鞍子河水電站引水隧洞混凝土腐蝕分析及處理

(成都金華能電力實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

1 工程概況

鞍子河水電站總裝機(jī)容量12MW，無壓引水隧洞總長7200m，城門洞形，混凝土襯砌厚度30cm，襯砌后凈空為2.60m×3m，強(qiáng)度等級為C20，于2002年投入運(yùn)行。

在2007年枯水期隧洞年度檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：隧洞邊墻、頂拱混凝土多處出現(xiàn)腐爛變質(zhì)，手捏成泥狀，強(qiáng)度為零?；炷磷冑|(zhì)部位大多出現(xiàn)在隧洞底板以上30cm的邊墻和頂拱處，腐蝕變質(zhì)由表及里深度多在1.50～15cm之間，個別深度超過30cm；邊墻上裂縫多平行于墻面。

2 混凝土腐蝕變質(zhì)原因分析

經(jīng)咨詢工程建設(shè)人員，在建設(shè)期隧洞混凝土澆筑完3個月后，就陸續(xù)發(fā)生混凝腐蝕變質(zhì)、表面強(qiáng)度下降為零的情況。當(dāng)時(shí)直接將腐蝕混凝土置換，于2002年投入運(yùn)行。在2007年隧洞檢查時(shí)才發(fā)現(xiàn)混凝土腐蝕情況嚴(yán)重。

為了查明腐蝕原因，找準(zhǔn)根治辦法，公司委托專業(yè)單位對隧洞襯砌混凝土開展鉆孔取芯強(qiáng)度分析、礫石和砂漿硫化物分析、巖石化學(xué)成分分析，并在鉆孔處取滲透水水樣做水質(zhì)簡分析測試。現(xiàn)場取樣及室內(nèi)試驗(yàn)的工作量見下表。

鞍子河電站現(xiàn)場取樣及室內(nèi)試驗(yàn)工作量表

2.1 混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

鉆孔取芯采用φ76鉆頭，實(shí)際芯樣平均直徑為67mm，檢測的30組混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度部分較高，拱頂部位10組芯樣有9組的抗壓強(qiáng)度在20MPa以上，5+900斷面的這一組在拱頂部位的抗壓強(qiáng)度為14.8MPa，未達(dá)到設(shè)計(jì)值；左、右邊墻20組芯樣的抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)值15MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度部分較高，可能是因?yàn)榛炷列緲拥墓橇系[卵石較大，且試件在加工取樣時(shí)，往往取試塊的完整部分進(jìn)行試驗(yàn)，從而導(dǎo)致芯樣的抗壓強(qiáng)度偏高。

2.2 水質(zhì)簡分析測試

2.3 圍巖芯樣及混凝土芯樣化學(xué)成分分析

在10個斷面取圍巖芯樣、混凝土芯樣各1組，對10組圍巖芯樣、混凝土芯樣進(jìn)行化學(xué)成分測試以及混凝土礫石、砂漿SO3測試、砂漿化學(xué)成分測試。

在10個斷面的混凝土芯樣中任取其中一塊，分別對礫石、砂漿進(jìn)行SO3測試。礫石的SO3有兩組大于0.5%(混凝土質(zhì)量要求礫石的SO3應(yīng)小于0.5%)。而砂漿的SO3全部大于0.5%，但砂漿中含有一定量的水泥成分，水泥的SO3含量本身就較大，不能說明問題。礫石、砂漿的SO3有些超標(biāo)，會對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。

（4）立交范圍外的主線，起點(diǎn)前路段屬至逆時(shí)針方向距離終點(diǎn)道路方向較近的匝道，終點(diǎn)后路段屬逆時(shí)針方向距離終點(diǎn)道路方向較遠(yuǎn)的匝道。

3 混凝土腐蝕原因

4 處理措施

4.1 側(cè)墻、頂拱腐蝕嚴(yán)重部位置換處理

對側(cè)墻、頂拱受腐蝕嚴(yán)重的部位，以及邊墻脹裂洞段(縫寬20mm以上，錯臺15mm以上)，采用人工拆除、機(jī)械破碎拆除或液壓分裂機(jī)拆除后，用高抗硫水泥(P.HSR32.5)重新澆鋼筋混凝土，并進(jìn)行回填和固結(jié)灌漿。拱圈部分在非過水?dāng)嗝婵刹捎眉雍耥敼爸ёo(hù)辦法處理。

4.2 側(cè)墻、頂拱表面腐蝕環(huán)氧砂漿處理

對側(cè)墻、頂拱表面腐蝕深度在8cm以下的部位，用電錘將混凝土表面腐蝕層全部鑿除后，采用親水性環(huán)氧水泥砂漿逐層抹至設(shè)計(jì)斷面。

4.2.1 親水性環(huán)氧水泥砂漿主要材料

主劑：環(huán)氧樹脂；稀釋劑：丙酮；親水劑：糠醛；固化劑：乙二胺；P.O 42.5普通硅酸鹽水泥；細(xì)篩分后的干細(xì)砂(或不用砂，配制成環(huán)氧水泥漿也行)。

環(huán)氧樹脂∶丙酮∶糠醛=1∶0.3∶0.3 (重量比)。

上述三種材料混合后，固化劑的摻量視氣溫高低而不同(氣溫高時(shí)固化劑的摻量相對氣溫低時(shí)要少些)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)確定固化劑的摻量。

在鞍子河電站隧洞的整治項(xiàng)目中，乙二胺的摻量是上述三種材料混合后的15%左右(體積比)。

4.2.3 涂抹環(huán)氧水泥砂漿施工程序

涂抹前用電錘將混凝土表面腐蝕層全部鑿除到新鮮堅(jiān)硬的混凝土面層→將混凝土表面清洗干凈→敲去松動的混凝土→用鋼絲刷混凝土表面→用高壓風(fēng)吹去混凝土表面的浮渣→用丙酮清洗混凝土→刷環(huán)氧基液→涂抹親水性環(huán)氧水泥砂漿→刷環(huán)氧基液。

4.3 細(xì)小裂縫的處理

細(xì)小裂縫指裂縫寬度在1～5mm、無脹裂錯臺的裂縫。由于裂縫寬度較小，部分縫隙間又有水流滲出，故采用化學(xué)灌漿方法進(jìn)行封堵。

化學(xué)灌漿施工方法如下：用電錘沿縫走向開鑿深5cm、槽口寬5cm的V形槽；沿縫鉆騎縫孔，孔距40cm，孔徑25mm，孔深約20cm；V形槽鑿好后，用潔凈水將槽面沖洗干凈，順序嵌入親水性環(huán)氧砂漿和預(yù)縮水泥砂漿，壓實(shí)抹平。洗凈粉塵后埋設(shè)灌漿嘴，嵌縫和埋嘴工作完成后，養(yǎng)護(hù)10～14天方可進(jìn)行灌漿。

在孔內(nèi)布置注漿管及排氣管，注漿管長約15cm，管徑18mm；排氣管長約10cm，管徑8mm；注入丙酮漿液，記錄注漿壓力和注漿量。

經(jīng)注入試驗(yàn)后，間隔一定時(shí)間再灌漿，正式灌漿時(shí)，灌漿壓力一次升至最高灌漿壓力0.5MPa，從裂縫一端起灌或從吸漿量最大的灌漿嘴起灌。每條裂縫灌漿必須連續(xù)進(jìn)行，不得有間歇，以利于漿液在裂縫內(nèi)的連續(xù)均勻擴(kuò)散，保證灌漿質(zhì)量。

達(dá)到結(jié)束壓力后，穩(wěn)壓10～15min，以不進(jìn)漿為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。對已灌裂縫，若發(fā)現(xiàn)某處仍有滲水，則須在滲水附近再布孔復(fù)灌，直至將滲水完全堵住。

4.4 錯縫、較寬裂縫的處理

錯縫、較寬裂縫指裂縫寬度在5～20mm、錯臺小于15mm的裂縫。用電錘沿縫走向開鑿深8cm、槽口寬8cm的V形槽；再用親水性環(huán)氧水泥砂漿逐層嵌縫至設(shè)計(jì)面；按1.5m×1.5m梅花形布置固結(jié)灌漿孔；用高抗硫水泥進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，灌漿壓力0.3MPa，并利用灌漿孔設(shè)置系統(tǒng)錨桿(一半采用普通錨桿，直徑22mm，長度2.50m；一半采用直進(jìn)式中空注漿錨桿，直徑25mm，長度2.5m)。

5 處理效果

對隧洞混凝土腐蝕變質(zhì)較明顯邊墻頂拱洞段，以及開裂變形較大邊墻頂拱段采用置換、固結(jié)灌漿、化學(xué)灌漿處理后，10年運(yùn)行安全，未再出現(xiàn)混凝土腐蝕變質(zhì)等情況。實(shí)踐證明，采用高抗硫水泥能夠有效治理由環(huán)境水等導(dǎo)致的混凝土腐蝕。

6 結(jié) 語

因電站處于運(yùn)營階段，為盡量減少電量損失，僅對隧洞混凝土腐蝕變質(zhì)較明顯邊墻頂拱洞段，以及開裂變形較大邊墻頂拱段進(jìn)行處理。處理后每年枯水期對整個隧洞進(jìn)行年度檢查，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的洞段未出現(xiàn)混凝土腐蝕變質(zhì)等情況，效果良好，可供同類工程參考。