曲寶璽

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧 沈陽 110003）

隧洞預應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)繞無粘結預應力襯砌，是目前國內采用無粘結預應力襯砌技術最長的隧洞。錨具是環(huán)形無粘結預應力混凝土體系的關鍵所在，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鍵工序。通過試驗研究比較，錨具槽防腐工藝采用獨創(chuàng)的 SLF 雙組分涂料、帶密封卡環(huán)的無氯塑料保護套管、高壓無氣設備灌注，使張拉時剝離的裸鋼絞線和夾片全部密封，達到防腐目的，取得了較好的效果。

隧洞；預應力；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)繞無粘結預應力襯砌段總長11.47km，占總長度的 45%?；炷猎O計指標為C40W12F150，采用 φ15.24 高強低松弛 1860 級鋼絞線。整個環(huán)形預應力體系具有材料強度高、抗裂和抗?jié)B性能好、結構變形小、耐久性高等優(yōu)點，在承受 0.5MPa 內壓情況下，顯著降低了隧洞開挖、支護、回填等工程量和結構材料用量，技術經濟綜合效益高。

錨具是環(huán)形無粘結預應力混凝土體系的關鍵所在，一旦失效，預應力鋼筋將喪失全部預應力。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鍵工序。小浪底排沙洞在此方面積累了一些經驗教訓，其錨具槽內張拉區(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，運行一年后，進洞檢查發(fā)現了錨具槽處大量的滲油和流油現象，將造成預應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，長期工作將使整個預應力體系失效，發(fā)現此類嚴重問題后，進行了多種補救方案的必選，最后采用環(huán)氧類材料修補，單槽造價近 2000元。對于大型輸水工程而言，技術要求將更加苛刻，第一該工程輸水隧洞只有一條，幾乎沒有檢修時間，不可能象小浪底排沙洞那樣安排充足的時間專門處理；第二絕不允許防腐潤滑油出漏污染水質；第三對錨具體系的安全性要求更高，一旦預應力體系失效，將造成嚴重的經濟損失和惡劣的社會影響。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重要。

2 試驗方案研究

根據錨具及其錨固區(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應力混凝土試驗段，在 2008 年進行了多種方案的試驗與比較，具體如下：

1）環(huán)氧砂漿回填方案。此方案的要點是將錨具槽鑿毛后，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，然后采用高壓風槍將錨具槽內的浮渣、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，然后進行錨具槽回填。環(huán)氧砂漿的主要技術指標為：抗壓強度不小于 85.0MPa，抗拉強度不小于10.0MPa，與混凝土粘結抗拉強度大于 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，然后采用高壓風槍將錨具槽內的浮渣、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，然后進行錨具槽回填。環(huán)氧混凝土的主要技術指標為：抗壓強度不小于 60.0MPa，抗拉強度不小于 8.0MPa，與混凝土粘結抗拉強度大于 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后，采用高壓風槍將錨具槽內的浮渣、浮塵、浮物等吹出，采用微膨脹混凝土進行錨具槽回填。

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，采用經多次室內模擬試驗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，專用灌注套管內徑 19mm，采用濕海綿直流針孔檢測器檢測無漏點后，采用高壓風槍將錨具槽內的浮渣、浮塵、浮物等吹出，采用微膨脹混凝土進行錨具槽回填。

3 技術經濟比較

3.1 技術比較

從材料特性和現場表觀觀察，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，如何保證一二期混凝土可靠的結合是關鍵。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的自重分力。另外根據錨具槽的斷面尺寸 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合質量和整體性較為困難，另外二期混凝土為非預應力區(qū)，是整個預應力體系的薄弱部位，承受內水壓力時，最易受拉，因此從施工質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。當二期混凝土出現結合縫隙、裂縫、受力拉裂等現象時，將導致防腐潤滑脂外漏污染水源，影響夾片、錨具和槽內鋼絞線的使用壽命。因此必須考慮二期混凝土出現裂縫時，而采用的內部封錨防護技術，這是保證無粘結預應力體系安全性和耐久性的根本。而內部封錨采用手工涂刷方案，工效低、質量難以保證、補涂點多，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、現場電火花檢測無漏點，將形成可靠的內部防護體系。從質量控制的及時性、有效性方面比較，電火花檢測控制手段和措施可以當場發(fā)現問題、當場處理，達到質量控制指標。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 JGJ92-2004 《無粘結預應力混凝土結構技術規(guī)程》對錨具及錨固區(qū)應采用連續(xù)全封閉的防腐和防水體系，而供水工程必須避免對水質潛在的污染，不應采用防腐潤滑脂。因此，采用環(huán)氧類材料進行封閉處理是合理和可靠的，因為環(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 經濟比較

對于四種試驗方案，進行經濟分析如下：

表1 經濟分析比較表

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

通過上述技術經濟比較，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)氧技術特點如下：

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和剪切強度高，抗化學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構的不同程度的形變。采用適合于現場施工的 SLF-2 無溶劑環(huán)氧改性高分子液體，修補灌注涂料就能達到如上的要求。

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，使得在鋼絞線的內部和夾片等形狀復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：通過合理的專門設計使得無氯塑料外套在現場無論是已經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。

通過以上的設計和施工，形成完整的封閉防護體系，技術可靠，經濟優(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，固化和凝膠時間可調，適合現場高壓無氣灌注現場防腐的進度和要求，涂層養(yǎng)護完畢成不溶的耐久保護屏障；

2）防腐施工工藝高壓無氣裝備，雙組分獨立或混合進料的方式，不排空，灌注壓力采用自動無級調壓，灌注料連續(xù)無空氣混合，比列雙組分按照設計的要求進行充分的混合，施工簡便和規(guī)范性強，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套和夾具，使得無氯塑料外套在現場無論是已經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)約壓緊密封板的時間。

4.3 無粘結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→調配 SLF 雙組分涂料→高壓無氣設備灌注→回填微膨脹混凝土→養(yǎng)護。

5 結論

大伙房水庫輸水（二期）工程隧洞預應力混凝土襯砌段，經試驗研究錨具槽防腐工藝采用獨創(chuàng)的 SLF 雙組分涂料、帶密封卡環(huán)的無氯塑料保護套管、高壓無氣設備灌注，使張拉時剝離的裸鋼絞線和夾片全部密封，達到防腐目的，防止封油滲出。經現場施工檢驗，施工效果良好。

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2013-12-09