电站厂房尾水闸墩冻融破坏及处理

2016-08-15江烨山嫩江尼尔基水利水电有限责任公司黑龙江齐齐哈尔161005

东北水利水电 2016年2期

关键词：修复

刘　亮，刘　勇，张　龙，江烨山（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161005）

电站厂房尾水闸墩冻融破坏及处理

刘亮，刘勇，张龙，江烨山
（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161005）

［摘要］文章对河床式电站厂房尾水闸墩冻融破坏问题产生原因进行分析，并介绍了其处理方法。修复处理施工设计标准符合国家或行业相关法规及标准，施工总工期为3个月。工程完工后，有效的解决了电站厂房尾水闸墩及两侧挡墙存在的安全隐患。

［关键词］冻融破坏；发电厂房；修复

1　工程概况

工程河床式电站厂房位于内蒙古自治区与黑龙江省交界的嫩江干流中游，工程规模属大（Ⅰ）型，建筑为1级建筑物。由进水渠、挡水坝段、主厂房、尾水副厂房及中控楼、尾水闸墩、尾水渠、左右翼墙等建筑物组成。

2　存在问题

2010年，公司技术人员巡视检查时发现：“处于水位变化区的厂房尾水闸墩表面混凝土发生了剥蚀脱落现象”；10月13日，公司组织人员乘船下到厂房尾水闸墩处，通过手摸、量测、硬物敲打和拍照录像等手段对闸墩表面破坏情况进行细致查看，并将查看情况进行整理汇总。

2012年，公司委托黑龙江省水利水电勘测设计研究院对该工程进行勘察设计工作。经细致检查认定，厂房尾水闸墩冻融破坏主要产生在4号机尾水闸墩左边墩至1号机右边墩，高程在181.06（历年冬季最低尾水位）～184.40 m（历年冬季最高尾水位），桩号0+39.40～0+47.50的整个区域，其中2号机段和4号机段冻融剥蚀深度和剥蚀面积相对较大，最深冻融剥蚀深度约10 cm，钢筋裸露可见严重锈蚀。在尾水右挡墙、闸门槽内和闸墩之间里侧墙体也存在一定的破坏，有些部位表层混凝土、尚未脱落，但表层混凝土已脱离主体混凝土。整体平均冻融剥蚀深度约3 cm，总冻融破坏面积约586 m2。

3　破坏原因分析

常年处于饱和水状态下的混凝土在其冻融过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。

1）当混凝土中的毛细孔水在其负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀9%，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力。

2）当毛细孔水结成冰时，由胶凝孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重新分布引起的渗透压力。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔中水的冰点随着孔径的减少而降低。胶凝孔水形成冰核的温度在-78℃以下，因而由于冰与过冷水的饱和蒸气压差和过冷水之间的盐分浓度差，引起水分迁移而形成渗透压力。

当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，只有当经过反复多次的冻融循环以后，操作逐步积累不断扩大，发展成互相冻融的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。从实际中不难看出，处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏问题，所以饱和水状态下是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一，另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙的水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。

该工程河床式电站厂房尾水闸墩混凝土常年处于饱和状态。且当地气候特点是每年有5个月温度在0℃以下，在这样的气候条件下每天又多次反复发生冻融过程，致使混凝土层层剥蚀脱落，形成现在的局面。

4　修复处理

1）围堰填筑。以安全，方便施工，保证工程质量，注重环境保护效益为原则。工程选在汛末开始施工，围堰填筑采取一次拦断河床方式单向进占方法，施工期间电站停运。

2）基坑降水。采用多台大功率水泵不间断排水，将水位降至178.00 m高程，施工期间用水泵控制围堰渗水，保持施工平台在178.00 m高程作业。

3）脚手架搭建。脚手架搭建采取阶梯式搭设法。闸墩上设置锚筋固定脚手架，锚筋自上而下由密到疏排列。每个工作面下均设置安全网，安全网距工作面高差不超过3 m，脚手架外侧平行于闸墩方向设置安全帘。

4）混泥土凿毛处理。凿毛采用风镐和电镐结合方式进行，凿除表面起鼓、松动以及产生冻融破坏的混凝土，直至露出坚实、牢固的混凝土为止，轻微破损的混凝土采取喷砂处理。工序主要是考虑拆除破损混凝土防止产生夹心的现象和界面粘接不牢。

5）钢筋除锈。由于部分破损部位深度较大，已漏出钢筋并且钢筋已经锈蚀。故采用钢丝刷清除钢筋表面锈蚀物，涂刷除锈剂并清洗2～3遍，直至钢筋露出本色，锈蚀体全部溶掉，保证原锈蚀钢筋不在发生膨胀锈蚀，不会对新材料产生破坏。

6）锚栓安装。锚栓安装采用风镐垂直于闸墩表面钻孔，孔深0.8 m，梅花型布置，间距1.5 m，排距1.5 m，清洗孔内浮渣，插入φ25螺纹筋，使用环氧树脂砂浆对锚栓孔进行封堵。

7）预缩砂浆填筑。对凿毛后的表面填筑预缩砂浆，预缩砂浆采用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂料细度模数为1.8～2.0，水灰比为0.3～0.34，灰砂比为1∶2～1∶2.5；将搅拌好的砂浆归堆放置30～90 min后，使其预先收缩后，即能使用；每次填筑预缩砂浆4～5 cm，捣实后2～3 cm，分两层填筑预缩砂浆，分层用木锤捣实，两层之间用钢丝刷或竹刷刷毛，以加强层间结合，最后一层用铁抹反复压实抹光，并与原混凝土接头平顺密实，最终填筑厚度4.0 cm。由于填筑时，气温在0～10℃之间，不利于砂浆强度生长，为了保证工程质量、加快施工进度，在砂浆拌合过程中加入适量抗冻早强剂，使预缩砂浆的凝固时间缩短至1 d内。

8）钢板安装。钢板采用Q345C级钢，钢板厚度为10 mm，钢板拼装完成后进行焊接，结构缝处免焊。钢板与锚栓间进行全孔焊接，保证钢板与锚栓之间的可靠连接。

9）接触灌浆。对钢板及预缩砂浆表面缝隙处进行接触灌浆处理，灌浆采用MG-391地矿注浆加固材料。

10）聚脲喷涂。喷涂聚脲前对基面进行喷砂处理，涂刷聚氨酯底涂，24 h内进行聚脲喷涂，喷涂厚度为4 mm，钢板安装上下边界进行封边处理。

11）围堰拆除。修复工程全部完成后，按计划拆除脚手架、清理现场、外运渣料，最后拆除挡水围堰，恢复电站运行。