导流隧洞衬砌混凝土缺陷的产生及处理方法

袁丙青，孙海兵，汤 浩

（1.长江设计公司普西桥水电站，云南 墨江 654800；2.长江工程职业技术学院，武汉 430212）

1 工程概况

普西桥水电站由面板堆石坝、右岸溢洪道、左岸泄洪冲沙洞、左岸引水发电系统及导流建筑物等组成。枢纽工程为二等大（2）型工程，拦河坝为1级，泄洪建筑物、引水发电建筑物中进水口为2级，引水发电建筑物（除进水口）为3级，消能防冲建筑物等次要建筑物亦为3级，临时建筑物为4级。

普西桥水电站导流建筑物由右岸导流隧洞及上、下游围堰组成。导流隧洞设计最大水流流速达到28m／s，对导流洞衬砌混凝土质量要求高，必须保证衬砌混凝土表面平整、光滑。混凝土一旦存在麻面、蜂窝、错台、内部架空及裂缝等缺陷且未处理时，在高速水流冲击下，将引起局部紊流、挑流和分离，形成负压和水流脉动，引起空化和空蚀，最终致使结构受到破坏，故必须对存在的混凝土缺陷进行处理，达到技术规范要求，保证工程安全运行。

2 导流隧洞混凝土缺陷产生的原因及处理原则

2.1 缺陷产生的原因

2010年6月28日，普西桥水电站导流洞底板混凝土开始浇筑施工，2011年6月10日衬砌混凝土浇筑施工结束。导流隧洞混凝土施工周期短，施工难度大，在混凝土施工过程中，由于模板固定不牢、模板拼接不严、使用凹凸变形的旧模板、混凝土振捣不足、不到位等因素造成混凝土存在不满足技术要求的气泡、麻面、蜂窝、错台、挂帘、表面凹凸、露筋、裂缝等不可避免的各种混凝土缺陷。混凝土缺陷大部分反应在混凝土表面，可通过目视、耳听、手摸等方式进行检查，同时辅以相应工具进行检查。

2.2 缺陷处理原则

在进行混凝土修补前，首先调查分析缺陷产生的原因，根据混凝土的功能需要、工作环境、施工条件等，选择安全可靠、先进环保、经济合理的修补方法。

对于混凝土表面缺陷的修补，采用磨平和涂混凝土保护基液保护的方法，宜多磨少补、宁磨不凿，尽量不损坏建筑物表面混凝土的完整性，保证工程的质量。

混凝土修补前应将不符合要求的混凝土彻底凿除；清除松动碎块、残渣；凿成陡坡后再用高压风水冲洗干净；采用比原混凝土强度等级高一级的砂浆、混凝土或其它填料进行缺陷处理；修整部位应加强养护，确保修补材料牢固粘结、色泽一致、无明显痕迹。

在满足设计要求及建筑物运行需要的前提下，处理中严格遵循尽量减少损伤母体混凝土的原则。

3 导流隧洞混凝土质量缺陷调查

参建各方共同对普西桥水电站导流洞衬砌混凝土缺陷进行调查统计并逐一登记，导流洞衬砌混凝土缺陷情况调查见表1。

表1 导流洞衬砌混凝土缺陷调查表

4 混凝土缺陷处理方法及处理施工工艺

4.1 混凝土表面缺陷

4.1.1 处理程序及方法

表面缺陷修补程序：缺陷调查和素描→素描图确认→基面打磨凿挖→基面确认→修补及养护→检测→验收。

（1）混凝土气泡、蜂窝、麻面

麻面、气泡面积较小且数量不多的混凝土表面，通过采用环氧胶泥刮补，较大面积的蜂窝，按其全部深度凿去薄弱的混凝土层和个别突出的骨料颗粒，不足0.5cm深的修补区至少凿深至0.5cm；修补区平均蜂窝深度小于5cm，采用砂浆类材料，不足3cm的修复区至少凿除至3cm，修补区边缘不得形成深度小于3cm的边口。平面薄层修补区边缘凿成齿槽状，所凿出的边界大致规整，然后用钢丝刷或加压水洗刷处理，再回填预缩砂浆或环氧砂浆。

（2）混凝土表面错台、挂帘、不平整

对于混凝土表面不平整、错台及漏浆形成的挂帘进行凿除及砂轮打磨处理，使其与周边混凝土平顺衔接，顺接坡度：上游坡不小于1∶10、下游坡不小于1∶5，打磨面表面涂刷环氧胶泥。对错台的处理在混凝土强度达到70%后进行。

（3）混凝土局部架空、露筋

混凝土局部架空先将缺陷部位凿成规则形状，对局部架空处理进行凿挖清理时，在缺陷周围打孔压水检查，确定架空范围，对有渗水，在回填时预埋灌浆管以备灌浆使用，侧面和底板用同标号一级配混凝土、预缩砂浆或环氧砂浆填补。

漏筋处理是在混凝土顶面凿除深度大于4cm或漏筋的部位，采用自密实混凝土进行回填，对于凿除深度小于4cm的特殊缺陷，采用高强修补砂浆进行喷涂处理。

（4）拉筋头

拉筋头在低速水流区和非过流面的采用角磨机将其磨除，且钢筋头低于周边混凝土1～2mm，后采用环氧胶泥进行刮补。对高速水流区用取芯钻机进行钻孔后将钢筋头割除，再加深2cm清理干净后用预缩砂浆回填。

4.1.2 修补材料

（1）预缩砂浆

原材料性能控制指标：水泥应用与原混凝土同品种的高标号新鲜水泥。水泥质量满足国标GB200－89的各项指标要求，且新鲜无结块。预缩砂浆力学控制指标：抗压强度≥45 MPa，抗拉强度≥2.0MPa，与混凝土面粘结强度≥1.5 MPa。

拌制出预缩砂浆以手握成团，手上湿痕而无水膜为宜，拌制好的砂浆应用塑料布遮盖存放0.5～1h后使用，使其体积预缩一部分以减少修补后的体积收缩和基材脱开，并控制夏天2h，冬天4h内使用完毕。

（2）环氧砂浆

环氧砂浆力学性能指标：抗压强度≥60 MPa，与混凝土面粘结强度≥2.5 MPa。

环氧砂浆修补基面清除松裂混凝土残体，以高压水冲洗干净，并保持干燥。为保持良好的粘结力，环氧砂浆修补前，修补基面需先涂刷一层不超过1mm厚的环氧基液，力求基液涂刷薄而均匀，消除涂层中的气泡，并在用手触摸不粘手并能拔丝时（约30min）再填补环氧砂浆。

（3）环氧胶泥

环氧胶泥力学性能指标：28天抗压强度≥60MPa，抗拉强度≥8.0MPa，与混凝土面粘结抗拉强度≥4.0MPa。

（4）高强修补砂浆

高强修补砂浆技术性能见表2。

表2 高强修补砂浆压剪强度指标

4.2 混凝土内部缺陷

4.2.1 处理程序

一般内部缺陷处理程序为：钻孔取芯→压水检查及无损检测→确定处理范围→补强灌浆→检查孔→灌后检测→现场验收。

4.2.2 处理方法及施工工艺

（1）挖除后回填：对于强度不足部分，首先确定其部位和范围，然后将其挖除，再进行混凝土回填修复，回填混凝土可与原混凝土同强度等级或高一个强度等级。

（2）水泥灌浆：对于内部架空补强处理采用水泥灌浆，所有钻孔均作为灌浆孔。对于互不串通的孔采用单孔孔循环灌浆。串通孔采用并联灌浆，串通区灌浆时采用由一侧向另一侧灌的顺序。

4.3 混凝土裂缝

4.3.1 裂缝处理原则

裂缝宽度按每条裂缝的最大宽度取值。依据设计技术要求，根据裂缝实际检查宽度针对性地对裂缝采用表面处理法、充填法及灌浆法进行处理。

4.3.2 处理方法及施工工艺

（1）表面处理法

表面处理法包括表面涂抹和表面贴补法。

表面涂抹主要用于浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。处理措施是先清理冲洗干净封面后在裂缝的表面涂抹弹性涂膜防水材料，采用聚合物水泥或水泥基防渗涂料。聚合物水泥砂浆指标及水泥基渗透结晶防水材料指标见表3，表4。

表面贴补（土工膜或其它防水片）法用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、边形缝）的防水堵漏。采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

（2）充填法

对较浅的表面裂缝（不需灌浆），需进行封缝处理，即沿缝刻深约5cm、宽约10cm的梯形槽，将槽面清洗干净并烘干后涂上环氧基液，然后回填水泥砂浆或环氧砂浆。

表3 聚合物水泥砂浆技术指标

表4 泥基渗透结晶防水材料技术指标

（3）灌浆法

沿缝两侧布置Φ42mm斜孔，对于δ≤0.4mm的裂缝采用1.0m孔距；对于δ＞0.4mm的裂缝采用1.5m孔距。各斜孔与缝面交于不同深度，也可采用垂直的骑缝孔，骑缝孔的深度与缝深一致，缝深可通过检查孔确定，布置如图1。骑缝孔无法避开钢筋处，以不打断钢筋为宜。

灌浆材料采用环氧树脂。因环氧树脂适用较干燥裂缝或经处理后已无渗水裂缝的补强，能灌0.3mm左右的细裂缝。环氧树脂黏度较高，在潮湿或水中黏合强度不高，应选在裂缝较干燥或经处理后裂缝已无渗水时施工。

环氧树脂浆液是以环氧树脂为主体，加入一定比例的固化剂，稀释剂，增韧剂等混合而成。硬化后，黏结力强，收缩性小，强度高，稳定性好，在抗渗、抗冲、抗气蚀方面，亦有良好性能。环氧树脂因有毒性，故在配方浆液和施工中应注意防护。

图1 灌浆孔布置示意图

环氧树脂主剂是含有环氧基的线型高分子聚合物，目前广泛使用的是双酚A型环氧树脂，它是环氧氯丙烷与二酚基丙烷在苛性钠溶液中缩聚而成的。

固化剂的掺量须适宜，如固化不全，则强度降低。常用的固化剂有乙二胺、二乙烯三胺、多烯多胺等。

掺用稀释剂目的是降低环氧树脂浆液的黏度，增强其流动性。稀释剂有活性和非活性之分。非活性稀释剂仅起稀释作用，不参加化学反应，如丙酮、甲苯、乙醇等。活性稀释剂不仅起稀释作用，还参加化学反应，如690＃环氧丙烷苯基醚、501＃环氧丙烷苯丁基醚、662＃甘油环氧树脂、糠醛－丙酮等。

增韧剂其作用是改善浆液固化后的脆性。常用的增韧剂有650＃聚酰胺树脂、651＃聚酰胺树脂、304＃聚酯树脂、邻苯二甲酸二丁脂等。

促进剂其作用是缩短固化时间，常用促进剂是苯酚。

环氧树脂浆液的配方根据现场试验得出，表5仅为设计提供初配建议值，可作参考。

表5 环氧树脂浆液的基本配方（重量比）

普西桥水电站导流洞工程混凝土缺陷处理的有效实施，保证了工程顺利截流并投入使用。导流隧洞衬砌混凝土缺陷是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它不但会影响构件的耐久性、疲劳强度，还会使导流隧洞混凝土结构产生不利的影响。只有对其进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施，就能保证建筑物和构件安全、稳定的工作。