环氧树脂砂浆在水库涵管管身加固中的应用

环氧树脂砂浆在水库涵管管身加固中的应用xxxx摘要：本文介绍了环氧树脂砂浆在水库涵管管身加固中的应用关键词：环氧树脂砂浆；涵管；加固1概述在水利水电工程中经常会出现各种原因形成的裂缝,这些裂缝的类型、特征、成因各不相同。若处理不当,势必造成混凝土的强度、耐久性和抗渗性的降低。过水断面混凝土裂缝的防水处理更是防水工程中的薄弱环节,防水处理比较复杂,如处理不当而引起一些漏水现象,会直接影响工程的正常使用和寿命。采用环氧树脂砂浆对水库坝下涵管管身进行加固，是一种较为实用的加固方法。环氧树脂是一种无定形粘稠液体，受热变软，不溶于水。在树脂中加入适量的固化剂时，能配制出在常温下正常固化的树脂砂浆，固化后具有可使用的物理力学性能。根据使用条件和要求不同，在树脂砂浆配制过程中还可以加入适当比例的水泥、砂等填料和增塑剂。这种砂浆具有良好的振动和易性、强度高、粘结力强、耐腐蚀、防水等性能。根据环氧树脂砂浆的这种特性，应用领域水工、工业建筑物混凝土的孔洞、蜂窝、麻面等缺陷修补及补强加固。抑制混凝土的塑性收缩裂缝，以达到对结构及构件加固补强的效果，提高建筑物的整体性、耐久性、和使用寿命等。2工程设计2.1工程概况xx水库位于xx市xx区xx镇xx村xx，始建于1969年10月，1970年7月基本建成受益，距xx城区115km，离xx集镇约5km。坝址以上控制流域面积7.1km2，正常高水位为261.00m（黄海高程、下同），总库容674万m3；设计灌溉面积1.0万亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小（一）型水利工程。xx水库枢纽建筑物主要由主坝、副坝、溢洪道，输水涵管等组成。主坝为均质土坝，坝顶长66m，顶宽3.5m左右，坝高27.8m，坝顶高程266.31m；副坝为均质土坝，坝顶长100m，顶宽12m左右，坝高16.7m，坝顶高程264.02～264.63m；输水涵管位于主坝左端，为φ1.0的钢筋砼管，长114m，进口底高程243.3m，出口底板高程为243.2m；溢洪道位于副坝右岸30m处，总长约100m，宽5m，控制顶高程261m。2.2涵管管身复核涵管荷载计算xx水库坝下输水涵管，涵管内径1.0m，外径1.6m，管壁厚度0.3m，管长114.0m，涵管进口底板高程为243.3m，出口底板高程为244.3m。本次复核选取最大覆土厚度处作为计算断面，最大填土厚度22.0m，坝顶高程266.3m。涵管下设有砼垫层，土压力采用上埋式土压力计算。1、涵管自重《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997）G自=γG2πroδγ砼式中：γG—永久荷载作用的分项系数，取γG=1.1；ro—涵管的平均半径，ro=0.65m;δ—管壁厚度（m）,δ=0.3m;γ砼—管身材料容重（kN/m3），γ砼=25kN/m32、管上垂直土压力《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997）Fsk=γGksγHdD1式中：γG—垂直土压力作用分项系数，取γG=1.1;ks—上埋式回填土垂直压力系数，查表ks=1.07；γ—填土的容重，kN/m3（浸润线以上用湿容重，浸润线以下用浮容重）；Hd—涵管以上填土高度（m）；D1—涵管外径（m），D1=1.6m。3、侧向土压力《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997）Ftk=γGtan2(45-φ/2)γHoDd式中：γG—侧向土压力作用分项系数，取γG=1.1；φ—回填土的内摩擦角，φ=17.6°；γ—填土的容重，kN/m3（浸润线以上用湿容重，浸润线以下用浮容重）；Ho—涵管中心线以上填土高度（m）；Dd—涵管凸出地基的高度（m），Dd=1.1m。4、均匀内水压力《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997）p内水=γQγ水Hmax式中：γQ—可变荷载作用分项系数，取γQ=1.2；γ水—水的容重（kN/m3），γ水=10kN/m3；Hmax—涵管顶上的最大水头（m）。5、均匀外水压力《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997）p外水=γQγ水H1式中：γQ—可变荷载作用分项系数，取γQ=1.0;γ水—水的容重（kN/m3），γ水=10kN/m3;H1—管顶至浸润线高度(m)。6、非均匀内水压力《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997）p’内水=γQγ水D2π/4式中：γQ—可变荷载作用分项系数，取γQ=1.0；γ水—水的容重（kN/m3），γ水=10KN/m3;D—涵管外径（m），D=1.0m。7、非均匀外水压力《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997）p’外水=γQγ水D12π/4式中：γQ—可变荷载作用分项系数，取γQ=1.0；γ水—水的容重（kN/m3）D1—涵管外径（m），D1=1.6m。主坝输水涵管管身荷载复核成果见表2.1。表2.1主坝输水涵管荷载复核成果表荷载工况涵管自重垂直土压力侧向土压力均匀内水压力均匀外水压力非均匀内水压力力非均匀外水压力力正常高水位30.6256672245.38190.71107.717.7017.33设计洪水位30.62468.34187.62203.89118.487.7017.33校核洪水位30.62458.50182.22209.89123.387.7017.33检修期（死水位位）30.62454.03179.7500002.2.2管壁内力计算依据xx水库本次勘测资料、调洪演算成果以及《水工建筑物荷载设计规范》（DL5007—1997），将荷载进行效应组合。本次xx区小型水库除险加固工程项目部委托江西省水利厅基本建设工程质量检测中心站对xx水库坝下涵管进行了混凝土抗压强度现场检测，检测结果砼的强度推定值为17.9MPa，本次复核计算管身砼取C17，结构系数rd=1.20，管壁厚度取25cm（扣除侵蚀、碳化深度）。根据涵管不同部位及不同运行工况条件，考虑以下几种不同荷载组合情况：1、基本组合（设计状况系数1.0）A、正常高水位最大土压力+涵管自重+水压力（管内有水）B、设计洪水位最大土压力+涵管自重+水压力（管内无水）2、特殊组合（设计状况系数0.9）C、校核洪水位最大土压力+涵管自重+水压力（管内有水）D、检修期（死水位）最大土压力+涵管自重+水压力（管内无水）（注：对于弯矩，使得管壁内侧受拉时为正，反之为负；对于轴力，压力为正，拉力为负。）根据A、B、C、D各种情况的荷载组合，计算产生的内力及结构抗力，成果详见表2.2。表2.2荷载组合后主坝输水涵管管壁内力及结构抗力成果表荷载荷载组合弯矩（KN·mm）轴力（KN）管底1管侧2管顶3管底1管侧2管顶3A组合11.87-10.8413.45270.24219.84167.75B组合10.76-10.4613.07369.51318.88267.54C组合11.93-10.9213.46261.88214.84161.93D组合9.71-89.2112.43363.60284.13243.04根据上表计算结果，涵管内外侧钢筋均只要按最小配筋率配筋，即内外侧均配575mm2，现场拆除涵管进口段钢筋检测满足要求，故涵管可进行补强施工。2.3管身加固设计方案比选通过对内衬钢管法与环氧树脂砂浆补强法两种方案比较，从经济角度分析环氧树脂砂浆补强法比内衬钢管法约节省20万元；从施工安全角度分析，内衬钢管法施工交困难，内衬钢管变形，将危及大坝安全，红卫水库涵管管线有弯度，内衬钢管不宜施工。根据近期环氧树脂砂浆施工经验，效果较好。因此，从结构、技术、经济与施工安全、进度效果综合分析，择优选取环氧树脂砂浆补强法用于本次涵管管身加固处理。2.4环氧树脂砂浆补强法主要特性1、施工性能好：良好的保水性能确保不泌水，良好的内聚力确保在立面或顶面施工时不下垂；2、粘结性好：与混凝土基层有较高的粘结强度；3、抗裂性好：塑性收缩率低，微膨胀,干燥收缩小，具有良好的抗干燥性能。4、柔韧性和抗冲击性能好：在各类气候条件下有良好的变形性能，避免修补层起壳。5、耐久性好：抗冻融能力强、耐磨强度高、碳化深度低、吸水性小，耐久寿命长，适应性较广。2.5环氧树脂砂浆补强法施工要求1、清除砼表面的灰尘、乳皮、松动颗粒等，处理过的表面应露出新鲜的砼骨料，且不对骨料产生扰动，用压力水冲洗干净、风干。2、宜采用喷砂、砼抛丸机、砼表面铣刨机等打毛方法或压力水喷毛，打毛深度控制在1mm～3mm内。砼表面有超出平面的局部凸起，用磨平机磨平；表面蜂窝、麻面等缺陷，需用切割机切除薄弱部分；砼表面裂缝需凿槽、清除槽内松动颗粒，用钢丝刷将碎片、砂粒清除洗净、烘干，然后在表面涂抹一薄层环氧基液,最后用环氧砂浆填补好,并用烧热的泥刀压实抹平。待回填部位砼强度不低于周围砼强度时再打毛。3、底涂料陈化20min～60min(以连续三次手触拉丝至10mm断开为准)，方可涂抹环氧砂浆。涂料应随用随拌，如已凝胶，应废弃；底涂料如失去黏性，应重新涂抹。底涂料要求薄而均匀，无流挂、无露底。4、环氧树脂施工应逆水流方向进行，全断面涂抹时宜按先顶面、再侧面、后底面、先上后下顺序施工。环氧砂浆厚度为10mm，误差范围为±1.0mm；平整度要求误差范围为±5mm；同时要求按规范要求检测砂浆涂层与基础面粘结强度。5、涂层养护龄期为7天，养护期间要求保证养护温度、防止渗水、雨浸、撞击等。6、大面积施工时，宜采用分块施工法，每一施工块可宽3m～5m，施工块间预留30mm～50mm的间隔缝，待1d～3d环氧砂浆固化后再填补间隔缝。填补施工时要求压实抹平，施工面要与两边的施工块保持齐平，无错台、无明显接缝。7、施工前先在施工块的边缘固定厚度标尺，然后再涂环氧砂浆。施工时要边涂抹、边压实、边找平，涂完环氧砂浆后30min～60min，待砂浆初凝时再进行提浆、收面。8、涂层提浆收面后，表面要求密实、平整，不得有明显的搭接痕迹、下坠、裂纹、起泡、麻面等现象。如果发现，应及时处理，严重者必须凿除重抹。9、施工中出现的施工缝应与水平面成