三板溪水電站泄洪建筑物缺陷修補施工技術研究

姜魁勝

(三板溪水電廠，貴州 錦屏 556704)

1 工程概況

三板溪水電站是沅水干流的龍頭水電站，壩址位于貴州省錦屏縣境內，裝機容量100萬kW。樞紐由主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞、地下廠房、水道系統(tǒng)、駁運碼頭等建筑物組成。泄水建筑物由溢洪道和泄洪洞組成。

溢洪道布置在左岸，位于主壩和副壩之間，由進水渠、溢流堰、泄槽和挑流鼻坎組成，頂部高程為482.50m，堰首至挑流鼻坎末端總長686m。溢流堰采用WES實用堰，堰頂高程456.00m。溢洪道采用等挑角的斜鼻坎挑流消能，鼻坎頂高程344.50m，總長116m。泄槽總寬70m，共設5道摻氣槽，泄槽底部設有橫向排水溝。

泄洪洞位于溢洪道左側，總長816.189m，其中，隧洞長745m，出口明槽和挑流鼻坎長71.189m。采用塔式進水口，進水口閘墩為預應力混凝土結構，底板高程400.00m，頂部高程482.50m。洞身段頂部縱坡i=0.08，泄洪洞洞身段設4道摻氣槽、3道摻氣豎井。出口采用等挑角的斜鼻坎挑流消能，挑坎頂部高程351.62m。

因三板溪溢洪道為高速水流建筑物，其過流面設計為抗沖耐磨混凝土面，強度等級為C45。溢洪道邊墻混凝土局部出現沖蝕破壞情況，底板出現了較多的裂縫，泄洪洞混凝土襯砌局部出現滲水裂縫等缺陷。

2 混凝土缺陷情況及分析

2.1 混凝土缺陷情況

經過對溢洪道及泄洪洞的缺陷普查，發(fā)現的缺陷部位及類型主要如下:

a.溢洪道堰首至2號摻氣槽底板混凝土裂縫分布較為密集，部分裂縫表面出現鈣質析出物。

b.溢洪道底板混凝土表面封閉過的裂縫再次出現開裂現象，部分裂縫表面出現鈣質析出物。

c.溢洪道4號摻氣槽下游至挑坎段右邊墻混凝土表面沖蝕磨損較為嚴重，普遍外露粗骨料，局部錯臺嚴重;左邊墻混凝土表面局部磨損，外露骨料。見圖1。

圖1 溢洪道邊墻缺陷狀況

d.泄洪洞滲水裂縫主要集中在底板及邊墻部位，普遍存在滲漏水現象，局部裂縫表面出現鈣質析出物。泄洪洞混凝土破損較少，但洞身滲水裂縫較多，并且大部分裂縫存在鈣質析出物。

2.2 混凝土缺陷原因分析

混凝土沖蝕磨損是由于消能摻氣不良、表面不平整等，致使高速水流流態(tài)突然變化，局部產生負壓，在混凝土表面形成類似爆炸的剝蝕。破壞后的混凝土大部分呈凹槽狀，表面外露粗骨料，破壞區(qū)域表面不平整。

裂縫產生的原因:由于隧洞深埋在地下，處于高應力區(qū)，圍巖斷層、破碎帶較多，山體應力釋放時間長，隧洞混凝土在強度未達到設計值前局部應力破壞，從而形成了深層滲水裂縫;由于溢洪道長期暴露在室外，晝夜溫差大，混凝土澆筑溫度也不易于控制，從而產生了溫度裂縫，表現為表層和淺層裂縫;由于局部混凝土缺陷，從而形成了滲水點。

3 修補技術方案制定

結合施工難度大、混凝土缺陷種類多、質量要求高、經濟合理以及正式施工前電廠調研考察等綜合情況，經由電廠、科研、施工三方參加的三板溪水電站溢洪道及泄洪洞缺陷處理技術方案專家咨詢會研究，確定了以下缺陷修補技術方案:

a.對溢洪道泄槽段底板混凝土裂縫表面封閉處理采用涂刮抗沖磨型聚脲的方案。

b.對溢洪道側墻磨損區(qū)域采用10mm厚環(huán)氧砂漿的處理方案。

c.對溢洪道底板裂縫密集區(qū)域采用5mm厚彈性環(huán)氧砂漿的處理方案。

d.對泄洪洞滲水量較小、表面有鈣質析出物的裂縫，采用聚氨酯、環(huán)氧樹脂復合化學灌漿進行補強止水的處理方案。

4 修補材料的選擇及性能指標

4.1 修補材料的選擇

混凝土缺陷修補的效果與修補材料的選擇有著直接的關系。根據缺陷類型及修補方案的要求，業(yè)主對國內現有的修補材料進行了分析比選，最終確定采用NE-II型環(huán)氧砂漿、聚氨酯、NE-IV型環(huán)氧灌漿材料、SK手刮聚脲作為缺陷修補材料。

NE-II型環(huán)氧砂漿是由改性環(huán)氧樹脂、新型環(huán)保固化劑、高效內脫黏劑和特種填料等制成的高性能水工抗沖耐磨保護與修復以及混凝土缺陷修補加固材料，具有黏接性能優(yōu)異、強度高、耐磨性好等優(yōu)點，并且外觀顏色與混凝土顏色接近，因此選擇NE-II型環(huán)氧砂漿對磨損區(qū)域較為嚴重的部位進行抗沖磨層處理。

SK手刮聚脲是一種無溶劑雙組分彈性材料，具有附著力強、彈性好等特點。針對溢洪道表面干燥裂縫，選擇SK手刮聚脲進行封閉。

泄洪洞滲水裂縫化學灌漿采用聚氨酯與NE-IV型環(huán)氧灌漿材料復合灌漿的方法進行止水補強處理。因聚氨酯材料本身強度較低，對聚氨酯止水后的裂縫再采用強度較高的環(huán)氧灌漿材料進行補強加固。

4.2 修補材料的主要性能指標

修補材料的主要性能指標見表1～表4。

表1 NE-II型環(huán)氧砂漿主要性能參數

表2 NE-IV型環(huán)氧灌漿材料主要性能參數

表3 聚氨酯止水灌漿材料主要性能參數

表4 SK聚脲修補材料主要性能參數

5 施工方法及工藝

5.1 NE-II型環(huán)氧砂漿抗沖磨層施工方法及工藝

環(huán)氧砂漿抗沖磨層施工采用電動角磨機清除混凝土基面的污染物、薄弱層、松散顆粒，混凝土基面存在外漏鋼筋頭或凸起不平處時，應將不平整部位上游、下游和橫向打磨平順，要提前對局部較深的破損部位進行修復補平，對結構縫上、下游側混凝土錯臺部位進行打磨，直至上、下游側混凝土表面平整?；嫣幚硗戤吅笤儆酶邏猴L清潔表面，待基面清潔干燥后，涂刷環(huán)氧基液。涂刷基液應盡量薄而均勻、不流淌、不漏刷?；和克⒑箪o停一段時間 (具體時間視現場溫度而定)后，手觸有拉絲現象，即可涂抹環(huán)氧砂漿。環(huán)氧砂漿施工時，要著重做好環(huán)氧砂漿的壓實、抹光，避免出現冷縫接茬，對環(huán)氧砂漿的迎水面起始處，采用切割埋入的方法處理，避免迎水面水流剪切力對環(huán)氧砂漿抗沖磨層造成應力破壞。環(huán)氧砂漿預埋方法詳見圖2。

圖2 環(huán)氧砂漿迎水面起始處施工方法

5.2 SK手刮聚脲裂縫表面封閉施工方法

SK手刮聚脲施工前先用手提式角磨機對混凝土基面進行打磨，去除混凝土表面松動顆粒、水泥漿及灰塵等，外漏鋼筋頭或突起物需事先用切割機進行切除?；嫣幚硗戤吅螅酶邏核畼寷_洗基面，基面完全干燥后涂刷底漆。待底漆風干后，涂刮第一遍聚脲，靜置一段時間后，聚脲表面覆蓋一層胎基布。覆蓋胎基布的主要作用是為增強材料彈性，防止裂縫拉裂聚脲材料。胎基布覆蓋完畢后涂刮第二遍聚脲。待到第二遍聚脲完全固化后，裂縫表面如無法完全遮蓋胎基布底色需要涂刮第三遍聚脲，直至完全覆蓋住胎基布底色為止。聚脲涂層周邊應采用打磨嵌入混凝土方式處理，確保聚脲封閉涂層與混凝土基面連接平順;界面劑涂刷寬度不小于25cm，SK手刮聚脲施工寬度不小于20cm，中間厚度不小于3mm，兩側厚度不小于2mm，施工環(huán)境溫度應在5℃以上。

5.3 底板裂縫密集區(qū)域彈性環(huán)氧砂漿施工方法及工藝

彈性環(huán)氧砂漿施工前應對滲水裂縫進行化學灌漿，并對施工區(qū)域內所有裂縫表面涂刮一層3～5cm寬SK手刮聚脲;彈性環(huán)氧砂漿施工區(qū)域周邊采用切割嵌入混凝土方式處理，確保與混凝土連接平順;施工區(qū)域內存在結構橫縫的

情況下，應細化跨橫縫處理工藝措施，橫縫內嵌填聚硫密封膠，表面涂刮20cm寬SK手刮聚脲封閉縫面，中間厚度不小于3mm，兩側厚度不小于2mm。

5.4 滲水裂縫復合化學灌漿施工方法及施工工藝

復合灌漿先采用聚氨酯化學灌漿材料進行止水處理，然后采用環(huán)氧灌漿材料加固的復合灌漿方法處理。主要工藝為:混凝土滲漏水情況描述→鉆孔→通風檢查→封縫→埋設灌漿嘴→聚氨酯止水灌漿→環(huán)氧補強灌漿→可能的補鉆及補灌→灌后效果檢查→封孔補強。

首先在裂縫中心線兩側10～20cm內鉆斜孔，孔距一般為20～30cm，孔徑為14mm。鉆孔深度為20～30cm，一般原則為:遇到孔內出水后再鉆10cm左右。一定要穿過裂縫。在裂縫和孔口處涂少量肥皂水，采用0.3MPa的風壓進行通風檢查，對于盲孔應在附近重新鉆孔。

待通風檢查完畢后，對裂縫表面進行封閉。用高壓水將灌漿孔清洗干凈，將專用灌漿嘴埋入孔內，使用專用扳手將灌漿嘴下部的密封膠圈壓緊并固定牢固，然后進行聚氨酯止水灌漿。灌漿過程中，當漿液溢出裂縫時，通過短時間停泵工作，阻止?jié){液的持續(xù)外流而延長裂縫中漿材的反應時間，待流出的漿液發(fā)泡變硬后灌漿工作可持續(xù)進行。待止水灌漿結束后，鉆II序灌漿孔，用環(huán)氧灌漿材料進行補強灌漿。灌漿壓力一般控制在0.3～0.5MPa，灌漿順序為從裂縫一端逐漸向另一端延伸。灌漿過程中，當漿液溢出臨近灌漿孔或穩(wěn)壓5～10min且進漿量趨于零時，即可結束該孔的灌漿。

復合灌漿結束后應及時檢查堵漏效果，發(fā)現新的滲水點時還需補鉆及補灌，直至漏水停止外滲，縫面干燥;最后采用環(huán)氧砂漿對灌漿孔進行封堵。灌漿孔布置方法見圖3。

圖3 兩序孔復合灌漿施工灌漿孔布置

6 效果檢測

三板溪水電站溢洪道及泄洪洞缺陷修補施工中及施工完成后，業(yè)主和施工單位對抗沖磨保護層及復合化學灌漿等施工項目進行了現場性能檢測。

6.1 化學灌漿檢測

對裂縫化學灌漿后的混凝土進行取芯檢測，取芯直徑10cm、長度15～30cm。從取芯的外觀看，裂縫及鉆孔灌漿液注飽滿;芯樣的劈裂抗拉強度檢測均值為3.6MPa，大于C50混凝土抗拉強度設計值 (ft=2.04MPa)，說明漿材和裂縫的黏結良好，滿足混凝土結構抗拉強度要求。取芯孔采用NE-Ⅱ環(huán)氧砂漿封孔，孔口和原混凝土面平順連接。

6.2 抗沖磨保護層檢測

環(huán)氧砂漿共檢測6組試樣，抗壓強度平均檢測值為86MPa，抗拉強度平均檢測值為11.6 MPa，滿足設計性能要求。

7 結語

NE-II型環(huán)氧砂漿、環(huán)氧灌漿材料及聚脲裂縫表面封閉材料在三板溪水電站過水建筑物缺陷修補中的成功應用，充分說明了環(huán)氧材料及聚脲材料對高流速過水建筑物的缺陷修補及抗沖耐磨具有顯著效果。通過對修補材料和工藝的分析，在類似混凝土缺陷修補工程中應用應注意以下幾點:

a.在施工過程中要注意修補區(qū)域與原混凝土面的平順連接，確保過水建筑物高速過流時混凝土無空蝕破壞。

b.抗沖磨保護層應根據水流介質、流速及修復要求進行材料和厚度的選擇。

c.化學灌漿在施工過程中要注意對縫屑和縫內積水的清理，滲水嚴重的須采取有效的排水或止水措施，要保證灌漿壓力的穩(wěn)定。灌漿孔和檢查孔要封閉嚴實且抗沖耐磨，孔口須與原混凝土面平順連接，確保泄洪排沙洞高速過流時混凝土無空蝕破壞。

d.灌漿材料應根據縫的寬度、滲水情況及處理的結構要求進行選擇。低黏度、低收縮的環(huán)氧漿材是較好的選擇。