铁钢砂混凝土在水工隧洞衬砌加固中的应用

摘 要：水工隧洞衬砌结构的刚度和稳定性会受到混凝土质量的影响，因此要提高混凝土的承载力和抗渗透能力，提高水工隧洞衬砌的使用性能。而铁钢砂混凝土的抗压性、耐磨性、耐酸碱性、耐腐蚀、防湿性强，还能抗高温，受到水工隧道的环境影响较小，因此非常适用于水工隧洞衬砌加固。本文将以某工程为例，探析铁钢砂混凝土在水工隧洞衬砌加固中的应用方法和注意事项。

关键词：铁钢砂混凝土;水工隧洞;衬砌加固;稳定性

本文将以某地尾矿库隧洞为例，探析如何用铁钢砂混凝土来加固衬砌，尾矿库因为市场需求减少而被停滞不再投入生产使用。但是在汛期的时候对尾矿库进行检查，发现主隧洞已经被洪水严重冲刷，衬砌底板破坏严重，侧壁底部被掏空，钢筋弯起外露，对于排洪系统而言是非常大的安全隐患。因此需要对衬砌进行加固。

1 衬砌破坏原因

尾矿库主要破坏的因素有如下方面：

1）尾矿库隧洞的汇水面积大、坡度陡。常年有流水冲刷沟道，在修建的时候没有设置科学合理的导流装置，使得浇筑衬砌以后养护性能下降。同时衬砌加固混凝度抗压、耐腐蚀等性能不强，或者是不适应流水过大过快的中等地质条件，因此使得衬砌结构被严重气蚀和冲刷破坏。

2）根据尾矿库具体冲刷位置，我们发现石块在拦洪坝上游沟道内积聚过多，因为上游一些企业将废石随意的倒入了沟道内部，当石块堆满整个上游库后，一旦发生洪水则会将大量石块冲刷进隧道内，在较快的流速下，衬砌侧墙底部和底板和石块都产生了较大的摩擦，使得衬砌结构遭到了严重的破坏。

2 加固设计方案

本次加固方案将再用C35级别的铁钢砂混凝土作为主要材料，用来对破坏衬砌进行防渗透和补强加固处理。主要对施工工序和导流设置进行重点组织设计，以此来充分养护新增混凝土结构，提高加固质量。

施工设计方案为：先清理底部衬砌的表面，并进行冲洗，然后用C35铁钢砂混凝土进行浇筑。右侧新浇筑的混凝土完成保护凝期以后则用C35铁钢砂混凝土浇筑左侧，同样要提前对冲刷面进行清洗，整平凸起的钢筋。最后凿除两侧被冲刷破坏的墙面，凿除面积大约在20cm之内，建立C25素混凝土支护和C25素混凝土洪污分隔墙。

3 铁钢砂混凝土技术性能

铁钢砂是一种新型的耐磨材料，三氧化铁是其主要成分，基本由天然铁矿石合成[1]。铁钢砂品味高，具有均匀高硬度的颗粒粒度，比重不粉化。它不仅抗压、耐磨、抗冲击、还耐酸、耐腐蚀、抗高温防湿。同时铁钢砂造价比较便宜，施工也比较简单[2]。铁钢砂混凝土指的是由高标号的硅酸盐水泥、清水、铁钢砂骨料、VNF-2减水剂进行比例调和而成的一种具有高强度的混凝土，在建筑施工中应用广

泛[3]。其铁钢砂具有坚硬的耐磨层，其摩擦系数、劈拉强度以及抗压强度都远远超过了铁屑砂浆耐磨层，多被应用于易破坏、重摩擦、高冲击力的建筑施工中。

本次加固工程所采用的铁钢砂混凝土的比例配比为0.3（水）：1（水泥）：3（铁钢砂）。其中水泥用的是C52.5或者C42.5级别以上的水泥。铁钢砂料级别配比情况为，0.5-3mm：15%，3-5mm：25%，大6-10mm：25%，10-40mm：35%。每方铁钢砂混凝土的用量为2-2.2.t，抹面部位需要0.5-5mm的铁钢砂粒径。根据以上规格和比例进行现场拌制。在试验配比中，铁钢砂混凝土能够达到960kg/cm3的抗压强度。通过增加铁钢砂的粒径，则发现铁钢砂混凝土的抗压强度也逐渐增强，凝固型也越好，保湿养护衬砌的效果也能够得到更加充分的发挥。浇筑铁钢砂混凝土的厚度应当控制在100-500mm之间。

4 施工工艺

4.1 施工步驟

施工导流——施工准备——破坏位置标记——清理基面——安装模板——安装止水带——浇筑铁钢砂混凝土——养护检查——防护两侧表面。

4.2 施工工艺要点和注意事项

1）要用高压水枪将被冲刷的衬砌表面上的松散碎裂以及质地不良的石块进行清理，然后再进行人工清理，提高表面的干净和平整。在对铁钢砂混凝土进行浇筑的时候，要严格确保冲刷面没有松动岩块、淤泥、积水以及油渍等物质。然后再用素混凝土铺设10cm的厚度，平整以后进行浇筑。对于容易被风化的岩石地质条件，要预留出20-30cm左右厚度的已浇筑的铁钢砂混凝土。并用在旧浇筑的混凝土上面用高压水枪或者进行人工冲毛，达到的“成毛面、无乳皮”的浇筑规范要求[4]。

2）安装模板前要对表面杂物进行彻底的清楚，校正已经变形的模板，安装模板的时候要保证模板具有高强度、高稳定性、高刚度等性能，让浇筑后的铁钢砂混凝土结构和位置都能够合乎标准规范要求，达到施工方案设计的标准。在安装中，需要设置足够多的临时固定设施，以此来保证模板不会出现倾覆和变形。安装以后可以涂抹脱模剂防止模板表面被风化后干燥起皮，保证模板表面的平整和光洁。

3）加固修复破损衬砌结构的时候，需要每隔10米的位置就要根据地质和衬砌结构的变化设置相适合的伸缩缝，其分布的位置需要和原来的位置保持重叠。对于冲刷破坏的止水带，应当要根据施工方案设计的要求来补装止水带。因为本工程止水带的材质是橡胶的，因此要注重加强保护，止水带最终搭接的长度应当要大于200米。

4）选择厚度大于100mm的C35铁钢砂混凝土，对于冲刷面厚度低于100mm的位置，要合理破除，确保到浇筑铁钢砂混凝土的厚度能够达到100mm以上的标准规范。在浇筑结束后，应当在侧墙的旧混凝土和新混凝土之间的接缝上涂抹聚氨酯，分2-3次进行涂抹，涂抹要均匀，厚度最佳为1.5mm，这是为了防止铁钢沙混凝土凝结的时候收缩，使得旧混凝土和新混凝土之间的衔接处出现裂缝，从而受到冲刷的破坏[5]。

5）如果是在冬天进行施工的，需要在浇筑铁钢砂混凝土的时候，不只需要严格按照标准规格进行施工，还要根据衬砌养护需求、承受荷载力的需求以及拆模需要，增加最少3组的与衬砌结构条件相同的施工试件。在解冻后可以拿试件进行试压。

6）对隧洞衬砌底板加固的厚度大于原衬砌的厚度，差距大于50mm时，则不要设置角部倒角。向上凿除侧墙的50mm范围的旧混凝土，然后再浇筑新铁钢砂混凝土，侧墙加固高度应当大于800mm，新浇筑的铁钢砂混凝土厚度应当大于100mm。加固主隧洞混凝土养护期应当保证在1个月以上。

5 结束语

尾矿库和水利工程设置的排洪隧洞都是排洪系统，能够保证汛期来临时上方施工的安全。如果排洪隧洞出现了结构被严重冲刷破坏的情况，应当要及时的给与加固补强的施工技术手段，来提高排洪隧道整体结构的抗压性、强度和耐磨性。铁钢砂混凝土造价比起一般混凝土要稍贵一些，但是因为其性能全面，强度够高，抗压、耐腐蚀、抗冲刷性能较好，因此在衬砌被冲刷面进行加固不强是非常适用的。但是在施工中要把握几个要点和注意事项，才能充分发挥出铁钢砂混凝土的性能来。

参考文献

[1]陈振.水工导流隧洞混凝土衬砌开裂规律研究[D].重庆交通大学，2013.

[2]蒋晖.高压水工隧洞衬砌承载结构稳定性分析与评价[D].郑州大学，2019.

[3]祝甲阳，杨超群，白宗宝.铁钢砂混凝土在水工隧洞衬砌加固中的应用[J].山西建筑，2020，46（13）：81+105.

[4]张文剑.水工隧洞混凝土结构健康诊断综合评价研究[D].西北农林科技大学，2018.

[5]汤雷，谢炀，宋人心，傅翔.水工隧洞衬砌混凝土质量检测与安全分级评价[J].水利水电技术，2018，49（04）：203-209.

作者简介

季献慧（1983-），女，汉族，南阳新野，本科，讲师，河南水利与环境职业学院，研究方向：水利建筑。