三峡导流底孔过流面混凝土缺陷及修补

摘要：三峡二期工程施工的22孔导流底孔混凝土表面为高速过流面，拆模后发现表面缺陷较多，存在质量隐患。针对这些缺陷提出了不同的方法和材料进行了修补并达到了设计要求。

关键词：三峡工程；导流底孔；缺陷；修补

1 概述

三峡二期工程溢流坝段施工的22孔导流底孔为矩形断面，孔口尺寸为6m×8.5m，跨缝布置，底坎高程56m，为长有压管形式，表面抗冲耐磨混凝土为C40，厚1m。导流底孔从上游向下游依次布置有上游进口叠梁检修封堵门、事故检修门、弧形工作门、和出口叠梁检修封堵门。二期工程将于2003年5月底下闸蓄水，初期蓄水位限制在135m，利用二期已建成的大坝和二期围堰挡水发电，此期间导流底孔将起三期施工导流之作用，其运行水头高达80m，流速达32m/s：导流底孔将于2006年11月初开始混凝土回填封堵，至2007年3月底结束。其虽然为临时建筑物，但投入运行的时间长达3.5～4年。因此对导流底孔过流面的防空蚀、抗冲耐磨要求较高。合同技术规范中对导流底孔混凝土的浇筑质量、孔口体形的精度、以及孔底、孔顶、侧墙的表面质量都有严格的要求，过流面的不平整缺陷如轮廓线走样、升坎或跌坎、局部凹凸和蜂窝、麻面、残留钢筋头等均要按规范和图纸要求进行处理。

2 过流面不平整度的控制和处理标准

施工合同技术规范中对高速过流面的抗冲耐磨混凝土的表面平整度有如下要求：

(1)过流面不允许有垂直升坎或跌坎；

(2)孔口的有压段和门槽区，不平整度控制在3mm以下，纵向坡控制在1：30以下，横向坡控制在1：10以下。其余部位的不平整度均控制在5mm以下，纵向坡控制在1：20以下，横向坡控制在1：5以下；

(3)混凝土表面在1m范围内的凹凸值控制在5mm以下 混凝土表面不允许残留钢筋头和其它施工埋件，不允许存在蜂窝、麻面及直径和深度大于5mm的气孔、孔洞，不允许残留混凝土砂浆块和挂帘等。

而美国肯务局规定：流速为10～20m/s、30～40m/s及大于或等于40m/s时，突体打磨坡度分别为1/20、1/50或1/100；顺水流方向的突体高度不能大于6.5mm；垂直水流方向的突体高度不能大于3.2mm。其标准偏严。

3 混凝土表面缺陷

导流底孔混凝土表面为高速过流面，它们必须尽可能平整光滑、无缺陷。混凝土表面的不平整度缺陷，堵如错台、凹坑、表面波状起伏、残留钢筋头等，在高速水流作用下，将引起局部挑流、绕流和分离，造成负压和剧烈的水流脉动，促使出现空化和空蚀，极易导致结构的破坏。而且，挟砂石水流对过水建筑物表面的冲击与磨损破坏是很严重的，混凝土表面的缺陷无疑会降低其抗冲耐磨强度，使表面不平整度恶化，从而加剧空蚀与磨损。

在三峡工程导流底孔侧墙施工之后，发现了一些混凝土表面缺陷，它们包括：超出规范要求的气孔、麻面、蜂窝、错台、表面凹凸、模板固定留下的定位销孔、以及残留钢筋头等。产生气孔和蜂窝的主要原因是振捣不足；模板固定不牢、发生跑模时，导致错台；模板漏浆时，会走失一部分浆液，导致麻面；表面凹凸点缺陷则是由于钢模板上凹凸变形所引起。这说明在对待临时建筑物诸如导流底孔施工时的工艺和作风有点疏忽和马虎，导致出现上述各种各样的有害缺陷，给长达4年的运行带来质量隐患。

4 施工承包商提交的缺陷修补施工方案

4.1 处理措施

(1)升坎的凿除和磨平 根据平整度控制标准，对升坎高度超过标准要求的，先以风镐凿除，预留0.5～1.0cm保护层，再用手持电动砂轮打磨平整；对凿除深≤2Cm的部位，一律不得锤击，只能用砂轮磨平。

(2)蜂窝、麻面的凿除和填补 对数量集中、超过规定的蜂窝、麻面，先进行凿除(凿除的深度由所选用的修补材料类型决定)，再将填补面清洗干净，涂刷相应的粘结剂或砂浆，补后压实抹平。

对超标准的气孔，先凿成深度不小寸2cm的坑，再用预缩砂浆填补，若用环氧砂浆填补，凿深应不少于1cm。一般尽量采用高强水泥砂浆修补，这类材料价廉、易取、方便、无毒，而且耐久性好。

对上述两类缺陷的处理原则是：“多磨少补，宁磨不凿”，尽量不损坏建筑物表面混凝土的完整性，以确保工程质量。

(3)凹陷部位的填补 修补材料应与被补基料的变形性能(如弹性模量和线膨胀系数)和力学性能相一致，经济、安全和耐久性好，外观颜色协调，方便施工。

根据上述原则，宜选用水泥预缩砂浆，其次可选用水泥改性砂浆，如氯一偏聚合物改性水泥砂浆等；环氧及其它高分子聚合物砂浆宜用于重要部位，不宜在大面积范围内应用。

(4)表面残留物处理 表面残留的砂浆要求铲除刮平，露在表面不用的埋件、钢筋头，人工挖混凝土2cm后割除，并用环氧砂浆填平。

(5)其它 孔周纵缝、跨缝板施工缝及钢衬与混凝土结合部位须磨平，并涂环氧树脂；止水保护槽钢的接头要磨平、摩光。

4.2 施工材料及工艺

(1)干硬性预缩砂浆 干硬性预缩砂浆及普通水泥砂浆拌好后，码堆存放预缩0.5～1.5h，使其体积预先收缩一部分，以减少修补后的体积收缩和与基材脱开；因水灰比小，强度较高，用525砟酸盐大坝水泥拌制的预缩水泥砂浆，其强度可达到50MPa以上。

拌制预缩砂浆的水泥必须新鲜、无结块。采用河砂，但需筛去粒径1.6mm以上的粗砂和0.15mm以下的粉砂，细度模数控制在1.8～2.0。预缩砂浆的配合比为水：水泥：砂=(0.28～0.32)：1：(2.0～2.5)：夏季施工宜适量掺加缓凝剂，以增加和易性，方便施工，同时遮盖防晒，以免过早凝结。

填补前，先对基面凿毛、清污、冲洗、湿润，使其处于饱和面干状态。接着，刷一道水灰比为0.4～0.45的浓水泥浆作粘结剂，再分层填补预缩砂浆，每层厚4～5cm，用木棒或木锤捣实。直至泛浆。各修补层间，用竹刷或钢刷刷毛，以利结合。对修补厚度大于8cm的，除表层4cm外，内部应填补预缩砂浆混凝土，即砂浆中加入直径0.5～2.0cm的小石。修补完成后8h内用湿草袋覆盖保温、保湿。

(2)环氧材料 环氧材料包括环氧砂浆、环氧胶泥和环氧基液。它本身强度高、韧性好、抗冲耐磨性能优越，与基材的粘结强度也高于水泥类材料。缺点是价高、有毒，其变形性能与水泥类材料不一致，在温度湿度变化影响和阳光照射下，易老化，易与基材脱开。

环氧材料修补的工艺流程：凿毛-清污-烤干-刷基液-分层填补砂浆并拍打密实至表面泛浆-养护(养护温度不低于15℃，且7d内禁止水泡)。

环氧砂浆最小修补厚度为1cm。环氧胶泥用于修补0.5～1.0cm的凹坑。

5 哈扎专家的咨询意见综述

5.1 缺陷处理意见

对于如气孔和麻面的小缺陷区域，用麻布擦抹法(SackRubbed Finish)修补。

小于2.5cm深的缺陷的修补，可用经批准的环氧砂浆进行修补。

孔深大于2.5cm、且孔宽大于或等于孔深时，可用干填砂浆修补，此法适用于模板固定留下的定位销孔、以及表面残留钢筋头切割后的修补。

面积大而深的缺陷区域应用新混凝土置换，置换之前应在经凿除的混凝土表面涂一层经批准的粘接剂。

在缺陷区域需要凿除时，应先在其四周用金刚锯锯出边线，然后用钝头工具凿除，避免使用尖锐凿除工具，因为它会产生微裂纹。锯割区域应尽量为方形或长方形，这有助于置换材料的体积稳定性，减少修补脱落的可能性。

表面各种突体或错台，则要打磨至规定的平整度和坡度要求。

5.2 施工材料及工艺

(1)麻布擦抹法 首先表面要充分湿润。用干净的麻布或橡胶海绵抹子在整个表面上擦抹砂浆，以填满所有的气孔和凹坑：所用的砂浆配比为1份水泥和2份砂，砂的最大尺寸小于600μm，砂浆用水量要足以使其稠度成为浓乳浆。开始擦抹前24小时，应采取遮蔽或喷雾的方法，保持待补表面局部周围环境温度不超过10℃。

当凹坑内的砂浆还具有塑性时，在表面上撒一层水泥和砂的干拌物后再打磨，配比与前述相同。

(2)干填砂浆 干填砂浆为分层填筑：修补材料拌和物由1份水泥和2.5份砂(级配为100%通过1.18mm筛)组成。适量加水，使产生的砂浆用手稍加力捏，能粘在一起，手变潮但不湿。干填前要浸泡待补面，等其处于饱和面干状态时开始填筑：干填时每10mm一层用木锤进行夯实。然后刮平至与周围表而平齐。

(3)环氧和聚合物 各种环氧和聚合物类修补材料，可遵照供货厂家的工艺和配比要求进行施工。

5.3 各种表面缺陷的具体修补步骤

(1)气孔 高压水清洁表面→保湿24h→用麻布擦抹法填补→湿养护72h。

(2)麻面 打磨至一坡度→高压水清洁→用麻布擦抹法填补→湿养护72h。

(3)蜂窝 锯割边线→凿至坚硬的混凝土→高压水清洁→预浸→待表面干燥→涂刷乳胶粘接剂→用不收缩水泥混合乳胶干填→刮平表面并湿养护。

(4)模板定位销孔 取出塑料锥套→打磨锥孔内混凝土表面→除掉表面周围的薄弱区→高压水清洗→保湿24h→用于填砂浆法填筑修补→刮平表面并湿养护。

(5)表面残留钢筋头 锯出一方形口 8×8cm→方形口凿至至少2.5cm深→锯断钢筋，使之距表面2.5Cm→高压水清洗→湿养护24h→用于填砂浆法填筑→刮平并湿养护。

6 试验和实际施工

承包商综合上述方法和步骤在泄19#孔进行了修补试验，试验项目主要是抗压强度、粘结强度、拉拔强度、抗磨以及养护条件等，通过对性能、施工工艺和价格的综合分析，确定对于凹凸值小于5mm的麻面和气孔，刮环氧胶泥修补，而对于凹凸值大于5mm的麻面和气孔，凿全10mm深后用环氧砂浆修补。对于蜂窝、凹坑和模板定位销孔，凿除后在表层2Cm以下采用预缩砂浆填补，而表层2cm则用环氧砂浆修补。

经过修补，导流底孔过流面的表面质量达到设计要求，试验统计结果表明，环氧砂浆与母体的连接强度满足设计强度2.5MPa，达到了修补效果，并将在2003年开始过流后得到进一步的实际检验。

[作者简介]

作者简介：禹家莲，中国葛洲坝集团招标公司工程师。