BZK-G高强灌浆料抗冲磨补强加固技术

马 军

(新疆水利厅头屯河流域管理处，新疆昌吉 831100)

头屯河发源于新疆天山北麓中段，是一条典型山溪性多泥沙河流，涵洞作为头屯河水库泄流排沙主要通道，运行多年，造成涵洞底板磨损严重。目前在国内外，高强灌浆料普遍被应用于机械设备安装和修补加固工程中，但在水工建筑抗冲磨领域的应用上尚处于探索过程。结合涵洞水沙运行特点和已往采用的抗冲磨措施及材料使用经验，从材料性能、施工工艺特性、应用经验、经济性等因素综合考虑，采用BZK-G高强灌浆料补强加固技术对冲失面积7.5 m2的部位进行抗冲磨处理。

1 工程概况

头屯河水库是一座以灌溉为主，结合城镇生活供水、工业用水、防洪等综合利用的中型拦河水库。水库总库容2 030万m3，由大坝、溢洪道、放水涵洞、泄水隧洞及下游分水枢纽5大部分组成，工程等级为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。涵洞全长300.2 m，其中洞身段长213.7 m，中间设有工作闸井，闸井上游为压力段，长93.2 m，断面为城门洞型，净宽4.0 m，侧墙高2.0 m，圆拱内半径2.0 m;闸井段长22.5 m;闸井下游为明流段，明流段长98.0 m，断面为城门洞型，净宽4.5 m，侧墙净高4.0 m，圆拱内半径2.25 m。涵洞进、出口底高程分别为949.20，947.00 m，纵向坡比 1/100［1］。

涵洞位于河槽段坝基处，上部为水库大坝心墙砾质黏土，下部基础为150号混凝土砌块石，混凝土砌块石下为砂岩、泥岩互层。涵洞基础岩性以侏罗系上统头屯河组(J3t)砂岩与泥质砂岩互层及第四系松散堆积层为主;建基面基础岩性为砂岩与泥质砂岩互层，岩性软硬相间，其饱和抗压强度为35.4～53.5 MPa。

2 头屯河水沙特性

头屯河系山溪性多泥沙河流，年平均进库沙量为132.9万 t，其中悬移质沙量118.66万 t，占89.3%;推移质沙量为14.24万 t，占10.7%。汛期年平均进库沙量为116.96万t，其中悬移质平均沙量为104.43万t，推移质沙量为12.53万t，推悬比12%。水沙量主要集中在汛期6—8月份，汛期入库水沙量分别占年来水来沙量的65.57%和88.00%(见表1)。

表1 多年平均入库径流量、沙量统计Table 1 Statistics of average annual incoming runoff and sediment load

3 原抗冲磨加固方案

2011年3月施工实施时，采用一级配C40F200W8钢筋混凝土浇筑32 cm厚，混凝土表面铺装8 cm厚球墨铸铁块作为抗冲磨层［1］，单块球墨铸铁平均重45 kg，规格尺寸为:50 cm(长)×15 cm(宽)×8 cm(厚)，铁块下设2根长20 cm的支腿(直径20 mm二级钢筋)，支腿间距30 cm，支腿在球墨铸铁块生产制造时与其整体浇筑为一体。对闸底槛至闸底槛后明流段第1道结构缝长9 m段，采用混凝土入仓振捣密实后，人工铺装球墨铸铁块，球墨铸铁块支腿嵌入混凝土与钢筋网(支腿与钢筋网不焊接)的施工方式(以下简称A方案);对明流段第1道结构缝至第2道结构缝长12 m段，采用球墨铸铁块支腿与钢筋网整体焊接加固(并与原底板出露钢筋焊接)成一体，预留浇筑孔，混凝土振捣密实后，人工将球墨铸铁块封嵌预留浇筑孔的施工方式(以下简称B方案)［1］。

涵洞明流段底板于2011年4月17日完成抗冲磨加固，投入正常运行1 a多，期间水库进行多次泄洪冲沙，并于2011年7月2日经历当年最大进库洪峰流量191 m3/s，涵洞最大泄流120 m3/s。停水检查后发现，A方案实施部位约有面积7.5 m2球墨铸铁块被冲失，球墨铸铁块下混凝土基底层完好。B方案实施部位的球墨铸铁块及混凝土基底层整体完好无损。

A方案中，球墨铸铁块支腿嵌入混凝土与钢筋网中，球墨铸铁块与钢筋混凝土基底层在结构上没有成为一体，在高速含沙水流的强大动能作用下，球墨铸铁单块受力较大，球墨铸铁块和支腿整体很容易被连根拔起或球墨铸铁块与支腿连接处被剪切折断(现场停水检查也表现如此情况)，造成球墨铸铁块被冲失。而B方案采用球墨铸铁块支腿与钢筋网整体焊接加固(并与原底板出露钢筋焊接)成一体，在高速含沙水流的强大动能作用下，球墨铸铁块与钢筋混凝土基底层整体受力情况较好，球墨铸铁块不易被冲失。

4 补强加固技术方案

根据涵洞水沙运行特点和已往使用抗冲磨措施及材料经验，从材料性能、施工工艺特性、应用经验、经济性等因素综合考虑，对7.5 m2冲失面积部位，采用对原加固层整体结构稳定性影响小的高强耐磨材料进行补强加固方案。2012年4月施工实施时，采用BZK-G高强灌浆料补强加固技术，补强加固平均厚10 cm。对冲失部位进行清基，清基后进行植筋，用GHJ高强型植筋胶对植筋锚固，采用纵横间距20 cm×20 cm、直径12 mm二级钢筋单层筋钢筋网作为骨架(钢筋保护层厚5 cm)，通过植筋把钢筋网与基底层连接成一个整体，用BZK-G高强灌浆料进行灌注。

5 材料选定

5.1 GHJ高强植筋胶

植筋胶与混凝土、岩石、金属锚杆相容性好，施工简便、材料成本经济，具有固化快、锚固力强、抗震、抗老化、耐腐蚀(酸、碱)、常温下无蠕变等性能特点。本次植筋采用型号规格为GHJ高强型A，B双组分建筑植筋胶，其主要性能指标见表2，制样配比 A∶B=3∶1［2］。

5.2 BZK-G高强灌浆料

高强灌浆料是以高强度材料作为骨料，以水泥作为结合剂，辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成，是以无机功能材料为主，再与有机高分子功能材料复合而成的新型材料，加水拌合后有良好的流动性、微膨胀性、早强、高强性和耐久性，具有高效减水、增强、保塑以及降低泌水等多重功效。在施工方面质量可靠，成本低，缩短工期和使用方便等优点［3］。本次采用新疆科隆建工程技术有限公司提供的BZK-G高强灌浆料，其主要技术指标见表3。

6 补强加固施工工艺及方法

6.1 施工流程

主要施工工序:清基→钻孔→清孔→锚筋→钢筋安装→清面→刷一层环氧界面结合胶→BZK-G高强灌浆料配置→灌注→养护。

表2 GHJ植筋胶主要性能指标Table 2 Main performance indexes of GHJ planting-bar adhesive

表3 主要技术指标Table 3 Main technical indicators of grouting material

6.2 主要施工方法和技术措施

6.2.1 钻孔和清孔

孔位按梅花桩形式布设，孔间排距40 cm，孔径35 mm，孔深20 cm，按设计要求标示钻孔位置，锚筋钻孔的间排距位置偏差控制在100 mm以内，孔深偏差不大于50 mm［4］。孔位碰到基材上已有钢筋，则钻孔位置可适当调整，但均应植在箍筋或分布筋内侧，且钻孔尽量靠近欲接长的已有钢筋(力传递效果好)。采用电锤钻孔，钻孔过程中保持钻机平稳，防止混凝土产生裂缝，保护钢筋不受损。

钻孔完毕，合格后将孔内粉尘用压缩空气吹出，反复进行，直至将孔内灰尘碎屑和积水清理干净，最后用棉布蘸丙酮拭净孔壁，将孔口临时封闭。

6.2.2 锚筋与钢筋安装

锚筋为直径16 mm二级钢筋，总长25 cm。施工时严格按照GHJ高强型植筋胶配料说明及配料比进行操作和配料。锚筋安装选用先注浆后插锚的方法进行，钻孔直径比锚筋直径大15 mm以上［4］(孔径35 mm)，通过注浆器具将胶直接流、捣进孔中即可，在植筋时按单孔植筋尺寸确定配料量，配料量以植入钢筋后植筋胶溢出孔口为准，将孔口抹平。植筋胶在固化过程中24 h内不得扰动钢筋。植筋3 d后随机抽检，检验用千斤顶、锚具、反力架组成的系统作拉拔试验，每批抽检3根为1组，每组试验的抗拔拉力值不低于设计锚固力的90%［5］。

植筋后，进行钢筋网安装，钢筋网采用直径12 mm二级钢筋、纵横间距20 cm×20 cm的单层钢筋网，保护层厚5 cm，植筋与单层钢筋网整体焊接成一个整体。

6.2.3 灌浆料配制

植筋和钢筋网连接完后，在建基面刷一层环氧界面结合胶，微干后开始灌注高强灌浆料。拌和用水采用饮用水，加水量按随货提供的产品合格证上的推荐用水量加入(标准稠度加水量为灌浆材料的13% ～15%)，加入2～4 mm粒径的石英砂以灌浆材料∶石英砂∶水 =1∶0.5∶0.15为配合比。采用人工搅拌，先加入2/3的用水量搅拌2 min，其后加入剩余用水量继续搅拌至均匀。搅拌地点靠近灌浆施工地点，每次搅拌量视使用量多少而定，以保证40 min以内将料用完。

6.2.4 灌注及养护

考虑涵洞内阴冷，环境气温偏低，为获得最佳的工作状态，在仓面周围架设8个1 000 W碘钨灯保证环境温度在15～20℃。根据实际情况，灌浆料配制好后，从上游侧采用“高位漏斗法灌浆”，利用重力压差原理进行灌浆，以确保浆料能充分填充各个角落。每次灌浆层厚度不超过100 mm［6］，先铺满基面，然后一层一层铺灌。灌浆开始后，必须连续进行，不能间断，尽可能缩短灌浆时间。在灌浆过程中不进行振捣，可用竹板条等进行拉动导流，避免灌浆层受到振动和碰撞，以免损坏未结硬的灌浆层。

灌浆完毕后30 min内用棉毡覆盖，终凝后立即洒水保湿养护，洒水养护时间不得少于7 d，浇水间隔应保持灌浆材料处于湿润状态。

7 运行情况

2012年4月补强加固完后，经1 a运行，涵洞多次泄流排沙，期间最大泄量45 m3/s，停水检查后发现补强加固部位整体完好无损。再经2013年1 a运行，期间最大进库流量121 m3/s，涵洞最大泄量62 m3/s，停水检查后发现，补强加固部位经2 a运行仍然整体完好无损。

8 结语

结合涵洞水沙运行特点和已往使用抗冲磨措施及材料经验，从材料性能、施工工艺特性、应用经验、经济性等因素综合考虑，对冲失面积7.5 m2的部位采用BZK-G高强灌浆料补强加固技术。经2 a运行检验，该技术的应用对涵洞底板的抗冲磨补强加固起到了一定的效果，为类似水工建筑物的抗冲磨加固提供一定的参考。同时，在此基础上结合工程运行情况，总结实践经验，可进一步优化设计和施工工艺，不断完善和发展此技术在多泥沙河流泄水建筑物抗冲磨中的应用。

［1］马 军.球墨铸铁在头屯河水库放水涵洞底板抗冲磨加固中的应用［J］.水利水电技术，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］马 军.头屯河水库放水涵洞底板抗冲磨加固方案及施工技术［J］.水科学与工程技术，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，水泥基灌浆材料［S］.北京:中国标准出版社，2005.(JC/T986—2005，Cementitious Grouting Material［S］.Beijing:China Standards Press，2005.(in Chinese))

［4］DL/T5169—2002，水工混凝土钢筋施工规范［S］.北京:中国电力出版社，2002.(DL/T5169—2002，Specification for Construction of Hydraulic Concrete Reinforcement［S］.Beijing:China Electric Power Press，2002.(in Chinese))

［5］GB/50367—2006，混凝土结构加固设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2006.(GB/50367—2006，Degin Code for Strengthening Concrete Structure［S］.Beijing:China Architecture and Building Press，2006.(in Chinese))

［6］GB/T50448—2008，水泥基灌浆材料应用技术规范［S］.北京:中国计划出版社，2008.(GB/T50448—2008，Code of the Application Technique of Cementitious Grouting Material［S］.Beijing:China Planning Press，2008.(in Chinese ))