紫坪鋪工程高流速泄洪建筑物環(huán)氧面層沖蝕破壞快速維修技術(shù)

曾 波， 秦 小 茹， 高 濤

(四川省紫坪鋪開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪鋪工程地下泄洪建筑物包括1號(hào)、2號(hào)泄洪排沙洞和沖沙放空洞，其中1號(hào)、2號(hào)泄洪排沙洞互為備用。泄洪排沙洞運(yùn)用水頭高(超過(guò)130 m), 流速高達(dá)45m/s，洞內(nèi)水流空化系數(shù)小(0.15～0.20)，屬于空化空蝕高度危險(xiǎn)區(qū)，且工程地質(zhì)條件差，為國(guó)內(nèi)少見(jiàn)的在較差圍巖地質(zhì)條件上建設(shè)的高流速泄洪排沙隧洞；沖沙放空洞設(shè)計(jì)泄流量322 m3/s，汛限水位850 m時(shí)工作閘門(mén)孔口處流速為34 m/s。為確保泄洪建筑物混凝土襯砌在泄水中免受沖損，在邊墻過(guò)流面及底板分別敷設(shè)10 mm和15 mm厚的環(huán)氧砂漿面層予以保護(hù)，但在實(shí)際運(yùn)行中，隨著泄流條件的不斷變化，仍會(huì)對(duì)泄洪設(shè)施環(huán)氧面層甚至混凝土造成不同程度的破壞。目前，關(guān)于此類(lèi)破壞的修復(fù)方法多種多樣，如改性水泥修復(fù)、混凝土修復(fù)、砂漿修復(fù)、電化學(xué)修復(fù)等[1]，而對(duì)于泄洪設(shè)施通常采用新老混凝土兼容性較好的聚合物以及環(huán)氧砂漿。本文以紫坪鋪水利樞紐泄洪排沙洞和沖沙放空洞為例，闡述了在不同泄流條件下，環(huán)氧砂漿和早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物在修復(fù)過(guò)程中的使用范圍和條件。

1 泄洪建筑物檢查維修現(xiàn)狀

泄洪排沙洞每次泄流后，過(guò)流面上的環(huán)氧砂漿保護(hù)層均會(huì)遭受不同程度的沖損(圖1)，龍?zhí)ь^段受損面積約占受損總面積的57%，邊墻受損面積約占受損總面積的66%。沖沙放空洞的沖損破壞部位主要集中在無(wú)壓段和挑流段的環(huán)氧砂漿保護(hù)層(圖2)。

圖1 泄洪洞邊墻環(huán)氧砂漿保護(hù)層沖損

圖2 沖沙放空洞底板環(huán)氧砂漿保護(hù)層沖損

紫坪鋪泄流建筑物過(guò)流面的受損修復(fù)主要采用環(huán)氧砂漿，表1統(tǒng)計(jì)了泄洪排沙洞、沖沙放空洞單次泄洪沖損部位數(shù)、破壞面積以及環(huán)氧砂漿檢修工期、養(yǎng)護(hù)期等數(shù)據(jù)。鑒于泄洪建筑物每次泄洪后需盡快完成受損部位的修復(fù)，而環(huán)氧砂漿使用條件要求較高、維修保養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，針對(duì)小面積受損部位的維修，可考慮尋找新材料和新工藝，在較短時(shí)間內(nèi)完成修復(fù)。

2 修復(fù)材料施工工藝對(duì)比分析

表1 泄洪建筑物沖損及環(huán)氧砂漿修復(fù)工期統(tǒng)計(jì)表

2.1 環(huán)氧砂漿施工工藝[2]

采用環(huán)氧砂漿修復(fù)時(shí)，首先要對(duì)混凝土基面處理，使用電動(dòng)角磨機(jī)對(duì)原環(huán)氧砂漿沖損區(qū)域周邊進(jìn)行切割，形成規(guī)則形狀，再用鋼絲刷和高壓風(fēng)清除表面砂粒、粉塵；基面清理干凈后，對(duì)局部潮濕的基面進(jìn)行干燥處理。干燥處理采用噴燈烘干或自然風(fēng)干，然后拌制并在基面上涂刷底層環(huán)氧基液，再在其上拌制和涂抹環(huán)氧砂漿，最后對(duì)環(huán)氧砂漿壓實(shí)、找平、壓光，養(yǎng)護(hù)7 d。施工時(shí)為了確保施工環(huán)境的干燥，還要采取必要的防水措施(搭設(shè)臨時(shí)圍堰、雨篷等)。

2.2 早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿施工工藝

修整基面，去除混凝土基面污染物、薄弱層、松散顆粒，至混凝土表面外露新鮮、密實(shí)骨料方可；將拌制均勻的修補(bǔ)聚合物砂漿用抹刀按設(shè)計(jì)要求的厚度涂抹到已處理干凈的基面上，涂抹時(shí)盡可能同方向連續(xù)攤料，并注意銜接處壓實(shí)排氣，邊涂抹、邊壓實(shí)找平，表面提漿，待初凝后，再次收面及收邊，保證修面與周邊環(huán)氧砂漿平順連接，無(wú)錯(cuò)臺(tái)；施工面養(yǎng)護(hù)期1天，養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)避免修復(fù)面硬物撞擊、刮擦等破壞。

2.3 對(duì)比分析

通過(guò)上述施工工藝對(duì)比，存在著以下幾個(gè)方面的差別：①快速修補(bǔ)聚合物可在潮濕乃至水下環(huán)境進(jìn)行施工，免除環(huán)氧砂漿施工過(guò)程中基面干燥、搭設(shè)圍堰及雨棚等環(huán)節(jié)，成本低；②快速修補(bǔ)聚合物可快速施工，免除底層基液涂刷等復(fù)雜工序；③快速修補(bǔ)聚合物養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，僅需1天，而環(huán)氧砂漿養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7 d。經(jīng)過(guò)綜合比選，嘗試對(duì)早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿進(jìn)行試驗(yàn)研究。

3 早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿抗壓強(qiáng)度及粘接強(qiáng)度試驗(yàn)

選擇1號(hào)泄洪排沙洞進(jìn)行早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)位置為0+087 m右邊墻(距底板高度1 m，0.23 MPa)、0+335 m左邊墻(距底板高度1 m，0.15 MPa)、0+145 m底板(3.93 MPa)三個(gè)位置(如圖3所示)。其中樁號(hào)0+145 m水平底板積水區(qū)域，抗拉強(qiáng)度超過(guò)C50混凝土本體抗拉強(qiáng)度。

委托中國(guó)水電十一局有限公司中心試驗(yàn)室對(duì)早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

圖3 1號(hào)泄洪洞現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)

參照《無(wú)機(jī)防水堵漏材料》(GB 23440-2009)等相關(guān)規(guī)范[4]，其凝結(jié)時(shí)間、抗拉強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度均能滿(mǎn)足要求，其初凝和終凝時(shí)間均短于NE-Ⅱ型環(huán)氧砂漿測(cè)試值，特別指出的是粘結(jié)強(qiáng)度(7 d)測(cè)試值1.58 MPa，與C50 混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度(1.89 MPa)接近，基本能夠滿(mǎn)足小面積環(huán)氧砂漿面層修補(bǔ)需要。

表2 早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿試塊抗壓強(qiáng)度及粘接強(qiáng)度檢測(cè)表[3]

4 早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿在修復(fù)工作中的應(yīng)用

將早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿應(yīng)用到1號(hào)、2號(hào)泄洪排沙洞和沖沙放空洞邊墻較高位置和底板積水較多的受損部位的情況詳見(jiàn)表3。表中統(tǒng)計(jì)了部分使用位置的效果反饋。

表3 早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿現(xiàn)場(chǎng)使用情況歷史統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)破損位置較高且面積小于0.25 m2時(shí)，采用早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿修補(bǔ)效果較好，其施工平臺(tái)可采用方便實(shí)用的拼裝式活動(dòng)腳手架，而不用在隧洞內(nèi)搭設(shè)費(fèi)事費(fèi)力的扣件式鋼管腳手架。特別是在導(dǎo)泄結(jié)合段(平洞段)使用時(shí)，效果較好，對(duì)于積水區(qū)域內(nèi)的修復(fù)，以及在邊墻大于4 m高處修復(fù)施工時(shí)，可縮短施工時(shí)間、降低施工成本。

5 結(jié) 語(yǔ)

紫坪鋪工程1號(hào)、2號(hào)泄洪排沙洞互為備用，成洞條件差，運(yùn)用水頭高，使用十分頻繁，每次過(guò)流后需對(duì)破壞部位進(jìn)行修復(fù)。為縮短修復(fù)時(shí)間、提高泄洪調(diào)度靈活性，對(duì)泄流建筑物修復(fù)材料的要求較高。

試驗(yàn)證明，在泄洪排沙洞水平段底板積水區(qū)域，采用早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿對(duì)小面積沖損的環(huán)氧面層進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)部位的拉拔試驗(yàn)值大于C50混凝土本體設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，累計(jì)過(guò)流20 d后，修復(fù)面仍可保持不被沖損，修復(fù)效果較好，且施工方便，養(yǎng)護(hù)期較環(huán)氧砂漿短；洞內(nèi)高于4 m的邊墻部位采用該材料施工，可用拼裝式活動(dòng)腳手架代替扣件式鋼管腳手架，降低施工難度，縮短施工時(shí)間，施工優(yōu)勢(shì)明顯。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，由于修復(fù)后過(guò)水時(shí)間較短，修復(fù)效果仍待繼續(xù)觀察。為確保隧洞運(yùn)行安全，采用早強(qiáng)型快速修補(bǔ)聚合物砂漿替代環(huán)氧砂漿進(jìn)行局部面層修復(fù)，以單次單點(diǎn)維修面積不超過(guò)0.25 m2，修復(fù)部位以底板積水，及4 m以下邊墻過(guò)流面為宜。