鞍子河水电站引水隧洞混凝土腐蚀分析及处理

(成都金华能电力实业有限责任公司，四川 成都 610000)

1 工程概况

鞍子河水电站总装机容量12MW，无压引水隧洞总长7200m，城门洞形，混凝土衬砌厚度30cm，衬砌后净空为2.60m×3m，强度等级为C20，于2002年投入运行。

在2007年枯水期隧洞年度检查时发现：隧洞边墙、顶拱混凝土多处出现腐烂变质，手捏成泥状，强度为零。混凝土变质部位大多出现在隧洞底板以上30cm的边墙和顶拱处，腐蚀变质由表及里深度多在1.50～15cm之间，个别深度超过30cm；边墙上裂缝多平行于墙面。

2 混凝土腐蚀变质原因分析

经咨询工程建设人员，在建设期隧洞混凝土浇筑完3个月后，就陆续发生混凝腐蚀变质、表面强度下降为零的情况。当时直接将腐蚀混凝土置换，于2002年投入运行。在2007年隧洞检查时才发现混凝土腐蚀情况严重。

为了查明腐蚀原因，找准根治办法，公司委托专业单位对隧洞衬砌混凝土开展钻孔取芯强度分析、砾石和砂浆硫化物分析、岩石化学成分分析，并在钻孔处取渗透水水样做水质简分析测试。现场取样及室内试验的工作量见下表。

鞍子河电站现场取样及室内试验工作量表

2.1 混凝土芯样抗压强度试验

钻孔取芯采用φ76钻头，实际芯样平均直径为67mm，检测的30组混凝土芯样抗压强度部分较高，拱顶部位10组芯样有9组的抗压强度在20MPa以上，5+900断面的这一组在拱顶部位的抗压强度为14.8MPa，未达到设计值；左、右边墙20组芯样的抗压强度均大于设计值15MPa，达到设计要求。

混凝土芯样的抗压强度部分较高，可能是因为混凝土芯样的骨料砾卵石较大，且试件在加工取样时，往往取试块的完整部分进行试验，从而导致芯样的抗压强度偏高。

2.2 水质简分析测试

2.3 围岩芯样及混凝土芯样化学成分分析

在10个断面取围岩芯样、混凝土芯样各1组，对10组围岩芯样、混凝土芯样进行化学成分测试以及混凝土砾石、砂浆SO3测试、砂浆化学成分测试。

在10个断面的混凝土芯样中任取其中一块，分别对砾石、砂浆进行SO3测试。砾石的SO3有两组大于0.5%(混凝土质量要求砾石的SO3应小于0.5%)。而砂浆的SO3全部大于0.5%，但砂浆中含有一定量的水泥成分，水泥的SO3含量本身就较大，不能说明问题。砾石、砂浆的SO3有些超标，会对混凝土强度产生一定的影响。

（4）立交范围外的主线，起点前路段属至逆时针方向距离终点道路方向较近的匝道，终点后路段属逆时针方向距离终点道路方向较远的匝道。

3 混凝土腐蚀原因

4 处理措施

4.1 侧墙、顶拱腐蚀严重部位置换处理

对侧墙、顶拱受腐蚀严重的部位，以及边墙胀裂洞段(缝宽20mm以上，错台15mm以上)，采用人工拆除、机械破碎拆除或液压分裂机拆除后，用高抗硫水泥(P.HSR32.5)重新浇钢筋混凝土，并进行回填和固结灌浆。拱圈部分在非过水断面可采用加厚顶拱支护办法处理。

4.2 侧墙、顶拱表面腐蚀环氧砂浆处理

对侧墙、顶拱表面腐蚀深度在8cm以下的部位，用电锤将混凝土表面腐蚀层全部凿除后，采用亲水性环氧水泥砂浆逐层抹至设计断面。

4.2.1 亲水性环氧水泥砂浆主要材料

主剂：环氧树脂；稀释剂：丙酮；亲水剂：糠醛；固化剂：乙二胺；P.O 42.5普通硅酸盐水泥；细筛分后的干细砂(或不用砂，配制成环氧水泥浆也行)。

环氧树脂∶丙酮∶糠醛=1∶0.3∶0.3 (重量比)。

上述三种材料混合后，固化剂的掺量视气温高低而不同(气温高时固化剂的掺量相对气温低时要少些)，可根据经验或试验确定固化剂的掺量。

在鞍子河电站隧洞的整治项目中，乙二胺的掺量是上述三种材料混合后的15%左右(体积比)。

4.2.3 涂抹环氧水泥砂浆施工程序

涂抹前用电锤将混凝土表面腐蚀层全部凿除到新鲜坚硬的混凝土面层→将混凝土表面清洗干净→敲去松动的混凝土→用钢丝刷混凝土表面→用高压风吹去混凝土表面的浮渣→用丙酮清洗混凝土→刷环氧基液→涂抹亲水性环氧水泥砂浆→刷环氧基液。

4.3 细小裂缝的处理

细小裂缝指裂缝宽度在1～5mm、无胀裂错台的裂缝。由于裂缝宽度较小，部分缝隙间又有水流渗出，故采用化学灌浆方法进行封堵。

化学灌浆施工方法如下：用电锤沿缝走向开凿深5cm、槽口宽5cm的V形槽；沿缝钻骑缝孔，孔距40cm，孔径25mm，孔深约20cm；V形槽凿好后，用洁净水将槽面冲洗干净，顺序嵌入亲水性环氧砂浆和预缩水泥砂浆，压实抹平。洗净粉尘后埋设灌浆嘴，嵌缝和埋嘴工作完成后，养护10～14天方可进行灌浆。

在孔内布置注浆管及排气管，注浆管长约15cm，管径18mm；排气管长约10cm，管径8mm；注入丙酮浆液，记录注浆压力和注浆量。

经注入试验后，间隔一定时间再灌浆，正式灌浆时，灌浆压力一次升至最高灌浆压力0.5MPa，从裂缝一端起灌或从吸浆量最大的灌浆嘴起灌。每条裂缝灌浆必须连续进行，不得有间歇，以利于浆液在裂缝内的连续均匀扩散，保证灌浆质量。

达到结束压力后，稳压10～15min，以不进浆为结束标准。对已灌裂缝，若发现某处仍有渗水，则须在渗水附近再布孔复灌，直至将渗水完全堵住。

4.4 错缝、较宽裂缝的处理

错缝、较宽裂缝指裂缝宽度在5～20mm、错台小于15mm的裂缝。用电锤沿缝走向开凿深8cm、槽口宽8cm的V形槽；再用亲水性环氧水泥砂浆逐层嵌缝至设计面；按1.5m×1.5m梅花形布置固结灌浆孔；用高抗硫水泥进行固结灌浆处理，灌浆压力0.3MPa，并利用灌浆孔设置系统锚杆(一半采用普通锚杆，直径22mm，长度2.50m；一半采用直进式中空注浆锚杆，直径25mm，长度2.5m)。

5 处理效果

对隧洞混凝土腐蚀变质较明显边墙顶拱洞段，以及开裂变形较大边墙顶拱段采用置换、固结灌浆、化学灌浆处理后，10年运行安全，未再出现混凝土腐蚀变质等情况。实践证明，采用高抗硫水泥能够有效治理由环境水等导致的混凝土腐蚀。

6 结 语

因电站处于运营阶段，为尽量减少电量损失，仅对隧洞混凝土腐蚀变质较明显边墙顶拱洞段，以及开裂变形较大边墙顶拱段进行处理。处理后每年枯水期对整个隧洞进行年度检查，发现经过处理的洞段未出现混凝土腐蚀变质等情况，效果良好，可供同类工程参考。