环氧树脂植筋胶水利工程抗冲磨修复的应用

王开拓，王银涛，王忠亮，丁清杰

(1. 青海民族大学土木与交通工程学院，青海 西宁 810007； 2. 中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，是黄河中游梯级开发的第一级。枢纽的主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用。枢纽年供水量14亿m3，其中向内蒙古自治区准格尔旗供水2亿m3，向山西省供水12亿m3。枢纽水电站总装机108万kW，年发电量27.5亿kWh。万家寨水利枢纽大坝为混凝土重力坝，工程自2002年竣工验收至今，已经过了10多年的凌汛和伏汛考验，泄水建筑物过流部位在经受10多年过流冲刷和冻融等作用后，不同程度地出现各种破损。为保证泄水建筑物后期运行安全，需要对泄流面、护坦、导墙进行维修加固[1-2]。设计方案中对泄水孔口侧壁的修复方案为：表层老混凝土凿除20 cm，植入砂浆锚杆，铺设面层抗裂钢筋，喷涂界面胶，浇筑表层高强混凝土20 cm，表层涂刷10 mm厚环氧砂浆。

本工程溢流段修复中使用的砂浆锚杆，具有安装简便，成本低廉等显著优点，但也具有施工周期长，抗扰动能力差等缺点。万家寨水利枢纽抗冲磨修复工程工期紧，任务重，所以针对该施工项目采用一种具有施工方便、胶体凝固速度快、抗扰动能力强的锚杆施工方法非常有必要。本文介绍了环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680的特点和施工工艺，并通过现场锚杆抗拉拔力试验，验证其具有可靠的粘接能力。环氧树脂锚杆与传统砂浆锚杆相比，施工效率得到了很大提升，工期得到了保障。

1 环氧树脂锚杆施工工艺

1.1 施工工艺流程

环氧树脂锚杆施工工艺流程见图1。

图1 环氧树脂锚杆施工工艺流程图

1.2 锚杆孔位的布置

根据设计图纸要求的锚杆间、排距和呈梅花形布置确定锚杆的孔位。

1.3 钻孔

按锚杆孔的布置用电锤垂直于混凝土面进行钻孔，孔径18 mm，孔深0.3 m。达到深度要求后，用高压风清理孔内的混凝土粉末、灰尘等杂物。

1.4 灌注环氧树脂植筋胶

环氧树脂植筋胶采用Araldite Kit 680型号，Araldite Kit 680植筋结构胶具有良好的触变性，且具有足够的粘结强度和耐久性。具体性能指标见表1。

表1 环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680的性能指标

1.5 树脂锚杆的制作与安装

1)制作。树脂锚杆的钢筋制作在钢筋加工厂内进行，钢筋不得有锈蚀、损伤等现象。钢筋加工须根据图纸加工，锚杆长度为650 mm，具体尺寸如图2所示。

2)安装。采用专用胶枪将Araldite Kit 680植筋结构胶缓慢的注入孔中，注入量不得低于孔深的2/3，灌注植筋胶后，在植筋胶初凝时间内进行树脂锚杆的安装。人工将树脂锚杆插入锚杆孔中，并转动使植筋胶与锚杆充分粘结牢固。

1.6 养护

养护期一般为12 h，不得水浸、不得使锚杆受力[3]。

2 植筋的施工要点

1)钻孔。孔深与锚筋埋设深度相同，孔径比锚筋大2～4 mm，孔位应避让原有构造钢筋，孔道应顺直[4]。

图2 环氧树脂锚杆施工设计图

2)清理钻孔。孔道先用硬鬃毛刷清理，再以高压干燥空气吹去孔底灰尘、碎片和水分，孔内应保持干燥。

3)灌胶。将植筋胶由孔底灌注至孔深2/3处，待插入锚筋后，胶即充满整个孔洞。

4)插入锚筋。锚筋插入前应清除插入部分的表面污物，并插到孔底，孔口多余的胶应清除[5]。污物应先以钢刷清除，再用丙酮擦净，并予拭干。

5)养护。常温养护，在胶液干固之前，避免扰动锚固钢筋，在孔位附近不得有明水。

3 现场拉拔试验

为了验证环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680具有符合设计要求的粘接能力(抗拉拔力不小于40 kN)，在施工现场进行了拉拔试验(见图3、图4)。

图3 现场试验注胶植筋图

3.1 试验材料、设备、过程和结果

试验锚杆采用φ14螺纹钢筋，按照环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680施工工艺进行锚杆安装并养护到一定龄期后，使用锚杆专用拉拔仪进行抗拉拔力试验。本次试验共6组分两个龄期分别为6 h和24 h，试验结果见表2。

3.2 试验结果分析

通过试验数据可知，使用环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680植入混凝土内的锚杆在24 h龄期后能够满足抗拉拔力≥40.0 kN的检验标准，且抗拉拔力超过了检验标准的2倍；其在6 h龄期时已经具备一定强度，只是在植筋胶的龄期达到24 h前，不宜对其造成扰动，防止锚固强度遭到破坏。

4 环氧树脂锚杆和砂浆锚杆的比较

4.1 施工工艺比较

原溢流坝段砂浆锚杆施工工效低，注浆后砂浆待凝时间内不能继续下步工序，对该项工程的施工进度影响很大(7 d内不能布设钢筋网)，须等强28 d方可进行拉拔试验，且下步工序施工时容易扰动，影响砂浆锚杆的锚固效果。与此同时砂浆锚杆注浆难度较大，易污染混凝土面，在注浆结束后对混凝土的操作面清理十分困难，而采用环氧树脂锚杆后就可避免该类问题。树脂锚杆采用新型的胶枪注入环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680，然后环氧树脂植筋胶注入锚杆孔中，最后插入螺纹钢筋，24 h后树脂锚杆即可达到设计的抗拉拔力要求(≥40 kN)，在质量保证的情况下，可显著提高工程施工进度。

4.2 性能的比较

Araldite Kit 680环氧树脂植筋胶在完全固化(20℃约24 h)后，φ14锚杆锚固段大于150 mm时，φ14螺纹钢的抗拉拔力超过90 kN。

普通水泥砂浆锚杆在施工完成后，须养护7 d后方可进行下步工序施工，此时其锚固力达到终凝锚固力的80%约32.5 kN，且其锚固段在500 mm以上。

通过以上两种类型锚杆的工艺和性能比较，使用φ14环氧树脂锚杆(L=0.65 m，锚固0.3 m)在施工质量和施工效率上均具有明显优势。

5 结 语

万家寨水利枢纽抗冲磨修复工程具有工期短、任务重的特点，而溢流段修复中使用的砂浆锚杆施工工效低，严重影响工程进度。本文针对上述问题，提出了使用环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680代替砂浆作为粘接材料进行锚杆施工，从现场的施工效果来说，环氧树脂植筋胶Araldite Kit 680施工方便、粘接效果好、施工工效高、进度提升明显，可以在工程中进一步推广使用。