某大型水電站泄洪洞過流面混凝土表面缺陷處理施工技術(shù)

馬國(guó)輝

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

某大型水電站泄洪洞是該水電站的主要泄洪設(shè)施之一，具有大斷面、大流量、高流速的特點(diǎn)，泄洪洞最高流速達(dá)50 m/s。因?yàn)楣芾聿簧?、材料耐久性差、設(shè)計(jì)問題、施工問題等多種因素的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致一些混凝土缺陷，比如混凝土表面裂縫、表面缺損、錯(cuò)臺(tái)、孔洞、氣泡密集區(qū)、麻面、蜂窩等。這些缺陷對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能或使用性能無決定性影響，對(duì)結(jié)構(gòu)的外觀有一定影響，但并不影響其使用。本文主要闡述在該泄洪洞過流面混凝土表面缺陷處理中采用的主要處理措施，并對(duì)它的施工工藝以及修補(bǔ)材料進(jìn)行了深度的探討。

1 混凝土表面缺陷處理方案

1.1 表面蜂窩、麻面、氣泡密集區(qū)的處理

此類缺陷主要是由于混凝土振搗不密實(shí)或者模板拼縫不嚴(yán)密導(dǎo)致混凝土澆筑過程中漏漿等原因造成，主要分布在泄洪洞兩側(cè)邊墻底口，具有“大分散、小集中”的特點(diǎn)，是水工混凝土中較為常見的一類缺陷，若不及時(shí)進(jìn)行處理，在高速水流的長(zhǎng)期沖刷下，缺陷范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，進(jìn)而造成嚴(yán)重的空蝕破壞。

輕微氣泡密集區(qū)、輕微麻面，僅進(jìn)行表面打磨，打磨至密實(shí)混凝土后，采用1～2 mm環(huán)氧膠泥覆蓋，覆蓋面積延伸至打磨范圍外100 mm；深度大于2 mm則按較嚴(yán)重氣泡密集區(qū)、較嚴(yán)重麻面處理。

遇到麻面、氣泡、蜂窩比較嚴(yán)重的部位，需要將其用砂輪切成規(guī)則的多邊形或者四邊形，并且需要切至看到密實(shí)的混凝土，才算合格，鑿除深度需滿足修補(bǔ)厚度不小于40 mm且超過蜂窩底線10～15 mm控制。切掉病害區(qū)域后，使用環(huán)氧砂漿進(jìn)行填補(bǔ)，并在表層采用1～2 mm環(huán)氧膠泥覆蓋，覆蓋面積延伸至鑿除范圍外100 mm。

1.2 錯(cuò)臺(tái)、掛簾、表面附著物的處理

錯(cuò)臺(tái)、掛簾多見于混凝土施工縫部位，主要由于模板安裝不牢固導(dǎo)致混凝土澆筑過程中模板松動(dòng)或變形所造成，如果不加以處理，不僅會(huì)影響混凝土的整體平整度和美觀，而且泄洪洞運(yùn)行時(shí)還會(huì)造成嚴(yán)重的沖刷破壞[1]。

利用砂輪打磨或者鑿除的方法，把突出于周邊混凝土的區(qū)域平整化，使其保持平順連接，順接的坡度需要控制在1∶30以下，其中，垂直水流向的坡度需要控制在1∶10以下。砂線內(nèi)的松動(dòng)顆粒要鑿除和清理干凈，需要先進(jìn)行沖洗，待其干燥之后，使用環(huán)氧膠泥進(jìn)行填補(bǔ)。

洞內(nèi)過流面施工縫錯(cuò)臺(tái)按要求坡度打磨后，采用彈性環(huán)氧膠泥蓋縫處理。

1.3 孔洞的處理

此處的孔洞主要指用于固定大模板的連接螺栓和定位錐所形成的孔洞，主要位于泄洪洞使用大模板進(jìn)行混凝土澆筑的邊墻部位，孔洞大小一致，間排距固定，分布較為規(guī)律。孔洞的大量存在將會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度及耐久性，所以應(yīng)對(duì)孔洞及時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)封閉。

螺栓、定位錐及灌漿孔形成的孔洞，將里面的碎屑清理干凈之后，向里面注入預(yù)縮砂漿，搗實(shí)之后進(jìn)行抹平，再在表面抹1～2 mm環(huán)氧膠泥覆蓋，覆蓋面積延伸至孔洞周邊范圍外100 mm。

1.4 表面刮痕、磨痕、表面缺損的處理

在混凝土強(qiáng)度尚未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，如果沒有對(duì)混凝土進(jìn)行有效保護(hù)，由于意外的碰撞或者拆模的不小心很容易造成表面刮痕、磨痕或表面缺損。此類缺陷出現(xiàn)較為隨機(jī)，分布沒有規(guī)律，缺陷范圍一般較小，對(duì)混凝土的使用性能無決定性影響，主要影響其外觀。

對(duì)于混凝土表面刮痕、磨痕的處理，一般在表面抹1～2 mm環(huán)氧膠泥覆蓋，覆蓋面積延伸至缺陷范圍外100 mm。

若表面有缺損或者坑槽，就需要用工具將其切成規(guī)則的形狀，并要露出密實(shí)的混凝土面。如果鑿除深度<100 mm，分層填預(yù)縮砂漿；如果深度不小于100 mm，則在里面填入細(xì)骨料混凝土，再在表層抹1～2 mm環(huán)氧膠泥覆蓋，覆蓋面積延伸至鑿除范圍外100 mm。

1.5 單個(gè)氣泡的處理

混凝土澆筑過程中，由于振搗工人經(jīng)驗(yàn)不足、局部振搗時(shí)間不夠，導(dǎo)致混凝土中的氣泡尚未完全排出而依附在模板表面，拆模后在邊墻局部位置將會(huì)出現(xiàn)部分氣泡，不僅影響混凝土的外觀，而且泄洪洞過流時(shí)在高速水流的作用下，大氣泡的存在還會(huì)引發(fā)一定程度的空蝕破壞，故而應(yīng)對(duì)氣泡進(jìn)行處理。

單個(gè)氣泡的處理，要使用與原混凝土顏色相同的材料進(jìn)行修補(bǔ)。外露直徑<2 mm，不處理；外露直徑≥2 mm，將氣泡周圍的乳皮和薄層清理干凈，干燥后，使用環(huán)氧膠泥進(jìn)行修補(bǔ)，并且抹平[2]。

1.6 表面裂縫的處理

1.6.1 裂縫分類

混凝土澆筑完成后，由于保濕養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或者養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠等原因，在混凝土表面往往會(huì)出現(xiàn)許多大小不一的不規(guī)則裂縫。裂縫的出現(xiàn)，尤其是深層裂縫和貫穿裂縫的出現(xiàn)，會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性，影響泄洪洞的運(yùn)行穩(wěn)定和安全。

裂縫根據(jù)縫寬δ、縫深h、縫面長(zhǎng)度L以及縫面滲水情況，按表1的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。裂縫分類按5個(gè)指標(biāo)中最嚴(yán)的一個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)確定裂縫類別。

表1 裂縫分類標(biāo)準(zhǔn)表

Ⅰ類裂縫為龜裂狀，呈細(xì)微而不規(guī)則裂縫且不滲水，對(duì)結(jié)構(gòu)安全、耐久性及結(jié)構(gòu)應(yīng)力無影響。

Ⅱ類裂縫呈規(guī)則狀，屬淺層裂縫且不滲水，對(duì)結(jié)構(gòu)安全、耐久性及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響非常小。

Ⅲ類裂縫，屬深層裂縫但不滲水，對(duì)結(jié)構(gòu)安全、耐久性及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響有點(diǎn)大。

Ⅳ類裂縫，屬滲水裂縫或者貫穿裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)安全、耐久性及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響非常大。

1.6.2 裂縫修補(bǔ)分類

1)Ⅰ類裂縫。不需要進(jìn)行專門處理，如果裂縫寬度大于0.2 mm，則需在縫口表面涂刷2道環(huán)氧基液處理，涂刷范圍延伸至縫口兩側(cè)各100 mm。

2)Ⅱ類裂縫。只需要封閉其表面。先要將裂縫的表面清理干凈，干燥之后采用低粘度環(huán)氧進(jìn)行涂抹，封閉裂縫表面；環(huán)氧干燥之后，再涂抹兩道HK環(huán)氧增厚涂料，涂抹厚度控制在1 mm，寬度200 mm，要求涂抹均勻。

3)Ⅲ類裂縫。處理的方法是封縫無損貼嘴化學(xué)灌漿。

4)Ⅳ類裂縫。處理的方法是：如果為干縫，使用無損貼嘴化學(xué)灌漿處理；如果為濕縫，先鑿槽封縫后，再化學(xué)灌漿處理[3]。

2 主要修補(bǔ)材料的施工工藝

2.1 預(yù)縮砂漿修補(bǔ)施工工藝

1)使用預(yù)縮砂漿修補(bǔ)工藝的時(shí)候，除特殊情況外，修補(bǔ)厚度需大于等于20 mm。

2)需要修補(bǔ)的老混凝土面應(yīng)當(dāng)鑿毛處理，并把碎屑沖洗干凈，修補(bǔ)面在修補(bǔ)的時(shí)候不能有積水，但是要有一定的濕潤(rùn)度。

3)未加緩凝劑的預(yù)縮砂漿在調(diào)配好之后，需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用完(夏季兩個(gè)小時(shí)，冬季四個(gè)小時(shí))，失效后的預(yù)縮砂漿不可以再用做施工。

4)預(yù)縮砂漿的填補(bǔ)施工工序是：先分層鋪料搗實(shí)，再逐層填補(bǔ)。進(jìn)行填補(bǔ)的時(shí)候，先要刷一層水灰比是0.4、厚度為1 mm的粘稠水泥漿，之后才可以一層層的將預(yù)縮砂漿依次填入其中。每一層填入的預(yù)縮砂漿的厚度要控制在20～30 mm的范圍內(nèi)，每一層填補(bǔ)完成后還要用木槌搗實(shí)，直到修補(bǔ)層出現(xiàn)漿液后，將修補(bǔ)層表面刷毛，然后才可以進(jìn)行第二層的填補(bǔ)，按此工序直到平齊混凝土表面。表面要求平整光潔，平整度滿足該部位設(shè)計(jì)要求[4]。

5)施工完成后，及時(shí)用塑料薄膜或濕麻袋保濕保溫養(yǎng)護(hù)28 d以上。

6)完成修補(bǔ)3 d之后，用小鐵錘敲擊修補(bǔ)面，如果聲音清脆，則施工質(zhì)量合格；反之，則需要鑿除，重新進(jìn)行修補(bǔ)。

2.2 細(xì)骨料混凝土修補(bǔ)施工工藝

1)當(dāng)修補(bǔ)的材料為細(xì)骨料混凝土?xí)r，要有不小于50 mm的修補(bǔ)厚度。

2)修補(bǔ)的時(shí)候，要先刷一層水灰比是0.4、厚度為1 mm的粘稠薄層水泥漿在基面上作為粘結(jié)劑，之后才可以一層層的將細(xì)骨料混凝土填入其中。每一層填入的細(xì)骨料混凝土的厚度要控制在30～40 mm的范圍內(nèi)，每一層填補(bǔ)完成后還要用木槌搗實(shí)，直到修補(bǔ)層出現(xiàn)漿液后，將修補(bǔ)層表面刷毛，然后才可以進(jìn)行第二層的填補(bǔ)，按此工序直到平齊混凝土表面。修補(bǔ)表面要與老混凝土面平滑連接、接縫嚴(yán)密，同時(shí)，平整度應(yīng)滿足該部位設(shè)計(jì)要求。

3)施工完成8～12 h之后，及時(shí)用塑料薄膜或濕麻袋保濕保溫養(yǎng)護(hù)28 d以上。

4)混凝土修補(bǔ)7 d后，用小鐵錘敲擊修補(bǔ)面，如果聲音清脆，則施工質(zhì)量合格；反之，則需要鑿除，重新進(jìn)行修補(bǔ)。

2.3 環(huán)氧砂漿修補(bǔ)施工工藝

1)當(dāng)修補(bǔ)材料為環(huán)氧砂漿時(shí)，要有不小于5 mm的修補(bǔ)厚度。

2)在填充環(huán)氧砂漿前， 要將混凝土表面的碎屑沖洗干凈，并且進(jìn)行干燥，這樣粘結(jié)質(zhì)量才會(huì)有保證。

3)為了保證充填材料和混凝土面兩者之間的粘結(jié)力，需要給混凝土面刷上一層環(huán)氧基液，等30 min左右，用手指觸摸基液，基液拉絲時(shí)再進(jìn)行環(huán)氧砂漿的填充。需要注意，環(huán)氧基液上面不能落入灰塵，否則會(huì)影響其性能。

4)對(duì)環(huán)氧砂漿材料要分層下料，最合適的分層厚度范圍是5～10 mm，最大不能超過15 mm，涂抹的面積一次不能大于1.5 m2。并且需要搗實(shí)直至表面出現(xiàn)漿液，才算合格，如果出現(xiàn)氣泡，則需要將其刺破壓緊。

5)修補(bǔ)表面要求平整光潔，保證施工部位所需的平整度。

6)如修補(bǔ)面為立面， 則需要確?；炷撩婧统涮畈牧蟽烧咧g要接實(shí)嚴(yán)密，不能留有空隙。

7)環(huán)氧砂漿在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)最要緊的是防止環(huán)境溫度劇烈變化，最佳的養(yǎng)護(hù)溫度范圍是20±5℃，在5～7 d的養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，修補(bǔ)面不應(yīng)該受到?jīng)_擊或者浸泡。

8)完成填補(bǔ)3 d之后，用小鐵錘敲擊修補(bǔ)面，如果聲音清脆，則施工質(zhì)量合格；反之，則需要鑿除，重新進(jìn)行修補(bǔ)。

2.4 環(huán)氧膠泥修補(bǔ)施工工藝

1)磨除混凝土表面的松散表皮，直到混凝土密實(shí)面。

2)混凝土表面的松動(dòng)顆粒用鋼鉆或者鋼刷進(jìn)行清除，之后對(duì)混凝土表面進(jìn)行沖洗，拭干水分。

3)基面上出現(xiàn)的孔洞要先用環(huán)氧膠泥進(jìn)行填充，待其固化后，將環(huán)氧膠泥分多次刮涂至基面之上，要注意來回刮涂擠壓，確保環(huán)氧膠泥和混凝土基面兩者之間的粘結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。要求修補(bǔ)表面光滑平整，不得出現(xiàn)刮痕。

4)修補(bǔ)完后，要避免日曬雨淋，冬季注意保溫。環(huán)氧膠泥的最佳養(yǎng)護(hù)溫度范圍是20±5℃，在5～7 d的養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，修補(bǔ)面不應(yīng)該受到?jīng)_擊或者浸泡。

5)環(huán)氧膠泥修補(bǔ)應(yīng)嚴(yán)格控制外觀質(zhì)量，經(jīng)檢查修補(bǔ)面未發(fā)現(xiàn)膠泥氣泡，則判定外觀質(zhì)量合格。

3 施工質(zhì)量要求和實(shí)施效果評(píng)價(jià)

3.1 表面缺陷處理一般要求

由于泄洪洞屬于高速水流的泄水建筑物，要經(jīng)受起高流速的沖刷，必然對(duì)混凝土表面缺陷的修補(bǔ)質(zhì)量有高標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)于混凝土表面缺陷的修補(bǔ)，要遵循“多磨少補(bǔ)、寧磨不鑿”的原則，盡量不破壞混凝土的完整性，保證工程質(zhì)量。用于混凝土缺陷修補(bǔ)的材料，其強(qiáng)度、耐久性以及與老混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度等應(yīng)不低于老混凝土要求，且修補(bǔ)后的表面要平整光滑，不平整度要控制在3 mm以下(2 m靠尺測(cè)量)，同時(shí)修補(bǔ)材料表面與老混凝土表面的順接坡度需要控制在1∶30以下，其中，垂直水流向的坡度需要控制在1∶10以下[5]。

3.2 質(zhì)量控制效果

泄洪洞混凝土表面缺陷修補(bǔ)前，針對(duì)每批次修補(bǔ)材料進(jìn)行3組現(xiàn)場(chǎng)取樣，開展工藝試驗(yàn)，材料強(qiáng)度、耐久性及粘結(jié)強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求[6]。

修補(bǔ)完成后，經(jīng)參建各方聯(lián)合驗(yàn)收，修補(bǔ)材料表面均平順光滑，外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良，修補(bǔ)部位的不平整度平均值控制在2.0 mm(見表2)，滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 混凝土不平整度檢測(cè)匯總表

4 結(jié) 語

綜上所述，不同類型的缺陷，需要選擇不同的施工工藝和施工材料，符合混凝土缺陷修補(bǔ)的質(zhì)量要求，為保障混凝土結(jié)構(gòu)安全使用和外觀形象面貌，施工中應(yīng)加強(qiáng)工序控制、嚴(yán)格質(zhì)量管理，以達(dá)到泄洪過流的質(zhì)量要求。