導(dǎo)流隧洞襯砌混凝土缺陷的產(chǎn)生及處理方法

袁丙青，孫海兵，湯 浩

（1.長江設(shè)計公司普西橋水電站，云南 墨江 654800；2.長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212）

1 工程概況

普西橋水電站由面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸泄洪沖沙洞、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)及導(dǎo)流建筑物等組成。樞紐工程為二等大（2）型工程，攔河壩為1級，泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物中進(jìn)水口為2級，引水發(fā)電建筑物（除進(jìn)水口）為3級，消能防沖建筑物等次要建筑物亦為3級，臨時建筑物為4級。

普西橋水電站導(dǎo)流建筑物由右岸導(dǎo)流隧洞及上、下游圍堰組成。導(dǎo)流隧洞設(shè)計最大水流流速達(dá)到28m／s，對導(dǎo)流洞襯砌混凝土質(zhì)量要求高，必須保證襯砌混凝土表面平整、光滑。混凝土一旦存在麻面、蜂窩、錯臺、內(nèi)部架空及裂縫等缺陷且未處理時，在高速水流沖擊下，將引起局部紊流、挑流和分離，形成負(fù)壓和水流脈動，引起空化和空蝕，最終致使結(jié)構(gòu)受到破壞，故必須對存在的混凝土缺陷進(jìn)行處理，達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求，保證工程安全運(yùn)行。

2 導(dǎo)流隧洞混凝土缺陷產(chǎn)生的原因及處理原則

2.1 缺陷產(chǎn)生的原因

2010年6月28日，普西橋水電站導(dǎo)流洞底板混凝土開始澆筑施工，2011年6月10日襯砌混凝土澆筑施工結(jié)束。導(dǎo)流隧洞混凝土施工周期短，施工難度大，在混凝土施工過程中，由于模板固定不牢、模板拼接不嚴(yán)、使用凹凸變形的舊模板、混凝土振搗不足、不到位等因素造成混凝土存在不滿足技術(shù)要求的氣泡、麻面、蜂窩、錯臺、掛簾、表面凹凸、露筋、裂縫等不可避免的各種混凝土缺陷?；炷寥毕荽蟛糠址磻?yīng)在混凝土表面，可通過目視、耳聽、手摸等方式進(jìn)行檢查，同時輔以相應(yīng)工具進(jìn)行檢查。

2.2 缺陷處理原則

在進(jìn)行混凝土修補(bǔ)前，首先調(diào)查分析缺陷產(chǎn)生的原因，根據(jù)混凝土的功能需要、工作環(huán)境、施工條件等，選擇安全可靠、先進(jìn)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)合理的修補(bǔ)方法。

對于混凝土表面缺陷的修補(bǔ)，采用磨平和涂混凝土保護(hù)基液保護(hù)的方法，宜多磨少補(bǔ)、寧磨不鑿，盡量不損壞建筑物表面混凝土的完整性，保證工程的質(zhì)量。

混凝土修補(bǔ)前應(yīng)將不符合要求的混凝土徹底鑿除；清除松動碎塊、殘渣；鑿成陡坡后再用高壓風(fēng)水沖洗干凈；采用比原混凝土強(qiáng)度等級高一級的砂漿、混凝土或其它填料進(jìn)行缺陷處理；修整部位應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，確保修補(bǔ)材料牢固粘結(jié)、色澤一致、無明顯痕跡。

在滿足設(shè)計要求及建筑物運(yùn)行需要的前提下，處理中嚴(yán)格遵循盡量減少損傷母體混凝土的原則。

3 導(dǎo)流隧洞混凝土質(zhì)量缺陷調(diào)查

參建各方共同對普西橋水電站導(dǎo)流洞襯砌混凝土缺陷進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計并逐一登記，導(dǎo)流洞襯砌混凝土缺陷情況調(diào)查見表1。

表1 導(dǎo)流洞襯砌混凝土缺陷調(diào)查表

4 混凝土缺陷處理方法及處理施工工藝

4.1 混凝土表面缺陷

4.1.1 處理程序及方法

表面缺陷修補(bǔ)程序：缺陷調(diào)查和素描→素描圖確認(rèn)→基面打磨鑿?fù)凇娲_認(rèn)→修補(bǔ)及養(yǎng)護(hù)→檢測→驗收。

（1）混凝土氣泡、蜂窩、麻面

麻面、氣泡面積較小且數(shù)量不多的混凝土表面，通過采用環(huán)氧膠泥刮補(bǔ)，較大面積的蜂窩，按其全部深度鑿去薄弱的混凝土層和個別突出的骨料顆粒，不足0.5cm深的修補(bǔ)區(qū)至少鑿深至0.5cm；修補(bǔ)區(qū)平均蜂窩深度小于5cm，采用砂漿類材料，不足3cm的修復(fù)區(qū)至少鑿除至3cm，修補(bǔ)區(qū)邊緣不得形成深度小于3cm的邊口。平面薄層修補(bǔ)區(qū)邊緣鑿成齒槽狀，所鑿出的邊界大致規(guī)整，然后用鋼絲刷或加壓水洗刷處理，再回填預(yù)縮砂漿或環(huán)氧砂漿。

（2）混凝土表面錯臺、掛簾、不平整

對于混凝土表面不平整、錯臺及漏漿形成的掛簾進(jìn)行鑿除及砂輪打磨處理，使其與周邊混凝土平順銜接，順接坡度：上游坡不小于1∶10、下游坡不小于1∶5，打磨面表面涂刷環(huán)氧膠泥。對錯臺的處理在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后進(jìn)行。

（3）混凝土局部架空、露筋

混凝土局部架空先將缺陷部位鑿成規(guī)則形狀，對局部架空處理進(jìn)行鑿?fù)谇謇頃r，在缺陷周圍打孔壓水檢查，確定架空范圍，對有滲水，在回填時預(yù)埋灌漿管以備灌漿使用，側(cè)面和底板用同標(biāo)號一級配混凝土、預(yù)縮砂漿或環(huán)氧砂漿填補(bǔ)。

漏筋處理是在混凝土頂面鑿除深度大于4cm或漏筋的部位，采用自密實混凝土進(jìn)行回填，對于鑿除深度小于4cm的特殊缺陷，采用高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿進(jìn)行噴涂處理。

（4）拉筋頭

拉筋頭在低速水流區(qū)和非過流面的采用角磨機(jī)將其磨除，且鋼筋頭低于周邊混凝土1～2mm，后采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行刮補(bǔ)。對高速水流區(qū)用取芯鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔后將鋼筋頭割除，再加深2cm清理干凈后用預(yù)縮砂漿回填。

4.1.2 修補(bǔ)材料

（1）預(yù)縮砂漿

原材料性能控制指標(biāo)：水泥應(yīng)用與原混凝土同品種的高標(biāo)號新鮮水泥。水泥質(zhì)量滿足國標(biāo)GB200－89的各項指標(biāo)要求，且新鮮無結(jié)塊。預(yù)縮砂漿力學(xué)控制指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度≥45 MPa，抗拉強(qiáng)度≥2.0MPa，與混凝土面粘結(jié)強(qiáng)度≥1.5 MPa。

拌制出預(yù)縮砂漿以手握成團(tuán)，手上濕痕而無水膜為宜，拌制好的砂漿應(yīng)用塑料布遮蓋存放0.5～1h后使用，使其體積預(yù)縮一部分以減少修補(bǔ)后的體積收縮和基材脫開，并控制夏天2h，冬天4h內(nèi)使用完畢。

（2）環(huán)氧砂漿

環(huán)氧砂漿力學(xué)性能指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度≥60 MPa，與混凝土面粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5 MPa。

環(huán)氧砂漿修補(bǔ)基面清除松裂混凝土殘體，以高壓水沖洗干凈，并保持干燥。為保持良好的粘結(jié)力，環(huán)氧砂漿修補(bǔ)前，修補(bǔ)基面需先涂刷一層不超過1mm厚的環(huán)氧基液，力求基液涂刷薄而均勻，消除涂層中的氣泡，并在用手觸摸不粘手并能拔絲時（約30min）再填補(bǔ)環(huán)氧砂漿。

（3）環(huán)氧膠泥

環(huán)氧膠泥力學(xué)性能指標(biāo)：28天抗壓強(qiáng)度≥60MPa，抗拉強(qiáng)度≥8.0MPa，與混凝土面粘結(jié)抗拉強(qiáng)度≥4.0MPa。

（4）高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿

高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿技術(shù)性能見表2。

表2 高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿壓剪強(qiáng)度指標(biāo)

4.2 混凝土內(nèi)部缺陷

4.2.1 處理程序

一般內(nèi)部缺陷處理程序為：鉆孔取芯→壓水檢查及無損檢測→確定處理范圍→補(bǔ)強(qiáng)灌漿→檢查孔→灌后檢測→現(xiàn)場驗收。

4.2.2 處理方法及施工工藝

（1）挖除后回填：對于強(qiáng)度不足部分，首先確定其部位和范圍，然后將其挖除，再進(jìn)行混凝土回填修復(fù)，回填混凝土可與原混凝土同強(qiáng)度等級或高一個強(qiáng)度等級。

（2）水泥灌漿：對于內(nèi)部架空補(bǔ)強(qiáng)處理采用水泥灌漿，所有鉆孔均作為灌漿孔。對于互不串通的孔采用單孔孔循環(huán)灌漿。串通孔采用并聯(lián)灌漿，串通區(qū)灌漿時采用由一側(cè)向另一側(cè)灌的順序。

4.3 混凝土裂縫

4.3.1 裂縫處理原則

裂縫寬度按每條裂縫的最大寬度取值。依據(jù)設(shè)計技術(shù)要求，根據(jù)裂縫實際檢查寬度針對性地對裂縫采用表面處理法、充填法及灌漿法進(jìn)行處理。

4.3.2 處理方法及施工工藝

（1）表面處理法

表面處理法包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法。

表面涂抹主要用于漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。處理措施是先清理沖洗干凈封面后在裂縫的表面涂抹彈性涂膜防水材料，采用聚合物水泥或水泥基防滲涂料。聚合物水泥砂漿指標(biāo)及水泥基滲透結(jié)晶防水材料指標(biāo)見表3，表4。

表面貼補(bǔ)（土工膜或其它防水片）法用于大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、邊形縫）的防水堵漏。采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

（2）充填法

對較淺的表面裂縫（不需灌漿），需進(jìn)行封縫處理，即沿縫刻深約5cm、寬約10cm的梯形槽，將槽面清洗干凈并烘干后涂上環(huán)氧基液，然后回填水泥砂漿或環(huán)氧砂漿。

表3 聚合物水泥砂漿技術(shù)指標(biāo)

表4 泥基滲透結(jié)晶防水材料技術(shù)指標(biāo)

（3）灌漿法

沿縫兩側(cè)布置Φ42mm斜孔，對于δ≤0.4mm的裂縫采用1.0m孔距；對于δ＞0.4mm的裂縫采用1.5m孔距。各斜孔與縫面交于不同深度，也可采用垂直的騎縫孔，騎縫孔的深度與縫深一致，縫深可通過檢查孔確定，布置如圖1。騎縫孔無法避開鋼筋處，以不打斷鋼筋為宜。

灌漿材料采用環(huán)氧樹脂。因環(huán)氧樹脂適用較干燥裂縫或經(jīng)處理后已無滲水裂縫的補(bǔ)強(qiáng)，能灌0.3mm左右的細(xì)裂縫。環(huán)氧樹脂黏度較高，在潮濕或水中黏合強(qiáng)度不高，應(yīng)選在裂縫較干燥或經(jīng)處理后裂縫已無滲水時施工。

環(huán)氧樹脂漿液是以環(huán)氧樹脂為主體，加入一定比例的固化劑，稀釋劑，增韌劑等混合而成。硬化后，黏結(jié)力強(qiáng)，收縮性小，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，在抗?jié)B、抗沖、抗氣蝕方面，亦有良好性能。環(huán)氧樹脂因有毒性，故在配方漿液和施工中應(yīng)注意防護(hù)。

圖1 灌漿孔布置示意圖

環(huán)氧樹脂主劑是含有環(huán)氧基的線型高分子聚合物，目前廣泛使用的是雙酚A型環(huán)氧樹脂，它是環(huán)氧氯丙烷與二酚基丙烷在苛性鈉溶液中縮聚而成的。

固化劑的摻量須適宜，如固化不全，則強(qiáng)度降低。常用的固化劑有乙二胺、二乙烯三胺、多烯多胺等。

摻用稀釋劑目的是降低環(huán)氧樹脂漿液的黏度，增強(qiáng)其流動性。稀釋劑有活性和非活性之分。非活性稀釋劑僅起稀釋作用，不參加化學(xué)反應(yīng)，如丙酮、甲苯、乙醇等?；钚韵♂寗┎粌H起稀釋作用，還參加化學(xué)反應(yīng)，如690＃環(huán)氧丙烷苯基醚、501＃環(huán)氧丙烷苯丁基醚、662＃甘油環(huán)氧樹脂、糠醛－丙酮等。

增韌劑其作用是改善漿液固化后的脆性。常用的增韌劑有650＃聚酰胺樹脂、651＃聚酰胺樹脂、304＃聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二丁脂等。

促進(jìn)劑其作用是縮短固化時間，常用促進(jìn)劑是苯酚。

環(huán)氧樹脂漿液的配方根據(jù)現(xiàn)場試驗得出，表5僅為設(shè)計提供初配建議值，可作參考。

表5 環(huán)氧樹脂漿液的基本配方（重量比）

普西橋水電站導(dǎo)流洞工程混凝土缺陷處理的有效實施，保證了工程順利截流并投入使用。導(dǎo)流隧洞襯砌混凝土缺陷是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它不但會影響構(gòu)件的耐久性、疲勞強(qiáng)度，還會使導(dǎo)流隧洞混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。只有對其進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施，就能保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定的工作。