環(huán)氧膠泥在三峽二期工程導(dǎo)流底孔缺陷修補中的應(yīng)用

李志堅 邵 亮

(長江水利委員會綜合管理中心，湖北武漢 430010)

環(huán)氧膠泥在三峽二期工程導(dǎo)流底孔缺陷修補中的應(yīng)用

李志堅 邵 亮

(長江水利委員會綜合管理中心，湖北武漢 430010)

工程技術(shù)人員歷來對高流速水工泄水建筑物缺陷的修補極為重視，環(huán)氧類材料因其固有的優(yōu)勢而在水利工程中得到廣泛應(yīng)用。對三峽二期工程導(dǎo)流底孔施工缺陷的修補，環(huán)氧膠泥這一新型環(huán)氧材料在大面積缺陷修補中的成功應(yīng)用，以及對修補工程所用材料的選擇、配方的優(yōu)化、施工工藝等多方面進行了闡述，以資同行借鑒。

導(dǎo)流底孔;過流面缺陷;修補;環(huán)氧膠泥;三峽水利樞紐

1 工程概述

1.1 工程結(jié)構(gòu)

三峽二期工程主河床的泄洪壩段布置有22個導(dǎo)流底孔，自左向右依次為導(dǎo)1號～導(dǎo)22號。其進口斷面尺寸為6 m×12 m，出口斷面為6 m×8.5 m(寬×高);4號～19號孔進口底板高程為 56.0 m，其他孔號的底板高程為57.0 m。導(dǎo)流底孔采用有壓短管、明流泄槽型式，順水流方向的長度為113 m，為跨橫縫布置，其過流面底板的混凝土設(shè)計標號為 R28400號，兩側(cè)及頂面為R90400號，對混凝土施工質(zhì)量要求嚴格。

1.2 工程施工

按設(shè)計要求，導(dǎo)流底孔使用期為2003年底至2006年，在運行3個汛期以后，對其進行了混凝土封堵。雖然底孔為臨時工程，但其在使用期經(jīng)歷的最大流速達到了35 m/s。由于在下泄的水流中挾帶有3～15 mm粒徑的沙石，因而對過流面表面的不平整度制定了非常高的要求(在下文中，將對標準進行介紹)。

導(dǎo)流底孔的四周布設(shè)的鋼筋密集，跨縫板設(shè)計為4層鋼筋，兩側(cè)及頂拱設(shè)計為3層鋼筋?；炷翝仓捎盟C(跨板縫除外)，采用二級骨料。因底板為跨縫布置，需待下部橫縫灌漿結(jié)束后才能澆筑，故其現(xiàn)有的缺陷均反映在兩側(cè)墻及頂部。

導(dǎo)流底孔結(jié)構(gòu)簡圖示于圖1中。

圖1 導(dǎo)流底孔結(jié)構(gòu)示意

2 缺陷狀況

2.1 缺陷分類

在混凝土施工結(jié)束、拆除模板以后，導(dǎo)流底孔部位出現(xiàn)的缺陷主要有:蜂窩、麻面，錯臺、掛簾，裂縫，氣泡，模板拉條鋼筋頭，模板定位錐孔及冷卻水管預(yù)留坑，用于封堵止水的槽鋼連接不當?shù)取?/p>

為了給修補工作提供統(tǒng)一的參考標準，決定按照深度δ值的大小，將蜂窩、麻面分成為A、B兩大類:

(1)δ≥5 mm的，為A類麻面;

(2)δ＜5 mm的，為B類麻面。

按照縫寬δ值的大小，將裂縫劃分為A、B、C三大類:

(1)δ＜0.1的，為A類裂縫;

(2)0.1≤δ＜0.2 的，為 B 類裂縫;

(3)δ≥0.2的，為C類裂縫。

2.2 產(chǎn)生的原因

(1)模板及其支撐系統(tǒng)的剛度不夠。因塔帶機澆筑混凝土入倉的強度大，加大了模板的側(cè)壓力，因此導(dǎo)致模板變形而出現(xiàn)掛簾、錯臺。

(2)模板變形、損傷或不潔等因素導(dǎo)致局部出現(xiàn)麻面和氣泡。

(3)引氣劑質(zhì)量不佳或混凝土配比不恰當，以及鋼模吸水性不良等，導(dǎo)致局部氣泡集中而形成表面的氣泡較大。

(4)結(jié)構(gòu)鋼筋密集，平倉振搗作業(yè)困難等。

2.3 修補的必要性

上述只是產(chǎn)生缺陷的部分原因。缺陷的實際存在，除偏離設(shè)計標準以外，更是距三峽工程“高起點、高標準”的質(zhì)量要求相去甚遠。

導(dǎo)流底孔承擔著三峽工程三期截流、導(dǎo)流及汛期泄洪等重要任務(wù)，流速大，呈滿明流交替，流態(tài)復(fù)雜。一旦底孔過流時推移質(zhì)進入孔內(nèi)，將對底孔造成較大的磨損。因此，為防止在高速水流條件下產(chǎn)生氣蝕，對存在的上述缺陷必須進行修補。

3 修補設(shè)計標準

3.1 體形標準

根據(jù)設(shè)計要求，對過流面實施修補以后，其不平整度應(yīng)按以下標準加以控制:

(1)不允許有垂直坎或跌坎;

(2)不平整高度(以1 m直尺測量)不得大于5 mm;

(3)縱坡不得陡于1∶30，橫坡不得陡于1∶10。

3.2 修補材料

修補時，主要采用了以下材料:

(1)水泥。525號中熱硅酸鹽水泥，新鮮無結(jié)塊。

(2)砂。采用斑狀花崗巖人工砂或河沙，F(xiàn).M=1.8 ～2.0。

(3)采用的其他修補材料，需通過現(xiàn)場試驗再確定。

3.3 力學(xué)指標

對用于修補導(dǎo)流底孔的主要材料，其質(zhì)量必須達到相應(yīng)的力學(xué)指標要求，詳見表1。

表1 主要修補材料的力學(xué)指標 MPa

4 修補材料的選擇

4.1 材料的選擇

為滿足設(shè)計要求，所用的修補材料應(yīng)當具有與原部位混凝土的抗沖磨強度相等的性能。為此，通過對修補材料的多項次試驗，最后確定以預(yù)縮砂漿和環(huán)氧類材料作為主要的修補材料。

環(huán)氧類材料是引進上海麥斯特公司生產(chǎn)的1438號型環(huán)氧膠泥和2525號型雙組分環(huán)氧砂漿，中國水電十一工程局科研所生產(chǎn)的NE-II型雙組分環(huán)氧砂漿以及山西黃河化工廠生產(chǎn)的KSF型雙組分環(huán)氧砂漿等多個品種。經(jīng)性能試驗，其相應(yīng)參數(shù)和結(jié)果如下:

(1)上海麥斯特公司產(chǎn)品。1438號型環(huán)氧膠泥，其最大粘結(jié)強度為 3.02 MPa，最小粘結(jié)強度為2.43 MPa。

(2)上海麥斯特公司產(chǎn)品。2525號型雙組分環(huán)氧砂漿，最大粘結(jié)強度為 3.02 MPa，最小粘結(jié)強度為 0.84 MPa。

(3)中國水電十一工程局科研所的產(chǎn)品。NE-II型雙組分環(huán)氧砂漿，最大粘結(jié)強度為 3.50 MPa，最小粘結(jié)強度為 3.10 MPa。

(4)山西黃河化工廠產(chǎn)品。KSF型雙組分環(huán)氧砂漿，因施工時實際操作的不利因素較多，故將其淘汰。

在泄9號導(dǎo)流底孔上塊側(cè)墻和中塊左墻使用的E44(老環(huán)氧)環(huán)氧材料，在其7 d齡期的拉撥、抗壓強度試驗時，指標未能滿足技術(shù)設(shè)計要求。

檢測成果顯示，麥斯特公司生產(chǎn)的2525號產(chǎn)品質(zhì)量未滿足有關(guān)技術(shù)要求。

NE-II型環(huán)氧砂漿的溫度敏感性大，其要求的工作環(huán)境溫度不能低于15℃，若采用其他措施，則經(jīng)濟投入大，質(zhì)量也難以得到保證，故在冬季已暫緩使用。

在首次使用環(huán)氧膠泥進行修補氣泡的試驗中，現(xiàn)場反映出粘度大、稠度小，有一定的固化收縮變形。按照廠家的要求，膠泥基材中可以摻適量的石英粉、粉煤灰和水泥，以求改善其粘稠度。因此經(jīng)現(xiàn)場研究，決定在膠泥中摻入適量的水泥，這樣使可操作性得到明顯改善。也就是說，采用1438號型環(huán)氧基材，以1∶0.25 ～0.32 的比例(基材∶水泥，修補材料均采用重量比)，配制成環(huán)氧砂漿。

葛洲壩股份有限公司試驗中心三峽試驗室對環(huán)氧膠泥及環(huán)氧砂漿曾開展過含砂水流沖磨室內(nèi)試驗，其試件在自然條件下養(yǎng)護 7 d后，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 含砂水流沖磨試驗成果

為了了解環(huán)氧膠泥層間的結(jié)合情況，對環(huán)氧膠泥層間的結(jié)合進行了室內(nèi)抗拉強度試驗。在鐵塊上分層涂抹環(huán)氧膠泥，分別對其進行涂抹3層和4層的涂抹試驗，每層涂抹的間隔時間為16 h。試驗結(jié)果示于表3。

經(jīng)過對試驗結(jié)果進行分析對比，決定對修補材料作適當?shù)难a充調(diào)整，采用的具體修補材料為:

(1)上海麥斯特公司生產(chǎn)的1438號型環(huán)氧膠泥(簡稱環(huán)氧膠泥);

(2)中國水電十一工程局科研所生產(chǎn)的NE-Ⅱ型雙組分環(huán)氧砂漿(簡稱環(huán)氧砂漿)。

表3 層間抗拉強度試驗

4.2 分類修補

對于基面的修補，根據(jù)缺陷的類型，選擇與之相適應(yīng)的處理機具和處理方式，對修補面采用150～300 kg/cm2的高壓水沖洗，并輔以鋼刷、鋼釬進行處理。

預(yù)縮砂漿因基面粘結(jié)強度低，只允許用于深度大于5 cm定位錐孔的內(nèi)層修補;對孔口受損的定位錐孔表面2 cm范圍、A類麻面和深度小于5 cm的空洞，均應(yīng)用環(huán)氧砂漿修補;對B類麻面、氣泡、砂線等可采用環(huán)氧膠泥修補。

經(jīng)過分析，決定在修補的部位上，對底孔頂面只做體形平整度處理、環(huán)氧砂漿修補，可以不做環(huán)氧膠泥滿刮及基液涂刷處理。

對裂縫進行了實際檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中的大多數(shù)為A類裂縫。因此，決定在修補的最后一道工序中采用環(huán)氧膠泥滿刮;B類裂縫的處理方式與A類麻面的相同;對于C類裂縫，則采用化學(xué)灌漿的方式進行處理。

5 修補方式

5.1 缺陷處理

(1)對錯臺掛簾部位，鏟除掛簾漿體后，按平整度要求磨除錯臺混凝土。

(2)對模板定位錐孔及水管預(yù)留坑，在實施清孔處理后，切割成規(guī)則形狀，并在切割范圍內(nèi)用鋼釬鑿毛。

(3)對模板拉條鋼筋的露頭，采用砂輪鋸割，不得采用電弧燒割，也不允許實施重錘宰割。殘留的鋼筋頭不得高出混凝土表面，宜稍低于混凝土1～2 mm。

(4)對于封堵止水保護槽鋼與混凝土結(jié)合處的空隙，采用環(huán)氧砂漿嵌補平整;對于槽鋼接頭間隙大于 2 mm的部位，采用電焊連接;存在錯臺的部位，按1∶10的坡度平順過渡，錯臺嚴重的槽鋼，則采用貼補鋼板，并焊接牢固。

(5)對A類麻面缺陷，鑿除后的平面形狀應(yīng)是一個四邊形或多邊形，其內(nèi)角為70°～250°，深度不得小于5 mm為宜，將平面邊緣鑿成直角，然后改為魚尾槽。

(6)氣泡直徑大于(或等于)2 mm的，均需用小鋼釬逐個擴孔，清除周邊的乳皮，保持待修面的干燥和干凈。

(7)對于B類裂縫，先實施人工鑿出寬80 mm，深25～30 mm的矩形槽，長度按縫長兩端各加30 cm加以控制。

5.2 修補方式

在經(jīng)過一系列的試驗分析、對比之后，確定了采用的修補材料和修補方式，2000年5月，修補工作逐孔全面展開。

在采用預(yù)縮砂漿實施修補之前，在老混凝土的面上涂刷了一層純濃水泥漿，其水灰比按不大于0.4 控制。預(yù)縮砂漿配合比為 0.32∶1∶2.5(水∶水泥∶砂)。在對缺陷填補好以后，對其進行保濕養(yǎng)護7 d。

對A類麻面，只需用環(huán)氧砂漿進行修補。為了使混凝土面與環(huán)氧砂漿具有良好的粘結(jié)力，應(yīng)先涂刷一層環(huán)氧基液，用手觸摸不粘手且可拉絲后(約30 min)，再填補環(huán)氧砂漿。修補時，對其用鐵抹用力壓平磨光，使其既不高于也不低于周邊的混凝土，并防止與周邊混凝土脫開。然后在常溫下養(yǎng)護5～7 d。應(yīng)特別注意的是，在修補好以后的3 d內(nèi)，不允許沾水或被水浸泡。

對鑿毛深度大于2 cm的環(huán)氧砂漿修補面，應(yīng)實施分層、壓實、間歇、填補。層厚宜取 1.5 cm，層間間歇時間以24 h加以控制，層間應(yīng)涂環(huán)氧基液，保證良好地接合。對最大短邊大于30 cm，面積大于0.5 m2的修補面，要求采用加強結(jié)構(gòu)措施。

由于環(huán)氧膠泥粘結(jié)強度很高，它在由塑性到固體的變化過程中，體積收縮較大，將其用于修補B類麻面，固化后呈自由面的修補表面凹陷很多，需第2次乃至第3次刮補。為了采用膠泥來填充修補面，操作人員必須用刮板和其他工具反復(fù)多次、多方位地將膠泥擠壓進修補面，使膠泥緊緊粘結(jié)其上。

過流面全部修補平齊后，應(yīng)對其進行全面的沖洗，以清除表面的水銹垢;然后將過流面用環(huán)氧膠泥滿刮，滿刮作業(yè)一般實施兩遍。

環(huán)氧膠泥修補工序分為以下3個步驟:

(1)對缺陷部位進行刮泥填充，多次來回刮和擠壓，以利氣體排出，保證缺陷部位填充密實和膠泥與混凝土之間粘結(jié)牢靠;

(2)待膠泥材料完成收縮后(約24 h)，再進行一次涂刮處理;

(3)最后進行局部的填充和收光。

試驗證明，膠泥的層面接合情況良好、粘結(jié)強度也很高。

通過上述方式，對19號孔上塊的左、右兩側(cè)墻的過流面采用了環(huán)氧膠泥修補，并進行了現(xiàn)場拉拔試驗。試驗結(jié)果表明:7 d齡期的強度平均為1.63 MPa。

上述試驗中，拉斷處的70%為混凝土面，30%為膠結(jié)面。修補工程結(jié)束后，在工程質(zhì)量專家組、修補領(lǐng)導(dǎo)小組、工作組的現(xiàn)場聯(lián)合檢查下，確認修補質(zhì)量滿足設(shè)計要求。說明以后可按同一方式對導(dǎo)流底孔的左、右側(cè)墻及頂板展開修補工作。

6 結(jié)論

環(huán)氧膠泥雖為環(huán)氧類材料，但對溫度的敏感性相對其他環(huán)氧類材料要小，在環(huán)境溫度不低于5℃的情況下均能正常使用。經(jīng)修補后的導(dǎo)流底孔的過流面密實、光潔、手感好。這種新材料、新工藝的應(yīng)用，是我國水利工程類似缺陷修補的成功范例。自2000年至2011年2月底，已完成修補工程的導(dǎo)流底孔有5個，完成部分修補的導(dǎo)流底孔有9個，尚未進行修補的導(dǎo)流底孔有8個。

環(huán)氧膠泥用于三峽電站導(dǎo)流底孔過流面的氣泡、砂線等淺凹缺陷的修補，也經(jīng)歷了一個逐步認識和深化的過程。在經(jīng)過大半年的修補以后，于2011年3月提出了修補的結(jié)構(gòu)措施:對于面積大于0.5 m2(且短邊長度大于30 cm)，其鑿除深度即修補厚度按5 cm控制，并在修補范圍內(nèi)布置錨桿，錨桿的水平間距為50 cm，豎向行距為30 cm，呈梅花形布置。錨桿?12 mm的Ⅰ級鋼，植入混凝土的深度不得小于15 cm;錨桿長17～18 cm，每根錨桿頭均要求與直徑?10 mm、長30 cm的水平鋼筋呈T字型焊接。修補工作按新調(diào)整、補充的設(shè)計要求，有序地組織實施。

三峽電站導(dǎo)流底孔過流面的修補工作已經(jīng)經(jīng)過了一個冬季的循環(huán)，經(jīng)過檢查，所有的修補面均未發(fā)現(xiàn)任何異常。

TV551.13

A

1006-0081(2011)12-0035-04

2011-11-03

李志堅，男，長江水利委員會綜合管理中心，工程師.