的粘结力作用下，能与原混凝土共同受力工作。钢板补充了混凝土内部的配筋损失，同时可防混凝土构件的进一步碳化和在流水中的腐蚀及冲磨，因此，该方法具有强度高，抗冲磨、抗空蚀性能好和可靠性高等优点，是本工程的最优处理方案。
    三、所用材料及其特点
    粘钢所用的粘结剂为WSJ建筑结构胶，高强、无毒、内聚、粘结性能好，其剪切强度大于18MPa，且耐老化性能好，2000h人工加速老化试验各项力学指标不降低。
    嵌固钢板时采用“巨成”牌自锁锚杆成套产品。该产品的技术特点是：在混凝土结构上先用普通钻头钻直孔至设计深度，然后改用扩孔钻头将直孔底部扩成倒锥面，锚杆安装时，在轴压力作用下锚杆端部开槽部位受楔块顶撑张开形成自锁，最后灌注无机粘结灌注材料ICG-Ⅰ填充锚杆与混凝土孔壁之间的空隙。这项技术很好地解决了耐久、耐水、耐温性的问题，与传统的直孔植筋锚固方法相比，可靠性极大地提高，且具有锚固速度快等特点。解决了弧形钢板安装时的对孔困难和焊接时的热效应，大大加快了施工速度，更能保证管底粘钢加固的质量。所用的无机粘结灌注材料ICG-Ⅰ具有优异的技术性能：①浆液：流动性大（自流）、析水率低、可灌性好、自密实性能好；②硬化体：早强、高强且持久高强；与混凝土孔壁、钢筋有良好的粘结性能，不收缩；耐老化、耐化学腐蚀、耐水、耐中温（500℃），适合永久性工程。
    四、修复施工步骤及技术要点
    修复的具体措施包括：
    （1）在管底90°范围将基面混凝土下凿不小于15mm，并稍作平整，原冲刷较深超过15mm处要求表面凿毛，用C25细石混凝土填补至12mm的粘钢深度要求。
    （2）待新做C25细石混凝土充分干燥后，在表面划线定出自锁锚杆孔位并钻孔：孔深300mm，孔径为D25，间距500×500mm，梅花形布孔，钻孔方向垂直基面；若遇钢筋，则将孔位适当调整；并在弧形钢板（Q235B钢板，δ=10 mm）上按相应孔位钻孔，成孔后，将钢板需贴合的表面打磨处理好。
    （3）将锚杆孔内壁吹净润湿后，在钢板下适当垫置2mm的小钢垫块以保证胶层的厚度，将钢板对孔就位；向孔内灌注ICG-Ⅰ无机粘结材料，然后植入自锁锚杆，材质为I级钢，直径为Φ20，自锁锚杆套装完毕，割掉高出钢板面的部分，将锚杆与钢板焊接，并将相邻钢板之间的环向缝对接焊好。
    （4）在嵌固好的钢板周边密封并埋置排气管；在弧形钢板底部埋置进浆管，采用压力灌注WSJ建筑结构胶。
    （5）待WSJ胶液固化后，对钢板表面采用抗冲耐磨涂层防护处理。
    施工要点包括：
    （1）弧形钢板的卷板曲率要根据实际情况确定
    因30年前混凝土管浇筑施工时内模变形，管壁成形不规整，造成实测的管底内壁弧形的拟合半径主要分布在1600--1700 mm范围内，该范围外的数据小于10%，故管底粘钢按2552 mm×2000 mm下料，按半径1700 mm卷板成弧形。统一的卷板曲率，既便于加工厂内的卷板质量保证，又便于混凝土管内的粘钢放线和孔位放样。