山区河流航电枢纽工程水下缺陷的修复

蒲 洪 陈丽丽 曹 磊

（四川江源工程咨询有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

大坝、桥梁、航电枢纽等水下建筑物，常年承受流水冲刷侵蚀，其混凝土缺陷非常普遍。很多工程水下混凝土的破损长期以来未得到有效地解决，对混凝土结构形成很大的危害。混凝土一旦出现裂缝等缺陷，就会降低混凝土的强度，缩短使用寿命；就会导致渗漏、消力池损坏等结构失稳现象发生；就会影响枢纽运行安全，水下建筑物的损毁，对人民的生命财产安全造成巨大威胁[1]。因此，对混凝土水下建筑物缺陷的修补就显得十分重要。本文以山区河流航电枢纽工程为例，介绍水下缺陷修复技术的应用。

1 航电枢纽工程水下缺陷概述

嘉陵江四川境内航电枢纽工程建成于本世纪00年代。经过多年的运行，由于受嘉陵江水流长期磨蚀、冲刷，各航电枢纽冲砂泄洪闸的闸室底板、闸室边墙、门槽底板、护坦等面层混凝土均出现了不同程度的破损。

（1）四川嘉陵江新政航电枢纽工程于2006年投产运行，经水下检测，发现枢纽工程冲砂泄洪闸及消力池底板存在一定程度的破损（最大损毁深度达33cm），1#~6#消力池尾坎冲刷较严重（冲刷深度达3.4m）。新政枢纽冲砂泄洪闸及消力池底板的缺陷表现为混凝土局部的冲刷、钢筋保护层磨蚀、钢筋锈蚀裸露等。闸室底板、护坦破损情况见图1。

图1 新政航电枢纽闸室及护坦破损情况

（2）金溪航电枢纽工程于2006年投产运行，经水下检测，发现冲砂泄洪闸及消力池底板存在一定程度的破损。金溪航电枢纽20孔冲砂泄洪闸底板及门槽，仅7#、12#两处无破损，其余18 孔均有多处破损，破损深度最深为28cm，破损范围呈现点状分布，每处破损尺寸长宽不超过1m（三处破损范围长度为1.3m）；闸底板及门槽缺陷表现为混凝土局部的冲刷、钢筋保护层磨蚀、钢筋锈蚀裸露等。3#～5#泄洪闸下游消力池底板也存在破损情况，部分破损区域除前面所述缺陷外，还出现了钢筋网裸露、悬空甚至断裂现象，破损区域尺寸为28.5m×17.4m×0.65m。金溪航电枢纽破损情况见图2。

图2 金溪航电枢纽闸室及护坦破损情况

（3）四川嘉陵江小龙门航电枢纽工程于2008年投产运行，经水下检测，发现冲砂闸消力池底板、侧墙存在一定程度的破损，破损表现为钢筋大面积暴筋（面积32.60m×17.70m）、局部冲坑、钢筋网出露、钢筋锈蚀、最大冲刷深度0.3m；破损情况见图3。

图3 小龙门航电枢纽闸室消力池底板破损情况

（4）四川嘉陵江桐子壕航电枢纽工程于2003年投产运行，经水下检测，发现有冲砂泄洪闸、护坦、边墙的混凝土破损及冲砂泄洪闸护坦尾坎齿槽后侧存在较严重的冲刷。冲砂泄洪闸的闸室底板、门槽底板及护坦边墙、面层混凝土存在局部破损38处，其中较大的破损位于1#冲砂闸右侧门槽底板处（长度175cm、宽度50cm、深度32cm）及护坦边墙处（长度115cm、宽度35cm、深度115cm）。破损表现为冲砂泄洪闸底板、护坦面层及边墙混凝土局部的冲刷、钢筋保护层磨蚀、钢筋锈蚀裸露等。破损情况见图4。

图4 桐子壕枢纽冲砂泄洪闸破损情况

为方便比较和研究，现将各枢纽建筑物水下缺陷具体情况汇聚于表1。

表1 各枢纽水下缺陷破损情况

2 水下修复材料特性

用于混凝土缺陷的修复材料比较多，主要有水下混凝土、聚合物水泥砂浆、快速堵漏材料、弹塑性密封材料等，但上述大部分材料均只能用于干燥环境。而水利水电工程中的混凝土缺陷经常出现在水下，待修复的缺陷部位一般不具备干燥施工条件，这就需要选择适用于水下混凝土缺陷修复的材料[2-3]。

最近10多年，各科研院校、设计单位、施工单位等研制出了一系列可用于水下修补的材料如聚合物混凝土、水下不分散混凝土、SXM水下快速密封剂、环氧砂浆等，并在水下修复工程中取得了较为理想的成效[2]。

（1）聚合物混凝土是通过环氧树脂、聚氨酯等高分子材料来改善混凝土的可灌注性，具有很高的强度和韧性，可以在冬季低温条件下发生水化固化反应，但是聚合物混凝土使用的高分子材料在长期与水接触下可能对水体产生不可预料的影响，环保安全性尚不明确。聚合物混凝土曾在葛洲坝大江电厂排砂底孔冲坑处理、湖南柘溪电站大坝劈头缝表面处理、云南漫湾电站水垫塘冲坑处理、青铜峡泄水孔底板淘空水下处理等工程中应用[4]。

（2）水泥基类的水下不分散混凝土是在普通混凝土拌合物中加入絮凝剂，从而在水泥颗粒之间形成架桥结构，增大吸附力，提高黏性，抑制混凝土拌合料的稀释，增加拌合物的触变性和保水性，减少骨料的沉降和离析，从而使混凝土在水下硬化前具有一定程度的抗分散性[5]。该材料在大连港码头、广东省肇庆市景福围中的大莲塘险段的堤防加固等工程中均得到应用。

（3）水性环氧砂浆强度高，抗冲击能力强，耐水、耐化学腐蚀和耐磨性好，抗冻性能优异，电绝缘性好，黏结强度高。水下环氧砂浆经常被用于水下工程的修补和加固，国内水下环氧砂浆经常被用于坝体开裂、冲蚀和剥落的修补等[7-9]。目前水性环氧砂浆已在三板溪水电站溢洪道边墙及底板修复、藏木水电站闸墩、西霞院水库泄洪洞、小浪底水电站等工程中应用，其有效性及抗冲磨防护效果已得到相应工程实例的有效验证[10-11]。

各种水下修复材料特性对比见表2。

表2 水下修复材料特性对比

3 修复技术的应用

目前，针对水下建筑物的冲刷磨损、空蚀破坏问题，主要有两种处理方式：一是冲坑深度、范围较大区域，可采用抗冲磨混凝土修复；二是发生冲刷磨损和空蚀破坏时，采用环氧砂浆、聚合物砂浆等薄层材料进行修复。

从水下缺陷情况（表2）可以看出，各枢纽的水下缺陷主要集中出现在冲砂泄洪闸、消力池底板及边墙等部位，缺陷呈现部位多、范围广、深度深浅不一的特点。为快速恢复嘉陵江上各航电枢纽冲砂泄洪闸、消力池、护坦等部位原设计功能及体型；尽量节约工程投资，降低损毁对枢纽运行的影响，需根据各部位水下缺陷的特点采取相应的修复措施。

（1）对于深度浅于10cm的混凝土浅层磨蚀，属于薄层混凝土修复，修复材料的选择应侧重于黏结力、强度及抗冲刷能力均较强的材料，根据水下修复材料的不同特性和适用性，对于薄层混凝土修复可采用水性环氧砂浆进行修复。修复时为加强环氧砂浆与旧混凝土之间的结构，采用植筋的方式进行加固，施工前应布置C20插筋，间排距100cm×100cm梅花型，锚固长度50cm，外露55cm，按修复破损深度进行弯折。

（2）对于深度大于10cm的冲坑部位，修复工程量、部位均较大，若继续采用水性环氧砂浆则价格较为昂贵，可选择水下不分散混凝土（絮凝剂掺量为水泥用量的2.5%，掺加45kg/m3钢纤维）进行修复，在混凝土中掺加一定比例的钢纤维，提高其抗冲刷性、耐久性等。同时为加强新旧混凝土的结合强度，在浇筑混凝土前应对原有结构进行植筋处理。对于缺陷长宽小于2m 的部位，按间排距50cm×50cm梅花型布置C20插筋，锚固长度50cm，外露55cm，按修复破损深度进行弯折。对于缺陷长度、宽度均较大的部位，可按间距100cm×100cm梅花型布置插筋，锚固及弯折长度与前面一致。

4 结束语

针对山区河流各航电枢纽冲砂泄洪闸、消力池底板及边墙水下缺陷部位，按照修复深度、部位的不同分别选用水性环氧砂浆、水下不分散混凝土（絮凝剂掺量为水泥用量的2.5%，掺加45kg/m3钢纤维）进行水下缺陷修复。经过1~2个汛期的运行，再次对修复部位进行水下检测，发现修复部位均未出现新的冲刷及剥落，充分证明上述两种修复材料对缺陷的修复效果较好，可在类似的工程中推广使用。