三板溪水电站泄洪建筑物缺陷修补施工技术研究

2014-07-12姜魁胜

中国水能及电气化 2014年4期

姜魁胜

(三板溪水电厂，贵州锦屏 556704)

1 工程概况

三板溪水电站是沅水干流的龙头水电站，坝址位于贵州省锦屏县境内，装机容量100万kW。枢纽由主坝、副坝、溢洪道、泄洪洞、地下厂房、水道系统、驳运码头等建筑物组成。泄水建筑物由溢洪道和泄洪洞组成。

溢洪道布置在左岸，位于主坝和副坝之间，由进水渠、溢流堰、泄槽和挑流鼻坎组成，顶部高程为482.50m，堰首至挑流鼻坎末端总长686m。溢流堰采用WES实用堰，堰顶高程456.00m。溢洪道采用等挑角的斜鼻坎挑流消能，鼻坎顶高程344.50m，总长116m。泄槽总宽70m，共设5道掺气槽，泄槽底部设有横向排水沟。

泄洪洞位于溢洪道左侧，总长816.189m，其中，隧洞长745m，出口明槽和挑流鼻坎长71.189m。采用塔式进水口，进水口闸墩为预应力混凝土结构，底板高程400.00m，顶部高程482.50m。洞身段顶部纵坡i=0.08，泄洪洞洞身段设4道掺气槽、3道掺气竖井。出口采用等挑角的斜鼻坎挑流消能，挑坎顶部高程351.62m。

因三板溪溢洪道为高速水流建筑物，其过流面设计为抗冲耐磨混凝土面，强度等级为C45。溢洪道边墙混凝土局部出现冲蚀破坏情况，底板出现了较多的裂缝，泄洪洞混凝土衬砌局部出现渗水裂缝等缺陷。

2 混凝土缺陷情况及分析

2.1 混凝土缺陷情况

经过对溢洪道及泄洪洞的缺陷普查，发现的缺陷部位及类型主要如下:

a.溢洪道堰首至2号掺气槽底板混凝土裂缝分布较为密集，部分裂缝表面出现钙质析出物。

b.溢洪道底板混凝土表面封闭过的裂缝再次出现开裂现象，部分裂缝表面出现钙质析出物。

c.溢洪道4号掺气槽下游至挑坎段右边墙混凝土表面冲蚀磨损较为严重，普遍外露粗骨料，局部错台严重;左边墙混凝土表面局部磨损，外露骨料。见图1。

图1 溢洪道边墙缺陷状况

d.泄洪洞渗水裂缝主要集中在底板及边墙部位，普遍存在渗漏水现象，局部裂缝表面出现钙质析出物。泄洪洞混凝土破损较少，但洞身渗水裂缝较多，并且大部分裂缝存在钙质析出物。

2.2 混凝土缺陷原因分析

混凝土冲蚀磨损是由于消能掺气不良、表面不平整等，致使高速水流流态突然变化，局部产生负压，在混凝土表面形成类似爆炸的剥蚀。破坏后的混凝土大部分呈凹槽状，表面外露粗骨料，破坏区域表面不平整。

裂缝产生的原因:由于隧洞深埋在地下，处于高应力区，围岩断层、破碎带较多，山体应力释放时间长，隧洞混凝土在强度未达到设计值前局部应力破坏，从而形成了深层渗水裂缝;由于溢洪道长期暴露在室外，昼夜温差大，混凝土浇筑温度也不易于控制，从而产生了温度裂缝，表现为表层和浅层裂缝;由于局部混凝土缺陷，从而形成了渗水点。

3 修补技术方案制定

结合施工难度大、混凝土缺陷种类多、质量要求高、经济合理以及正式施工前电厂调研考察等综合情况，经由电厂、科研、施工三方参加的三板溪水电站溢洪道及泄洪洞缺陷处理技术方案专家咨询会研究，确定了以下缺陷修补技术方案:

a.对溢洪道泄槽段底板混凝土裂缝表面封闭处理采用涂刮抗冲磨型聚脲的方案。

b.对溢洪道侧墙磨损区域采用10mm厚环氧砂浆的处理方案。

c.对溢洪道底板裂缝密集区域采用5mm厚弹性环氧砂浆的处理方案。

d.对泄洪洞渗水量较小、表面有钙质析出物的裂缝，采用聚氨酯、环氧树脂复合化学灌浆进行补强止水的处理方案。

4 修补材料的选择及性能指标

4.1 修补材料的选择

混凝土缺陷修补的效果与修补材料的选择有着直接的关系。根据缺陷类型及修补方案的要求，业主对国内现有的修补材料进行了分析比选，最终确定采用NE-II型环氧砂浆、聚氨酯、NE-IV型环氧灌浆材料、SK手刮聚脲作为缺陷修补材料。

NE-II型环氧砂浆是由改性环氧树脂、新型环保固化剂、高效内脱黏剂和特种填料等制成的高性能水工抗冲耐磨保护与修复以及混凝土缺陷修补加固材料，具有黏接性能优异、强度高、耐磨性好等优点，并且外观颜色与混凝土颜色接近，因此选择NE-II型环氧砂浆对磨损区域较为严重的部位进行抗冲磨层处理。

SK手刮聚脲是一种无溶剂双组分弹性材料，具有附着力强、弹性好等特点。针对溢洪道表面干燥裂缝，选择SK手刮聚脲进行封闭。

泄洪洞渗水裂缝化学灌浆采用聚氨酯与NE-IV型环氧灌浆材料复合灌浆的方法进行止水补强处理。因聚氨酯材料本身强度较低，对聚氨酯止水后的裂缝再采用强度较高的环氧灌浆材料进行补强加固。

4.2 修补材料的主要性能指标

修补材料的主要性能指标见表1～表4。

表1 NE-II型环氧砂浆主要性能参数

表2 NE-IV型环氧灌浆材料主要性能参数

表3 聚氨酯止水灌浆材料主要性能参数

表4 SK聚脲修补材料主要性能参数

5 施工方法及工艺

5.1 NE-II型环氧砂浆抗冲磨层施工方法及工艺

环氧砂浆抗冲磨层施工采用电动角磨机清除混凝土基面的污染物、薄弱层、松散颗粒，混凝土基面存在外漏钢筋头或凸起不平处时，应将不平整部位上游、下游和横向打磨平顺，要提前对局部较深的破损部位进行修复补平，对结构缝上、下游侧混凝土错台部位进行打磨，直至上、下游侧混凝土表面平整。基面处理完毕后再用高压风清洁表面，待基面清洁干燥后，涂刷环氧基液。涂刷基液应尽量薄而均匀、不流淌、不漏刷。基液涂刷后静停一段时间 (具体时间视现场温度而定)后，手触有拉丝现象，即可涂抹环氧砂浆。环氧砂浆施工时，要着重做好环氧砂浆的压实、抹光，避免出现冷缝接茬，对环氧砂浆的迎水面起始处，采用切割埋入的方法处理，避免迎水面水流剪切力对环氧砂浆抗冲磨层造成应力破坏。环氧砂浆预埋方法详见图2。

图2 环氧砂浆迎水面起始处施工方法

5.2 SK手刮聚脲裂缝表面封闭施工方法

SK手刮聚脲施工前先用手提式角磨机对混凝土基面进行打磨，去除混凝土表面松动颗粒、水泥浆及灰尘等，外漏钢筋头或突起物需事先用切割机进行切除。基面处理完毕后，用高压水枪冲洗基面，基面完全干燥后涂刷底漆。待底漆风干后，涂刮第一遍聚脲，静置一段时间后，聚脲表面覆盖一层胎基布。覆盖胎基布的主要作用是为增强材料弹性，防止裂缝拉裂聚脲材料。胎基布覆盖完毕后涂刮第二遍聚脲。待到第二遍聚脲完全固化后，裂缝表面如无法完全遮盖胎基布底色需要涂刮第三遍聚脲，直至完全覆盖住胎基布底色为止。聚脲涂层周边应采用打磨嵌入混凝土方式处理，确保聚脲封闭涂层与混凝土基面连接平顺;界面剂涂刷宽度不小于25cm，SK手刮聚脲施工宽度不小于20cm，中间厚度不小于3mm，两侧厚度不小于2mm，施工环境温度应在5℃以上。

5.3 底板裂缝密集区域弹性环氧砂浆施工方法及工艺

弹性环氧砂浆施工前应对渗水裂缝进行化学灌浆，并对施工区域内所有裂缝表面涂刮一层3～5cm宽SK手刮聚脲;弹性环氧砂浆施工区域周边采用切割嵌入混凝土方式处理，确保与混凝土连接平顺;施工区域内存在结构横缝的

情况下，应细化跨横缝处理工艺措施，横缝内嵌填聚硫密封胶，表面涂刮20cm宽SK手刮聚脲封闭缝面，中间厚度不小于3mm，两侧厚度不小于2mm。

5.4 渗水裂缝复合化学灌浆施工方法及施工工艺

复合灌浆先采用聚氨酯化学灌浆材料进行止水处理，然后采用环氧灌浆材料加固的复合灌浆方法处理。主要工艺为:混凝土渗漏水情况描述→钻孔→通风检查→封缝→埋设灌浆嘴→聚氨酯止水灌浆→环氧补强灌浆→可能的补钻及补灌→灌后效果检查→封孔补强。

首先在裂缝中心线两侧10～20cm内钻斜孔，孔距一般为20～30cm，孔径为14mm。钻孔深度为20～30cm，一般原则为:遇到孔内出水后再钻10cm左右。一定要穿过裂缝。在裂缝和孔口处涂少量肥皂水，采用0.3MPa的风压进行通风检查，对于盲孔应在附近重新钻孔。

待通风检查完毕后，对裂缝表面进行封闭。用高压水将灌浆孔清洗干净，将专用灌浆嘴埋入孔内，使用专用扳手将灌浆嘴下部的密封胶圈压紧并固定牢固，然后进行聚氨酯止水灌浆。灌浆过程中，当浆液溢出裂缝时，通过短时间停泵工作，阻止浆液的持续外流而延长裂缝中浆材的反应时间，待流出的浆液发泡变硬后灌浆工作可持续进行。待止水灌浆结束后，钻II序灌浆孔，用环氧灌浆材料进行补强灌浆。灌浆压力一般控制在0.3～0.5MPa，灌浆顺序为从裂缝一端逐渐向另一端延伸。灌浆过程中，当浆液溢出临近灌浆孔或稳压5～10min且进浆量趋于零时，即可结束该孔的灌浆。

复合灌浆结束后应及时检查堵漏效果，发现新的渗水点时还需补钻及补灌，直至漏水停止外渗，缝面干燥;最后采用环氧砂浆对灌浆孔进行封堵。灌浆孔布置方法见图3。

图3 两序孔复合灌浆施工灌浆孔布置

6 效果检测

三板溪水电站溢洪道及泄洪洞缺陷修补施工中及施工完成后，业主和施工单位对抗冲磨保护层及复合化学灌浆等施工项目进行了现场性能检测。

6.1 化学灌浆检测

对裂缝化学灌浆后的混凝土进行取芯检测，取芯直径10cm、长度15～30cm。从取芯的外观看，裂缝及钻孔灌浆液注饱满;芯样的劈裂抗拉强度检测均值为3.6MPa，大于C50混凝土抗拉强度设计值 (ft=2.04MPa)，说明浆材和裂缝的黏结良好，满足混凝土结构抗拉强度要求。取芯孔采用NE-Ⅱ环氧砂浆封孔，孔口和原混凝土面平顺连接。