隧洞預(yù)應(yīng)力混凝土錨具槽防腐方案研究

曲寶璽

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110003）

隧洞預(yù)應(yīng)力混凝土錨具槽防腐方案研究

曲寶璽

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110003）

大伙房水庫輸水工程隧洞，采用雙圈環(huán)繞無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌，是目前國內(nèi)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌技術(shù)最長的隧洞。錨具是環(huán)形無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土體系的關(guān)鍵所在，因此錨具及錨固區(qū)的防腐處理是保證該體系完整性和耐久性的關(guān)鍵工序。通過試驗(yàn)研究比較，錨具槽防腐工藝采用獨(dú)創(chuàng)的 SLF 雙組分涂料、帶密封卡環(huán)的無氯塑料保護(hù)套管、高壓無氣設(shè)備灌注，使張拉時(shí)剝離的裸鋼絞線和夾片全部密封，達(dá)到防腐目的，取得了較好的效果。

隧洞；預(yù)應(yīng)力；錨具槽；防腐

1 方案背景

大伙房水庫輸水（二期）工程隧洞段總長 25.5 km，其中采用雙圈環(huán)繞無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌段總長11.47km，占總長度的 45%。混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為C40W12F150，采用 φ15.24 高強(qiáng)低松弛 1860 級鋼絞線。整個(gè)環(huán)形預(yù)應(yīng)力體系具有材料強(qiáng)度高、抗裂和抗?jié)B性能好、結(jié)構(gòu)變形小、耐久性高等優(yōu)點(diǎn)，在承受 0.5MPa 內(nèi)壓情況下，顯著降低了隧洞開挖、支護(hù)、回填等工程量和結(jié)構(gòu)材料用量，技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合效益高。

錨具是環(huán)形無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土體系的關(guān)鍵所在，一旦失效，預(yù)應(yīng)力鋼筋將喪失全部預(yù)應(yīng)力。因此錨具及錨固區(qū)的防腐處理是保證該體系完整性和耐久性的關(guān)鍵工序。小浪底排沙洞在此方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，其錨具槽內(nèi)張拉區(qū)的鋼絞線采用了與其他部位相同的防腐潤滑方式，即 PE套+防腐潤滑脂，運(yùn)行一年后，進(jìn)洞檢查發(fā)現(xiàn)了錨具槽處大量的滲油和流油現(xiàn)象，將造成預(yù)應(yīng)力鋼絞線防腐體系的破壞、影響錨固夾片使用壽命、錨固力減少較快等，長期工作將使整個(gè)預(yù)應(yīng)力體系失效，發(fā)現(xiàn)此類嚴(yán)重問題后，進(jìn)行了多種補(bǔ)救方案的必選，最后采用環(huán)氧類材料修補(bǔ)，單槽造價(jià)近 2000元。對于大型輸水工程而言，技術(shù)要求將更加苛刻，第一該工程輸水隧洞只有一條，幾乎沒有檢修時(shí)間，不可能象小浪底排沙洞那樣安排充足的時(shí)間專門處理；第二絕不允許防腐潤滑油出漏污染水質(zhì)；第三對錨具體系的安全性要求更高，一旦預(yù)應(yīng)力體系失效，將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。因此如何保證錨具及其錨固區(qū)的防腐方案的安全性至關(guān)重要。

2 試驗(yàn)方案研究

根據(jù)錨具及其錨固區(qū)防腐重要性要求，利用劉山出口段隧洞已襯砌完成的二板預(yù)應(yīng)力混凝土試驗(yàn)段，在 2008 年進(jìn)行了多種方案的試驗(yàn)與比較，具體如下：

1）環(huán)氧砂漿回填方案。此方案的要點(diǎn)是將錨具槽鑿毛后，采用抹布和砂紙將已完成張拉錨固工作的裸露鋼絞線表面的油脂、浮銹、氧化皮和其他污物等清理干凈，套上 PE 套管，然后采用高壓風(fēng)槍將錨具槽內(nèi)的浮渣、浮塵、浮物等吹出，采用專用的 NE-Ⅱ型環(huán)氧砂漿先在混凝土界面涂刷基液，然后進(jìn)行錨具槽回填。環(huán)氧砂漿的主要技術(shù)指標(biāo)為：抗壓強(qiáng)度不小于 85.0MPa，抗拉強(qiáng)度不小于10.0MPa，與混凝土粘結(jié)抗拉強(qiáng)度大于 4.0MPa，為無毒環(huán)氧配制的材料。用量推薦：底層基液 0.5 kg/m2、環(huán)氧砂漿 2100kg/m3。

2）環(huán)氧混凝土回填方案。此方案的要點(diǎn)是將錨具槽鑿毛后，采用抹布和砂紙將已完成張拉錨固工作的裸露鋼絞線表面的油脂、浮銹、氧化皮和其他污物等清理干凈，套上 PE 套管，然后采用高壓風(fēng)槍將錨具槽內(nèi)的浮渣、浮塵、浮物等吹出，采用專用的 NE-Ⅰ型環(huán)氧混凝土先在混凝土界面涂刷基液，然后進(jìn)行錨具槽回填。環(huán)氧混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)為：抗壓強(qiáng)度不小于 60.0MPa，抗拉強(qiáng)度不小于 8.0MPa，與混凝土粘結(jié)抗拉強(qiáng)度大于 4.0 MPa，為無毒環(huán)氧配制的材料。用量推薦：底層基液 0.5kg/m2、環(huán)氧砂漿 2000kg/m3。

3）環(huán)氧涂料手工涂刷方案。此方案的要點(diǎn)是將錨具槽鑿毛后，采用抹布和砂紙將已完成張拉錨固工作的裸露鋼絞線表面的油脂、浮銹、氧化皮和其他污物等清理干凈，手工涂刷 SLF-2 型無溶劑雙組分涂料環(huán)氧涂料，厚度要求不小于 600 μm，采用濕海綿直流針孔檢測器檢測無漏點(diǎn)后，采用高壓風(fēng)槍將錨具槽內(nèi)的浮渣、浮塵、浮物等吹出，采用微膨脹混凝土進(jìn)行錨具槽回填。

4）專用工具壓力式灌注改性環(huán)氧涂料方案。此方案的要點(diǎn)是將錨具槽鑿毛后，采用抹布和砂紙將已完成張拉錨固工作的裸露鋼絞線表面的油脂、浮銹、氧化皮和其他污物等清理干凈，采用經(jīng)多次室內(nèi)模擬試驗(yàn)的專用高壓無氣灌注裝備和工藝，灌注 SLF-2 型無溶劑雙組分涂料環(huán)氧涂料，整體式專用灌注套管 24 根，一次安裝成型，分次灌注，專用灌注套管內(nèi)徑 19mm，采用濕海綿直流針孔檢測器檢測無漏點(diǎn)后，采用高壓風(fēng)槍將錨具槽內(nèi)的浮渣、浮塵、浮物等吹出，采用微膨脹混凝土進(jìn)行錨具槽回填。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 技術(shù)比較

從材料特性和現(xiàn)場表觀觀察，環(huán)氧砂漿和環(huán)氧混凝土的方案優(yōu)于微膨脹混凝土方案，具有一定的自密實(shí)和抗?jié)B透特性。但環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土、微膨脹混凝土均屬于后澆筑性質(zhì)，如何保證一二期混凝土可靠的結(jié)合是關(guān)鍵。盡管盡最大可能將錨具槽布置的同心角有 90°優(yōu)化為 80°，但二期混凝土或砂漿仍存在順錨具槽平面滑動(dòng)的自重分力。另外根據(jù)錨具槽的斷面尺寸 1.3m×0.2m× 0.22m，模板架立和振搗困難，保證一二期混凝土或砂漿的結(jié)合質(zhì)量和整體性較為困難，另外二期混凝土為非預(yù)應(yīng)力區(qū)，是整個(gè)預(yù)應(yīng)力體系的薄弱部位，承受內(nèi)水壓力時(shí)，最易受拉，因此從施工質(zhì)量和受力特性兩方面分析，單純采用二期混凝土回填封錨的方案可靠性低。當(dāng)二期混凝土出現(xiàn)結(jié)合縫隙、裂縫、受力拉裂等現(xiàn)象時(shí)，將導(dǎo)致防腐潤滑脂外漏污染水源，影響夾片、錨具和槽內(nèi)鋼絞線的使用壽命。因此必須考慮二期混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)，而采用的內(nèi)部封錨防護(hù)技術(shù)，這是保證無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系安全性和耐久性的根本。而內(nèi)部封錨采用手工涂刷方案，工效低、質(zhì)量難以保證、補(bǔ)涂點(diǎn)多，且存在對錨具槽一期混凝土二次污染，除污困難。采用專用高壓無氣灌注裝備和工藝，工效相對高、現(xiàn)場電火花檢測無漏點(diǎn)，將形成可靠的內(nèi)部防護(hù)體系。從質(zhì)量控制的及時(shí)性、有效性方面比較，電火花檢測控制手段和措施可以當(dāng)場發(fā)現(xiàn)問題、當(dāng)場處理，達(dá)到質(zhì)量控制指標(biāo)。該工程所處環(huán)境可定義為三類，即水位變化區(qū)（存在檢修工況），根據(jù) JGJ92-2004 《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對錨具及錨固區(qū)應(yīng)采用連續(xù)全封閉的防腐和防水體系，而供水工程必須避免對水質(zhì)潛在的污染，不應(yīng)采用防腐潤滑脂。因此，采用環(huán)氧類材料進(jìn)行封閉處理是合理和可靠的，因?yàn)榄h(huán)氧樹脂在防水、防腐、絕緣性能等方面是防腐油脂無法比擬的。

3.2 經(jīng)濟(jì)比較

對于四種試驗(yàn)方案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析如下：

表1 經(jīng)濟(jì)分析比較表

注：手工涂刷環(huán)氧厚度為 600 μm，壓力灌注環(huán)氧厚度為 1500 μm。

4 方案確定

4.1 方案特點(diǎn)

通過上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用專用工具壓力式灌注改性環(huán)氧涂料+回填微膨脹混凝土方案為最優(yōu)。專用工具壓力灌注環(huán)氧技術(shù)特點(diǎn)如下：

1）高性能熱固性無溶劑涂料：該涂料固體含量在 95%以上，在灌注過程中無揮發(fā)性和污染環(huán)境的溶劑，固化過程中體積收縮率低；涂層與鋼絞線的粘結(jié)和剪切強(qiáng)度高，抗化學(xué)性能特別是對氯離子好，有一定的柔韌性滿足外界混凝土結(jié)構(gòu)的不同程度的形變。采用適合于現(xiàn)場施工的 SLF-2 無溶劑環(huán)氧改性高分子液體，修補(bǔ)灌注涂料就能達(dá)到如上的要求。

2）采用高壓無氣灌注裝備和工藝：利用無氣噴涂機(jī)連續(xù)灌注的目的使得空氣不得混入灌注的涂層體系中不產(chǎn)生氣泡和夾雜，并且采用高壓壓注的工藝，使得在鋼絞線的內(nèi)部和夾片等形狀復(fù)雜部位灌注的涂層致密均勻，無孔隙。

3）合理的灌注塑料外套和夾具：通過合理的專門設(shè)計(jì)使得無氯塑料外套在現(xiàn)場無論是已經(jīng)張拉完畢或未張拉都能快速安裝，并且密封可靠，灌注的長度隨意，使得錨具張拉端和固定端連成一體，灌注的涂層厚度均勻。

通過以上的設(shè)計(jì)和施工，形成完整的封閉防護(hù)體系，技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。

4.2 總體施工方案

1）采用高性能無溶劑雙組分低收縮熱固化涂料，固化和凝膠時(shí)間可調(diào)，適合現(xiàn)場高壓無氣灌注現(xiàn)場防腐的進(jìn)度和要求，涂層養(yǎng)護(hù)完畢成不溶的耐久保護(hù)屏障；

2）防腐施工工藝高壓無氣裝備，雙組分獨(dú)立或混合進(jìn)料的方式，不排空，灌注壓力采用自動(dòng)無級調(diào)壓，灌注料連續(xù)無空氣混合，比列雙組分按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行充分的混合，施工簡便和規(guī)范性強(qiáng)，通過以上的裝備和工藝確保 SLF－2MG 涂層的高性能和穩(wěn)定性以及耐久性的要求，施工環(huán)境在不小于－10 ℃和濕度不大于 90%能夠施工作業(yè)。

3）采用合理的專用無氯灌注塑料護(hù)套和夾具，使得無氯塑料外套在現(xiàn)場無論是已經(jīng)張拉完畢或未張拉都能快速安裝，并且密封可靠，滿足高壓灌注的需要，灌注的長度可變，使得錨具張拉端、固定端和錨具連成一體，灌注的涂層厚度均勻。同時(shí)節(jié)約錨具系統(tǒng)防腐的輔助材料，無需使用固定端橡膠密封板、鋼夾板等材料，減少工程的成本和節(jié)約壓緊密封板的時(shí)間。

4.3 無粘結(jié)鋼絞線錨具灌注防腐施工的工藝流程

鋼絞線表面除油、除銹→固定密封灌注套管→調(diào)配 SLF 雙組分涂料→高壓無氣設(shè)備灌注→回填微膨脹混凝土→養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)論

大伙房水庫輸水（二期）工程隧洞預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌段，經(jīng)試驗(yàn)研究錨具槽防腐工藝采用獨(dú)創(chuàng)的 SLF 雙組分涂料、帶密封卡環(huán)的無氯塑料保護(hù)套管、高壓無氣設(shè)備灌注，使張拉時(shí)剝離的裸鋼絞線和夾片全部密封，達(dá)到防腐目的，防止封油滲出。經(jīng)現(xiàn)場施工檢驗(yàn)，施工效果良好。

TV554

B

1002－0624（2014）05－0006－02

2013-12-09