鐵鋼砂混凝土在水工隧洞襯砌加固中的應用

摘 要：水工隧洞襯砌結構的剛度和穩定性會受到混凝土質量的影響，因此要提高混凝土的承載力和抗滲透能力，提高水工隧洞襯砌的使用性能。而鐵鋼砂混凝土的抗壓性、耐磨性、耐酸堿性、耐腐蝕、防濕性強，還能抗高溫，受到水工隧道的環境影響較小，因此非常適用于水工隧洞襯砌加固。本文將以某工程為例，探析鐵鋼砂混凝土在水工隧洞襯砌加固中的應用方法和注意事項。

關鍵詞：鐵鋼砂混凝土;水工隧洞;襯砌加固;穩定性

本文將以某地尾礦庫隧洞為例，探析如何用鐵鋼砂混凝土來加固襯砌，尾礦庫因為市場需求減少而被停滯不再投入生產使用。但是在汛期的時候對尾礦庫進行檢查，發現主隧洞已經被洪水嚴重沖刷，襯砌底板破壞嚴重，側壁底部被掏空，鋼筋彎起外露，對于排洪系統而言是非常大的安全隱患。因此需要對襯砌進行加固。

1 襯砌破壞原因

尾礦庫主要破壞的因素有如下方面：

1）尾礦庫隧洞的匯水面積大、坡度陡。常年有流水沖刷溝道，在修建的時候沒有設置科學合理的導流裝置，使得澆筑襯砌以后養護性能下降。同時襯砌加固混凝度抗壓、耐腐蝕等性能不強，或者是不適應流水過大過快的中等地質條件，因此使得襯砌結構被嚴重氣蝕和沖刷破壞。

2）根據尾礦庫具體沖刷位置，我們發現石塊在攔洪壩上游溝道內積聚過多，因為上游一些企業將廢石隨意的倒入了溝道內部，當石塊堆滿整個上游庫后，一旦發生洪水則會將大量石塊沖刷進隧道內，在較快的流速下，襯砌側墻底部和底板和石塊都產生了較大的摩擦，使得襯砌結構遭到了嚴重的破壞。

2 加固設計方案

本次加固方案將再用C35級別的鐵鋼砂混凝土作為主要材料，用來對破壞襯砌進行防滲透和補強加固處理。主要對施工工序和導流設置進行重點組織設計，以此來充分養護新增混凝土結構，提高加固質量。

施工設計方案為：先清理底部襯砌的表面，并進行沖洗，然后用C35鐵鋼砂混凝土進行澆筑。右側新澆筑的混凝土完成保護凝期以后則用C35鐵鋼砂混凝土澆筑左側，同樣要提前對沖刷面進行清洗，整平凸起的鋼筋。最后鑿除兩側被沖刷破壞的墻面，鑿除面積大約在20cm之內，建立C25素混凝土支護和C25素混凝土洪污分隔墻。

3 鐵鋼砂混凝土技術性能

鐵鋼砂是一種新型的耐磨材料，三氧化鐵是其主要成分，基本由天然鐵礦石合成[1]。鐵鋼砂品味高，具有均勻高硬度的顆粒粒度，比重不粉化。它不僅抗壓、耐磨、抗沖擊、還耐酸、耐腐蝕、抗高溫防濕。同時鐵鋼砂造價比較便宜，施工也比較簡單[2]。鐵鋼砂混凝土指的是由高標號的硅酸鹽水泥、清水、鐵鋼砂骨料、VNF-2減水劑進行比例調和而成的一種具有高強度的混凝土，在建筑施工中應用廣

泛[3]。其鐵鋼砂具有堅硬的耐磨層，其摩擦系數、劈拉強度以及抗壓強度都遠遠超過了鐵屑砂漿耐磨層，多被應用于易破壞、重摩擦、高沖擊力的建筑施工中。

本次加固工程所采用的鐵鋼砂混凝土的比例配比為0.3（水）：1（水泥）：3（鐵鋼砂）。其中水泥用的是C52.5或者C42.5級別以上的水泥。鐵鋼砂料級別配比情況為，0.5-3mm：15%，3-5mm：25%，大6-10mm：25%，10-40mm：35%。每方鐵鋼砂混凝土的用量為2-2.2.t，抹面部位需要0.5-5mm的鐵鋼砂粒徑。根據以上規格和比例進行現場拌制。在試驗配比中，鐵鋼砂混凝土能夠達到960kg/cm3的抗壓強度。通過增加鐵鋼砂的粒徑，則發現鐵鋼砂混凝土的抗壓強度也逐漸增強，凝固型也越好，保濕養護襯砌的效果也能夠得到更加充分的發揮。澆筑鐵鋼砂混凝土的厚度應當控制在100-500mm之間。

4 施工工藝

4.1 施工步驟

施工導流——施工準備——破壞位置標記——清理基面——安裝模板——安裝止水帶——澆筑鐵鋼砂混凝土——養護檢查——防護兩側表面。

4.2 施工工藝要點和注意事項

1）要用高壓水槍將被沖刷的襯砌表面上的松散碎裂以及質地不良的石塊進行清理，然后再進行人工清理，提高表面的干凈和平整。在對鐵鋼砂混凝土進行澆筑的時候，要嚴格確保沖刷面沒有松動巖塊、淤泥、積水以及油漬等物質。然后再用素混凝土鋪設10cm的厚度，平整以后進行澆筑。對于容易被風化的巖石地質條件，要預留出20-30cm左右厚度的已澆筑的鐵鋼砂混凝土。并用在舊澆筑的混凝土上面用高壓水槍或者進行人工沖毛，達到的“成毛面、無乳皮”的澆筑規范要求[4]。

2）安裝模板前要對表面雜物進行徹底的清楚，校正已經變形的模板，安裝模板的時候要保證模板具有高強度、高穩定性、高剛度等性能，讓澆筑后的鐵鋼砂混凝土結構和位置都能夠合乎標準規范要求，達到施工方案設計的標準。在安裝中，需要設置足夠多的臨時固定設施，以此來保證模板不會出現傾覆和變形。安裝以后可以涂抹脫模劑防止模板表面被風化后干燥起皮，保證模板表面的平整和光潔。

3）加固修復破損襯砌結構的時候，需要每隔10米的位置就要根據地質和襯砌結構的變化設置相適合的伸縮縫，其分布的位置需要和原來的位置保持重疊。對于沖刷破壞的止水帶，應當要根據施工方案設計的要求來補裝止水帶。因為本工程止水帶的材質是橡膠的，因此要注重加強保護，止水帶最終搭接的長度應當要大于200米。

4）選擇厚度大于100mm的C35鐵鋼砂混凝土，對于沖刷面厚度低于100mm的位置，要合理破除，確保到澆筑鐵鋼砂混凝土的厚度能夠達到100mm以上的標準規范。在澆筑結束后，應當在側墻的舊混凝土和新混凝土之間的接縫上涂抹聚氨酯，分2-3次進行涂抹，涂抹要均勻，厚度最佳為1.5mm，這是為了防止鐵鋼沙混凝土凝結的時候收縮，使得舊混凝土和新混凝土之間的銜接處出現裂縫，從而受到沖刷的破壞[5]。

5）如果是在冬天進行施工的，需要在澆筑鐵鋼砂混凝土的時候，不只需要嚴格按照標準規格進行施工，還要根據襯砌養護需求、承受荷載力的需求以及拆模需要，增加最少3組的與襯砌結構條件相同的施工試件。在解凍后可以拿試件進行試壓。

6）對隧洞襯砌底板加固的厚度大于原襯砌的厚度，差距大于50mm時，則不要設置角部倒角。向上鑿除側墻的50mm范圍的舊混凝土，然后再澆筑新鐵鋼砂混凝土，側墻加固高度應當大于800mm，新澆筑的鐵鋼砂混凝土厚度應當大于100mm。加固主隧洞混凝土養護期應當保證在1個月以上。

5 結束語

尾礦庫和水利工程設置的排洪隧洞都是排洪系統，能夠保證汛期來臨時上方施工的安全。如果排洪隧洞出現了結構被嚴重沖刷破壞的情況，應當要及時的給與加固補強的施工技術手段，來提高排洪隧道整體結構的抗壓性、強度和耐磨性。鐵鋼砂混凝土造價比起一般混凝土要稍貴一些，但是因為其性能全面，強度夠高，抗壓、耐腐蝕、抗沖刷性能較好，因此在襯砌被沖刷面進行加固不強是非常適用的。但是在施工中要把握幾個要點和注意事項，才能充分發揮出鐵鋼砂混凝土的性能來。

參考文獻

[1]陳振.水工導流隧洞混凝土襯砌開裂規律研究[D].重慶交通大學，2013.

[2]蔣暉.高壓水工隧洞襯砌承載結構穩定性分析與評價[D].鄭州大學，2019.

[3]祝甲陽，楊超群，白宗寶.鐵鋼砂混凝土在水工隧洞襯砌加固中的應用[J].山西建筑，2020，46（13）：81+105.

[4]張文劍.水工隧洞混凝土結構健康診斷綜合評價研究[D].西北農林科技大學，2018.

[5]湯雷，謝煬，宋人心，傅翔.水工隧洞襯砌混凝土質量檢測與安全分級評價[J].水利水電技術，2018，49（04）：203-209.

作者簡介

季獻慧（1983-），女，漢族，南陽新野，本科，講師，河南水利與環境職業學院，研究方向：水利建筑。