双曲拱坝碾压混凝土坝体表面缺陷处理工艺方法

【摘要】拱坝坝体碾压混凝土抗裂性能比常态混凝土差，温控要求较高，由于各方面的原因，随着大坝混凝土施工的展开，结构面更多地形成，混凝土表面将难以完全避免地出现各种表面缺陷。本工程大坝承受水头高，坝体较薄，且为碾压混凝土，为保证工程安全长久运行，就必须保证混凝土表面平整光洁，过流面光滑平顺、无缺陷。为此施工项目部对混凝土质量进行认真检查，针对拱坝坝体不同区域出现的不同表面缺陷，制定出相应的处理方法，使坝体质量满足设计及施工规范要求，达到工程验收标准。

【关键词】双曲拱坝；碾压混凝土；表面缺陷处理；工艺方法

1.概述

云南万家口子水电站大坝为薄壁型碾压混凝土双曲拱坝，坝高167.5m，最小厚度9m，最大厚度36m，是目前世界上在建最高的碾压混凝土双曲拱坝。本工程具有夏季温度高，冬季温度低，早晚温差和湿度变化大，高原太阳辐射强，风大等气候特点，且高山峡谷，交通不便。拱坝混凝土总浇筑量约为110.1万m3，其中常态混凝土浇筑量为6.94万m3，碾压混凝土浇筑量约为103.16万m3。混凝土计划浇筑强度高达8～9万m3/月，施工任务艰巨。且拱坝坝体外观质量要求高，在砼施工过程中，受气候变化、入仓手段、使用材料、模板安装及砼浇筑工艺等影响，将难以避免地出现混凝土外部尺寸偏差、表面凹凸不平、蜂窝、 麻面、气泡、孔洞、缺损、挂帘、错台、外露钢筋头和管件头等外观缺陷。针对以上情况，制定相应技术措施，对出现的缺陷进行修补处理，保证混凝土外观质量。

2.缺陷处理分区

按设计文件的规定，根据本工程主体建筑物的运行条件和功能要求，将表面缺陷处理分为A和B两类：A类为过流面，B类为非过流面。B类再分为B-1和B-2区。

A区：属于高速水流过流面。包括拱坝坝顶泄洪表孔、冲砂中孔、导流底孔。

B-1区：属于有外观要求的永久暴露面。包括大坝上下游坝面、廊道、观测间、启闭机排架及启闭机房等部位。

B-2区：属于无外观要求的永久暴露面和隐蔽面。主要指大坝上游水下部分。

3.砼表面缺陷的处理（修补）工艺、方法

3.1缺陷处理程序

由项目施工队、质量部门一起对砼表面缺陷进行检查，根据检查结果对缺陷进行素描，并说明缺陷的部位、类型、大小，将检查、素描资料整理报送项目技术部，由项目部技术部策划缺陷处理（修补）技术方案，报监理工程师批准后由施工队实施，质量部监督检查，缺陷部位处理修补完工并达到要求龄期后，经施工班组初检、施工队复检、质量部终检合格后报请监理工程师验收。

3.2缺陷处理施工准备

3.2.1材料准备

（1）工程质量缺陷处理所需材料有出厂材质证明、出厂合格证书和出厂试验报告等。（2）质量部、试验室对缺陷处理所使用的材料进行检查、检测，并按有关要求报验审批。（3）材料设专库存放，并由专人管理。储存条件符合相关存放的质量要求，避免材料受潮、受污染，严禁使用过期材料。（4）使用的材料：1）环氧基液：使用上海麦斯特厂生产的双股份（A、B）环氧基液；2）NE-Ⅱ双组分（改性E44环氧、NE-Ⅱ固化剂）为水电11局科研所生产的材料；3）水泥：使用昆明东川有限公司的华新中热PMH.42.5水泥；4）碱水剂：使用江苏博特新材料有限公司生产的PCA型缓凝高效減水剂（水剂）；5）丙乳：南京水科院生产的“NBS”水泥改性剂一丙烯酸脂共聚乳液（简称丙乳）；6）砂石料：该工程砂石系统生产的人工砂和级配碎石；7）水：该工程供水系统生产的砼拌和施工用水；8）引气剂：使用江苏博特新材料有限公司生产的GYQ引气剂；9）煤灰：贵州黔桂发电有限责任公司生产的Ⅱ级粉煤灰。

3.2.2施工设备、工具

（1）混凝土表面缺陷修补所需常规施工工具（不限于）：

如磨石、砂轮片、钢钎、刮刀、手锤、钢丝刷、毛刷、抹子（批刀）、尖铲、扁铲等。

（2）专用电动手持工具（不限于）：

1）电动角向磨光机（角磨机），直径180mm；2）东成DCA充电式起子电钻FF05-109.6V；3）手持式直向电动砂轮机；4）手持式多用切割机，切割深度大于30mm；5）东成DCA电镐CFF-6；6）高压水枪GCHJ50A；7）电动吹风机（BOSCH/博世——GBL800E）

（3）风动设备工具（不限于）：

1）中风压空压机（VHP750）；2）气腿型手风钻（YT28）。

（4）吊篮：

缺陷处理与大坝碾压混凝土同步施工，混凝土浇筑每上升一层，即完成一层外表缺陷处理，作业人员站在专用钢结构吊篮上。吊篮尺寸：长×宽×高=2500×600×1200mm，底部铺铝合金方条（h×b=80×30mm），两端用ф12圆钢做吊箍，吊箍各连接一个手扳葫芦（起吊能力2t），葫芦牵引钢丝绳与上层大块模板扣紧，大块模板与老混凝土层至少保留2根ф20连接锚杆，作业员工绑扎的安全绳与大块模板拉结。吊篮两侧顶部护栏为ф20镀锌钢管，腰部为ф12圆钢护栏。

3.2.3技术准备

项目部在混凝土外表缺陷处理施工前，依据相关的规程、规范及设计要求编制混凝土外表质量缺陷处理专项方案，并报送监理单位审批后交底落实到施工队实施。

（1）配合比试验 根据相关的规定和规程、规范要求，对混凝土缺陷处理所使用的预缩砂浆、环氧砂浆、环氧胶泥、丙乳砂浆、混凝土（一级配、小一级配）等进行配合比设计和试验，试验室具备相关资质。施工配合比试验成果经监理单位审批。

（2）现场工艺试验 在缺陷处理时，项目部结合现场条件，进行必要的工艺试验，确定具体的工艺参数。选用的修补材料，其本身的强度、耐久性、与原混凝土的粘结强度等，均不低于原混凝土的相关标准。项目部质量部门与监理单位对工艺试验进行跟踪确认。

（3）技术交底 项目部缺陷处理管理人员和技术人员及时对作业人员组织技术交底，将技术方案确定的工艺参数和方法详细交底，使每一个缺陷处理作业人员熟练掌握缺陷处理的作业技术。

（4）修补材料（组合材料）

1）预缩砂浆

①使用的预缩砂浆配合比见表3-1。②设计力学指标：抗压强度不小于45MP；抗拉强度不小于2MP；与混凝土粘结强度不小于1.5MP 。

2）环氧胶泥

①使用的环氧胶泥配合比见表3-2。

②设计力学指标：抗压强度不小于45MP；与混凝土粘结强度不小于2.5MP 。

注：1438为上海麦斯特厂生产的双股份（A、B）环氧基液；水泥为华新中热PMH.42.5水泥。以上为重量比。

3）环氧砂浆

①混凝土缺陷处理使用的环氧砂浆配合比见表3-3。

②环氧砂浆力学控制指标：

抗压强度≥60MPa；与混凝土面粘结强度≥2.5MPa。

4）丙乳砂浆

①丙乳砂浆配合比见表3-4。

②丙乳砂浆力学指标：

抗压强度≥50MPa；与混凝土面粘结强度≥2.0MPa。

5）混凝土（一级配、小一级配）

①修补材料的强度要求（统一按最高标准）

A区：C2845/W6/F100 一级配、小一级配；

B-1区：C2830/W6/F100 一级配、小一级配；

B-2区：C2830/W8/F100 一级配、小一级配。

②配合比

以上配合比由项目部试验室进行生产性试验，报监理人审批后投入使用。

3.2.4人员准备

（1）项目部成立专业的质量缺陷处理施工队伍，并对从业人员进行工程质量、安全意识和技能的教育培训工作，经项目部质量部门培训考核合格后上岗。

（2）项目部安排专门的缺陷处理管理人员和技术人员。缺陷处理管理人员和技术人员熟悉缺陷处理的作业程序和作业技术，统一协调管理工程质量缺陷处理队伍和作业人员，并做好技术交底。

（3）缺陷处理作业人员严格按照缺陷处理技术方案、工艺方法进行缺陷处理工作。

3.3缺陷处理（修补）工艺、方法

3.3.1外露钢筋头、管件头的处理

（1）A区

将钢筋头、管件头用砂轮沿混凝土面切割掉，采用电钻（或砂轮）切出规则的周边，凿深25mm后割除漏出的管件头、钢筋头；也可将钢筋头、管件头周边锯成一个深25mm深度方形口，再将方形口内混凝土凿至钢筋截断距表面25mm的深度。最后将孔内残碴清除并清洗干净后，填预缩砂浆夯实后抹平。

门槽等部位，则将外露钢筋头、管件头用角磨机沿砼面切割掉，然后用电钻或砂轮将砼面切割成规则的周边，凿深25mm后再割除漏出的钢筋头、管件头，将槽内残渣清除干净后，填预缩砂浆。

（2）B-1区、B-2区

用砂轮机沿混凝土表面将钢筋头、管件头切除并研磨到混凝土面以下1～2mm，清洗干燥后，采用防锈漆进行表面涂刷，2～3遍为宜，颜色与混凝土的颜色相协调，也可采用环氧胶泥抹平。

3.3.2表面蜂窩、麻面、气泡密集区的处理

（1）A区

缺陷深度<5mm，只作打磨处理，磨除厚度不小于5mm，并不小于麻面的深度，且与周边平顺联接。磨平并清洗洁净后，表面涂抹一层环氧基液；若打磨处理不能彻底，则按缺陷深度大于5mm要求处理。

缺陷深度≥5mm，凿除平面形状是一个四边形或多边形，其内角为70°～25°；麻面凿至密实混凝土，麻面砼凿除的深度以最深凹部位的凿除厚度不小于5mm，平面边缘凿成直角，顶角90°～100°。清除已凿松的混凝土碎块、残渣，用高压水枪清扫干净，排除积水，保持基面湿润。修补材料：顶平面、侧面采用环氧砂浆；底平面采用预缩砂浆（厚度不小于25mm）或环氧砂浆。预缩砂浆用木锤分层拍打捣实至表面出现少量浆液为止，再用铁抹子压平抹光。

（2）B-1区

缺陷深度<10mm，有外观要求的外露面，打磨或凿除缺陷后采用丙乳砂浆修补，其颜色与混凝土颜色相近；无外观要求的外露面，打磨或凿除缺陷后采用丙乳砂浆或环氧砂浆修补。

缺陷深度≥10mm，且有外观要求的外露面，采用预缩砂浆修补，凿除深度需满足修补厚度不小于25mm；无外观要求的外露面，则凿至密实混凝土，采用预缩砂浆（用木锤分层锤捣密实）、丙乳砂浆或环氧砂浆修补。

（3）B-2区

缺陷深度<10mm，不作处理。缺陷深度≥10mm且<25mm，凿至混凝土密实处，采用丙乳砂浆或环氧砂浆修补。缺陷深度≥25mm，周边用砂轮切割成规则形状，凿至混凝土密实面采用预缩砂浆修补（用木锤分层锤捣密实）。

所有处理区域的修补材料（预缩砂浆、环氧胶泥、丙乳砂浆、环氧砂浆等）均用铁抹子压入，直至将修补面压实、平整光滑。

3.3.3错台、挂帘、砂线的处理

（1）A区

错台形成的漏浆挂帘在处理前全部铲除，并打磨平顺。

选用扁平凿和手砂轮作为工具，采用凿除及打磨的办法，对错台造成的不平整面进行打磨平整处理，使其与周边混凝土平顺衔接，主要采用凿成斜面，形成逐步过渡的形式，其顺水流向坡度不陡于1：30，垂直水流向坡度不陡于1：10。

混凝土表面出现挂帘或小于1cm的错台，使用磨光机打磨处理。出现1cm以上的错台使用锤子、扁平凿进行局部凿除后，再使用磨光机表面修磨。混凝土错台处粗平后充分浇水湿润，湿润后的混凝土表面用磨石、砂轮片等材料手工研磨，直到混凝土表面磨平、磨光为止。

一般砂线采用打磨处理，稍宽或较深的砂线则用钢丝刷将砂线内污垢清除后，在结合处涂刷环氧基液，再嵌补环氧胶泥或环氧砂浆，并用铁抹子压实抹光。

外部尺寸偏差大于规定要求的构件，一般根据过水断面尺寸和工程外观质量要求进行处理。对于偏差较大的构件，则按照设计单位提出的设计方案进行处理。

（2）B-1区、B-2区

采用凿除及砂轮打磨的办法，使其与周边混凝土平顺连接，满足美观要求即可。坡度为1：1。B-2区中小于5mm的错台和预制廊道的错台不做处理。处理错台前先对漏浆挂帘全部铲除，并打磨平顺。

3.3.4混凝土表面气泡的处理

（1）A区

处理外表直径≥2mm的气泡时，先根据混凝土表面强度情况来决定是否打磨，如混凝土表面密实，则用马钉或光头小锤清除气泡表面薄层，并用钢刷清除孔内及其周边的污垢、乳皮、杂物，结合面吸水湿润表干洁净后，用环氧胶泥将气泡填补齐平，密集区以满补为宜，零散区采用点补。不允许在混凝土面留下刮痕。对较大较深的气泡孔，要分2～3次填补，直至修补面平整光洁。

如混凝土表面强度低，则对混凝土表面进行打磨，磨至坚硬密实面后按麻面质量缺陷进行处理。采用环氧膠泥修补气泡时，结合面需打磨洁净，修补后可不进行养护。

外表直径<2mm的气泡，不处理。

（2）B-1区

直径<10mm的气泡，不处理；直径>10mm的气泡，用比母体混凝土标号高一级的水泥砂浆填补。

（3）B-2区一般可不予处理。

3.3.5表面缺损、非受力钢筋露筋、小孔洞（孔径≥20mm）的处理

（1）各区采用统一的处理要求

1）深度h<50mm，将其周边切割成规则形状并凿至混凝土密实面后（若露筋，则需加深凿至钢筋以里50mm），分层回填预缩砂浆。

2）深度50mm≤h<100mm，浇筑小一级配混凝土（即骨料最大粒径为10mm）。

3）深度h≥100mm，浇筑一级配混凝土。

（2）对节安螺栓及定位锥形成的孔洞：在混凝土拆模后及时修补。对定位锥孔内残存的塑料护罩、杂物和油污，挖除并清洗干净及时分层回填预缩砂浆；对无法拆卸的定位锥套筒螺栓和钢筋头，凿槽挖除，回填预缩砂浆（分层回填）

对冷却水管口和灌浆孔口，凿槽（50mm3 50mm，深25mm）挖除塑料管口，冲洗干净，分层回填预缩砂浆。

（3）详细工艺办法

1）确定缺损、露筋、孔洞所处部位和影响范围，施工人员将混凝土强度不足及骨料架空部位标识清楚。2）用手持电动切割机将混凝土表层切割成较规则的形状，切割时宜向内微倾形成倒楔型。3）用铁锤配合钢钎或电镐、风镐，将缺陷部位内松散的混凝土凿除至密实面，混凝土四周凿成斜坡状，凿除时避免造成周边密实混凝土表面碰损。凿除的深度视缺陷架空的深度而定，原则上不小于3cm。凿除时如钢筋外露，凿至钢筋底面以下（或内侧）不小于5cm，保证混凝土与钢筋的握裹力。 4）用电动吹风机将缺陷部位吹干净，混凝土结合面宜涂刷环氧基液。质量缺陷修补材料采用预缩砂浆、小一级配混凝土、一级配混凝土。5） 对于深度不大于钢筋保护层的混凝土质量缺陷，可采用分层锤捣预缩砂浆进行修补。修补时在结合面充分吸水湿润并表干后涂一层厚约1mm的环氧基液，然后分层填入预缩砂浆，用木锤拍打捣实至表面出现少量浆液为止，逐层连续作业直至修补工作完成。拌制好的预缩砂浆需先放置1～2小时再使用为宜，预缩砂浆在初凝前使用完毕。修补完成的缺陷部位刷养护液后用养护膜粘胶带局部封闭，专人负责保温保湿养护不少于7天。6）对于深度大于钢筋保护层的混凝土质量缺陷，采用小一级配、一级配混凝土修补。修补时在混凝土结合面上涂环氧基液，分层捣入细石混凝土，用木锤拍打捣实或用小型振捣棒振捣至表面出现泛浆为止。开口部位的混凝土略高出原混凝土面1cm，修补完成后的缺陷部位刷养护液后，粘贴养护膜、胶带封闭养护。养护期满后，用砂轮将修补的高出部位打磨处理直至平整。

3.3.6大面积缺陷的处理（各区采用统一的处理方法）

对于需要采取凿除填补方式修补的缺陷，若修补面积大于0.5m2，且短边长度大于30cm，按本条规定处理。

（1）凿除深度（修补厚度）按50mm左右控制；（2）在修补基面混凝土内布设锚筋，修补体内布置钢筋（锚筋与钢筋的规格及布设尺寸由设计单位定）。（3）修补详细工艺、方法参照本文3.3.2～3.3.5条的相关规定实施。

3.3.7表面凹凸不平（跑模、鼓肚）的处理

凹凸、鼓胀不影响结构质量时，可用剔凿补抹的方法。先将鼓肚部分的混凝土面用风镐或钢钎逐层打凿修剔再采用蜂窝麻面的修补方式进行修补。凡影响结构受力性能时，则会同有关部门（设计、监理、业主）研究处理方案后，再进行处理。

4.结语

万家口子电站双曲拱坝混凝土表面缺陷处理使用的修补材料如预缩砂浆、环氧砂浆、环氧胶泥、丙乳砂浆、一级配及小一级配混凝土等，经多次在室内、现场调整试验，反复对比选择，其处理效果最终满足设计技术要求；对不同区域出现的不同缺陷，采取相应的处理工艺方法，可以有效处理混凝土表面存在的缺陷；工作吊篮使用手扳葫芦提升，随坝体砼浇筑上升而完成缺陷处理工作，减少后期处理工作量，使大坝的外观质量大为改观，取得了良好的社会效益，成功的经验值得借鉴，对同类工程具有极积推广应用价值。

参考文献

[1]冯春竹.观音岩水电站大坝混凝土缺陷处理及预防措施[J].葛洲坝集团科技，2014（3）：35-37。

[2]邓红艳，王荣华.三峡大坝三期混凝土表面缺陷修补材料选择及工艺优化研究[J].地下水，2011（4）：143-144。

作者简介

叶纯信（1963-），男，广西贵港人，工程师，主要从事水利水电工程施工技术管理。