水工混凝土建筑物補強加固技術綜述

陸志華，李 焰

（1.杭州每步材料科技有限公司，浙江杭州，310015；2.葛洲壩集團試驗檢測有限公司，湖北宜昌，443002）

0 引言

近年來，隨著我國經濟的迅猛發展，基礎設施建設、能源建設都發生了翻天覆地的變化，我國一舉成為世界基建大國、基建強國。水電能源作為頭號清潔能源，也得到了大力發展。我國興建了大量的水利水電工程，水工混凝土建筑物作為工程中的重要組成部分，發揮著重要的作用。水工混凝土建筑物與一般市政工程、工業及民用建筑物相比，處于戶外自然環境中，為無裝飾性保護的裸露工程，在荷載和惡劣環境的交變、持續作用下，混凝土更容易發生老化現象，會不可避免地出現缺陷，給建筑物帶來一定的安全隱患。對于水工混凝土建筑物缺陷，應辯證科學地看待，采取科學合理的方式做好預防措施、影響分析、檢測和技術處理，從而保障水工混凝土建筑物安全并延長其使用壽命。

1 缺陷類型與成因探究

1.1 簡析水工混凝土缺陷的主要類型

根據不同的區分標準，水工混凝土建筑物缺陷有多種類型，但按危害來分大致可分為兩類：一類是能對建筑物造成實質性危害的缺陷，這類缺陷通常會影響建筑物的安全運行，嚴重的會造成建筑物的破壞、事故，具體表現有貫穿裂縫、大滲漏水、串漏架空、嚴重剝蝕和低強混凝土等，在實踐中，這類缺陷必須給予足夠重視，及時補強處理，控制其對水工混凝土建筑物的危害，保證水工混凝土建筑物安全運行；另一類是對建筑物沒有實質性危害的缺陷，僅對建筑物的美觀和耐久性有影響，如淺表裂縫、非溢流面不平整和局部架空等，這類缺陷的緊急程度不如實質性危害缺陷，一般在常規性維保中處理即可。

1.2 水工混凝土缺陷的主要成因

水工混凝土建筑物受基礎約束、沖刷沖磨、氣溫、氣候驟變等影響都會產生缺陷，而每一種缺陷有時又是由多方面原因造成的。

1.2.1 水工混凝土裂縫

裂縫是水工混凝土最常見的缺陷之一，主要成因頗為復雜，國內外進行了多項系統研究，掌握了一定的裂縫形成規律。一般來說，業內公認的成因有如下幾方面：

（1）溫度應力影響。混凝土水化過程屬放熱反應，而混凝土熱膨脹系數又是溫度應力最大的影響因素之一，結構較大的水工混凝土建筑物中，裂縫的產生往往與溫控措施不力和溫度應力過大有關。隨著對溫控和溫度應力認識的加深，各方對此也較為重視，早期的烏江渡水電站、后期的三峽電站二期工程、龍灘電站都充分考慮了溫度應力的影響，在設計上做足了預案，并在現場做好了預防措施，裂縫控制取得了一定成效。

（2）約束應力影響。水工混凝土建筑物通常建造在基巖上，混凝土澆筑后，在硬化過程中，存在從自身壓應力到拉應力再到壓應力的轉換，基巖雖不完全是剛體，但對澆筑塊也有一定的約束應力，在混凝土自身應力轉換過程中，易引發裂縫或者貫穿裂縫。近年來，在除險加固工程中，大壩在原有基礎上加高時，老混凝土的約束也是造成裂縫的原因之一，也應引起足夠重視。

（3）基礎不均勻沉陷。一些項目大壩施工前期工作不充分，對基礎的探查不夠明晰，施工過程中對軟弱破碎層的處理也不夠妥當，大壩澆筑后，蓋重增加，產生不均勻沉降，從而導致壩基不均勻沉陷，造成壩體裂縫出現。

（4）結構型式與分縫不合理。水工混凝土建筑是一個復雜宏大的大體積混凝土結構，按不同功能存在大量不同的結構型式，各種結構型式需協調組合才能發揮最優質的作用。若結構型式不當，則易造成應力集中區，從而為裂縫產生提供機會，這類缺陷在寬縫重力壩、支墩壩中較易出現。

（5）施工影響。早年施工人員素質不一、機具落后、工藝落后等影響導致裂縫的現象也常存在。近年來，隨著施工工藝的進步、各類機具的研發改進以及現場人員素質的大幅提高，施工導致裂縫的現象已得到實質性改善。

1.2.2 水工混凝土建筑物滲漏

水工混凝土建筑物的主要任務就是擋水，滲漏缺陷的出現會從根本上削弱擋水建筑物的主要功能，帶來一系列不利影響，進一步破壞水工建筑物的耐久性，甚至危及建筑物的安全運行。如豐滿水電站舊壩，最大滲漏量曾達到16380 L/min，滲漏導致壩體出現大量溶蝕破壞，造成極大的安全隱患，目前已拆除重建。通常滲漏主要由混凝土內部缺陷引起，如內部存在孔洞、裂縫和伸縮縫止水失效等，形成滲漏通道，基礎帷幕破壞是引起基礎滲漏的主要原因。

1.2.3 水工混凝土建筑物凍融破壞

凍融破壞在北方較為常見，主要是施工過程中選材不當、工藝不到位等因素造成混凝土質量下降，水工混凝土在投入運行后處于干濕循環狀態，冬季在外界氣溫正負交替變化作用下，混凝土內部孔隙水的凍結膨脹壓、滲透壓及水中鹽類的結晶壓力等產生疲勞應力，使混凝土破壞。反復循環的次數越頻繁，造成破壞的幾率就越大，破壞程度越嚴重。

1.2.4 沖刷磨損和氣蝕

沖刷磨損和氣蝕主要出現在水工泄水建筑物中，高速水流通過時，水流中夾雜著懸移質或推移質，則沖刷磨損較易出現，且同時還會伴有空蝕缺陷產生。氣蝕現象的主要成因是混凝土表面不平整或者水流流態異常，此時水流與過流表面不吻合，產生負壓區，進而導致表面氣蝕的出現。如劉家峽水電站中由導流洞改建的泄洪洞，出口成“龍抬頭”形式，投入運行后，先后幾次產生了氣蝕破壞，對項目造成了一定的影響。

2 加固材料分類

根據材質，加固材料可分為無機類、有機類和復合材料，在水工混凝土建筑物補強加固中，根據缺陷類型不同，可單獨選用加固材料，也可復合使用。

2.1 常見材料

根據材質，缺陷修復材料可分為無機材料、有機高分子材料和復合材料，其用途也有較大的差異。無機材料以水泥基類材料最具代表性，有機高分子材料中最為常見的有聚氨酯材料、聚脲材料、環氧材料和丙烯酸鹽材料等，復合材料有水泥-水玻璃復合材料、聚氨酯-水玻璃復合材料等。

2.1.1 水泥基類材料

水泥基類材料是一種以硅酸鹽水泥為基料，配以硅砂和多種特殊活性的化學物質所組成的灰色粉末狀無機防水材料，用于提高混凝土面的防滲能力，可大面積涂刷處理。水泥基材料于20世紀70年代在國外盛行，1990年開始進入我國市場，有XYPEX、凱頓、膨內傳等品牌系列，曾在天生橋水電站、安康水電站、大坳水利樞紐和三峽水電站等工程修補中應用。

2.1.2 聚氨酯材料

聚氨酯材料用于水工混凝土建筑物缺陷處理的有涂膜類材料、嵌縫類材料和灌漿類材料。

涂膜類材料屬于柔性防水材料范疇，通常有單組分潮氣固化材料和雙組分材料兩類，用于大面積防滲涂刷，但由于抗紫外線能力差的缺點，常用于洞室內防滲處理，如山西萬家寨引黃工程總干線7號、8號隧洞N2土洞段及巖洞段內防滲處理。

灌漿類聚氨酯材料是由復合聚醚多元醇與多元異氰酸酯反應合成、由異氰酸酯封端的化學灌漿材料，是一種快速高效的防滲堵漏材料。根據其性狀不同，可簡單分為水溶性（或稱為親水性，如LW、HW）、油溶性（或稱為疏水性，如9105型）兩類，其與水反應后可形成不溶于水且具有一定彈性或強度的固結體。其作為水電水利工程的主要防滲堵漏材料，自20世紀70年代就應用在我國水工混凝土建筑物滲漏處理中，一直沿用至今，已在三峽水電站、烏東德水電站、白鶴灘水電站、大朝山水電站和糯扎渡水電站等數百項工程中成功應用。

2.1.3 環氧類材料

環氧類材料根據其基本用途不同，可分為環氧涂料、環氧膠泥、環氧植筋膠、環氧砂漿、環氧混凝土和環氧灌漿材料等常用補強加固材料。

環氧涂料、環氧膠泥是由改性環氧樹脂、環保型活性稀釋劑和親水性脂肪族胺類復合固化劑、納米耐磨無機填料、抗紫外線填料助劑等組成的新型有機高分子材料，具有力學性能好、抗懸移質磨損強、耐候性好、對潮濕不敏感等優點，推薦用于混凝土表面的抗沖磨保護處理及不平整氣泡、麻面等缺陷處理，也可用于混凝土表面整體的涂裝處理。2000年麥斯特公司出品的1438型環氧膠泥首次在三峽水電站使用，并取得了較好的應用效果，隨后國內開始研發生產該類材料，并在向家壩水電站、烏東德水電站、糯扎渡水電站和觀音巖水電站泄水建筑物中得到了大規模應用。

環氧砂漿、環氧混凝土是由改性環氧樹脂、環保型活性稀釋劑和親水性脂肪族胺類復合固化劑、粗顆粒耐磨無機填料（石英砂、金剛砂、鑄石粉和石英石等）、抗紫外線填料助劑等組成的新型高分子合金材料，具有力學性能好、抗沖磨性能好、耐候性好、對潮濕不敏感、抗凍性能好等優點，推薦用于混凝土面的抗沖磨保護處理及蜂窩麻面等缺陷處理，也可用于混凝土結構補強處理。國內從小浪底工程開始，陸續在向家壩水電站、烏東德水電站、二灘水電站和觀音巖水電站等水工混凝土建筑物的抗沖磨保護中大面積推廣應用該材料，取得了較好的效果。

按JC/T 1041-2007《混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》標準分類，環氧灌漿材料分為L型和N型，水工混凝土建筑物補強加固處理用L型較多，俗稱低粘度高滲透型環氧灌漿材料，其應用已較為成熟。國內主要品牌有PSI501、CW、HK-G和中化-798等，已在三峽水電站、向家壩水電站、小灣水電站、錦屏一級水電站和大崗山水電站等工程中成功應用。

2.1.4 丙烯酸鹽材料

丙烯酸鹽作為一種防滲堵漏灌漿材料，主要推薦用于受灌體為土體的防滲堵漏處理，尤其在帷幕防滲灌漿中應用效果較好。

2.1.5 復合材料

在加固處理中，考慮經濟性或為獲取某種力學特性，通常會將兩種材料進行物理混合后使用，將此類材料稱為復合材料。如復合灌漿中的聚氨酯-水玻璃復合漿材，與單獨使用聚氨酯漿材相比，可大大提高漿材的強度；聚氨酯-環氧樹脂復合灌漿既保持了聚氨酯良好的堵水性能，又有環氧樹脂粘結強度高的特點。

2.2 缺陷選材原則

缺陷類型不同，選材的原則也有較大的差異，應綜合考慮缺陷形成機理、修復材料適應性與施工環境等，并根據項目實際綜合評估選擇。選材原則和常見的材料類型見表1。

3 補強加固技術的分類與應用

3.1 裂縫補強處理

在裂縫補強加固前，需對裂縫的危害進行評估，確定補強處理標準、補強處理時機和補強處理方法。

表1 缺陷選材原則表Table 1 Principle of materialselection for different defects

3.1.1 裂縫劃分標準

水工混凝土裂縫應根據縫寬和縫深進行分類，按國內相關標準和技術規范，通常分類見表2，實際情況中如不能與表2對應，則應根據靠近、從嚴的原則進行歸類。

表2 裂縫劃分標準表Table 2 Classification standard of cracks

3.1.2 裂縫補強處理評估

通常按其所處部位的工作或環境條件分為3類：一類為室內或露天環境；二類為迎水面、水位變動區或有侵蝕地下水環境；三類為過流面、海水或鹽霧作用區。在裂縫處理前，通常需對裂縫做危害評估，確定其屬于實質性危害還是非實質性危害，并結合實際情況進行評估。同時應結合裂縫產生原因分析判斷裂縫的發展過程和最終狀態，應用理論計算方式進行校核，分析在最終的應力狀態下，裂縫對水工建筑物運行的影響，綜合判斷是否需要處理。國內相關標準也對其作了界定（見表3），在實際工程中可參考使用。

3.1.3 裂縫補強處理方法

根據水工混凝土建筑物的特性，通常分為水位線以上和水位線以下，水位線以上裂縫處理可分表面處理、內部結構處理和錨固處理（見表4），水位線以下的水下處理有專門的工藝和方法。

表3 裂縫評估處理原則Table 3 Evaluation of crack treatment

表4 裂縫補強處理方法Table 4 Treatment methods for cracks

3.2 滲漏處理

滲漏是一類常見的缺陷，在水工混凝土建筑物全生命周期內都存在。水工混凝土建筑物在建運行前的滲漏處理易于運行后，且處理效果較好，對于運行后的滲漏，隨著壩區水位升高，水工混凝土受荷載作用，處理難度較大。

3.2.1 滲漏處理原則

（1）滲漏處理宜在水工建筑物投入使用前，低水位、無水情況下處理；

（2）滲漏宜在迎水面處理，并遵行“上堵下排、堵排結合”原則；

（3）背水面處理時，應遵行“先排后堵、排堵結合”原則；

（4）對于大壩橫縫等重要部位的滲漏，應采用專門的工藝方法處理。

3.2.2 滲漏形式分類及處理

滲漏形式分類及處理見表5。

3.2.3 滲漏處理效果檢查方法

水工混凝土滲漏處理后有不同的檢查方法，通常有表觀檢查、厚度檢查、鉆孔取芯繪制柱狀圖檢查、孔壓水試驗檢查、拉拔試驗檢查和按設計要求檢查等。實際工程中應按處理部位補強要求選擇檢查方法，有相應規范的應按規范執行。

3.3 混凝土剝蝕處理

水工混凝土建筑物因長期處于自然環境中，混凝土在氣溫、飽和水條件、荷載和惡劣環境的交變下，容易發生凍融剝蝕、鋼筋銹蝕剝蝕、沖磨和空蝕缺陷，這些缺陷的存在會對混凝土造成進一步的危害。

3.3.1 凍融剝蝕

凍融剝蝕缺陷常發生在溫差變化較大、有冰凍氣象條件的環境，在混凝土含有飽和水部位、水位變化區、過流面或泄水建筑物尤為突出。按其破壞形式、判定原則及處理方法，相關標準做了如表6的分類。

表5 滲漏形式分類及處理Table 5 Classification and treatment of seepage

3.3.2 鋼筋銹蝕剝蝕

鋼筋作為水工混凝土建筑物中的骨架構造，在運行過程中受有害介質、溫度、濕度、水流沖磨破壞等因素影響，會造成鋼筋銹蝕溶脹，從而對混凝土產生剝蝕作用。按相關標準將其危害程度及處理原則劃分如表7。

表6 凍融劃分及處理Table 6 Classification and treatment of freeze thaw

表7 鋼筋銹蝕劃分及處理Table 7 Classification and treatment of steel corrosion

3.3.3 沖磨和空蝕

水工泄水建筑物中，運行后過流面不平整、沖磨、空蝕缺陷較為常見。我國水系主要分布在西南和西北方向，江河中泥沙含量很高，尤其是黃河，堪稱泥沙含量世界第一。各大水系中的泥沙含量不同，黃河水系中以懸移質為主，而西南水系多屬山溪性河流，河道狹窄，在暴雨等外力下，易將推移質帶入水系中，進而成為造成水工混凝土建筑物過流面破壞的主要介質，給泄水建筑物造成危害。

混凝土表面沖磨與空蝕通常不是單一出現的，在復雜的水流中，推移質和懸移質通常會同時存在，只是占比及破壞程度不同，在這些主要介質作用下，沖磨和空蝕會同時產生、相互促進。在實際工程應用中，不能單一地按缺陷表現形式來簡單判斷，應綜合分析河流所處水系、水工混凝土建筑物所在庫區的汛期泥沙含量組成、汛期過流時長和頻次等，判斷其沖磨和空蝕形成的主要介質和原因。

成功處理沖磨和空蝕的方法應建立在清楚判斷主要介質、修補環境和設計要求的基礎上，不同的外部條件下，處理方法也有所差異，常用的判定依據和處理方法如表8所示。

表8 沖磨與空蝕劃分及處理Table 8 Classification and treatment of abrasion and cavitation

3.4 混凝土結構補強處理

混凝土結構補強處理包含內容較廣，本研究僅對水工混凝土建筑物中的結構補強部分進行探討。水工混凝土建筑物中需進行結構補強的缺陷通常有混凝土內部不密實、低強混凝土、需要特殊加固的結構等。

3.4.1 混凝土內部不密實

混凝土內部不密實通常采用鉆孔法和超聲波法進行檢測，國內目前還沒有統一的判定標準，需根據各個項目實際情況和設計要求制定判定處理依據。混凝土內部不密實常采用灌漿處理法，在灌漿處理時，優先采用水泥灌漿，化學灌漿作為補充。對于重要部位，如泄水建筑物中的高速水流區，有條件則建議將不密實混凝土局部鑿除；對于一般部位，沒有外觀要求且面積較大區域，可鑿除后采用同標號或提高一個標號的二級配混凝土回填，或采用噴射混凝土處理。

3.4.2 低強混凝土

低強混凝土一般認為是實際標號未達到設計強度要求的混凝土，在實際工程中，通常采用取樣抽查和無損檢測兩種方法檢查。根據所處部位，其處理方法也有所區別，建筑物結構或構件的低強混凝土可采用增大截面法及粘貼鋼板、碳纖維法等進行處理，大體積低強混凝土可采用置換混凝土法處理。無論采用何種方法處理，關鍵是如何保證修復材料與建筑物聯結牢固，不會發生脫落、破損，保證結構完整性，滿足設計要求。

3.4.3 特殊結構加固

水工混凝土建筑物中，部分混凝土構件由于受彎和受壓，結構強度或剛度等不滿足設計要求，需采用特殊措施進行加固處理，加固范圍可以按整體構件或其中某獨立區域段確定，也可按指定的結構、構件或連接確定，但均應考慮該結構的整體牢固性。結構加固分為直接加固和間接加固兩類，在水工混凝土建筑物結構加固中，兩種方法均會使用，應按實際條件和使用要求選擇。常見的結構缺陷和處理方法見表9。

表9 結構缺陷分類及處理Table 9 Classification and treatment of structural defects

3.5 混凝土結構水下修補處理

混凝土結構水下修補處理屬于水下專項技術，與水上施工差異較大，通常需要潛水員配合作業。水下修復加固技術包括水下清理、水下切割鑿除、水下鉆孔、水下錨固和水下貼鋪等，已在多項工程中得到成功應用。實際工程應用中，需根據工程情況采用相應技術進行處理，見表10。

表10 水下修補處理技術分類Table 10 Classification of underwater repair technologies

4 加固理論與規范

4.1 加固理論

自1824年波特蘭水泥問世以來，混凝土作為一種優良的建筑材料在各個行業得到廣泛應用。我國從葛洲壩、丹江口、新安江、大廣壩和黃龍灘等大中型水電工程修建中積累和總結出了一系列有效檢測與處理缺陷的方法。國內外研究機構對各類缺陷的成因也做了深入研究，取得了一系列成果，但目前加固論著中以預應力法、增大截面積法、粘貼鋼板或碳纖維法等系統理論研究居多，水工混凝土缺陷系統研究的成冊出版論著較少，多為單類別缺陷研究，以各專業委員會論文集為主，國內有代表性的水工混凝土建筑專業論文集有《水工混凝土建筑物檢測、評估與修補加固年會論文集》《水工及水電站建筑物專業委員會年會論文集》《地基與基礎工程專業委員會化學灌漿分會年會論文集》等。近年來隨著項目實踐，多部具有指導意義的規范也由相關設計和施工單位相繼編寫出版，為后續工程提供了規范性依據。

4.2 近年出版的規范

對于水工混凝土建筑物中涉及到的缺陷處理，從缺陷評估、修復材料、施工工藝和施工后檢測等方面陸續總結出了多項規范成果，這些規范在后續的工程應用中起到了較好的指導和規范作用。

4.2.1 缺陷評估類規范

水工混凝土建筑物投入運行前及運行中，為了做好水工混凝土建筑物的維護工作，規范其存在缺陷的檢測、評估程序和方法，保證及時、準確地處理缺陷，特制定此類規范。此類規范針對性、專業性較強，主要規范見表11。

表11 缺陷評估類主要規范Table 11 Main standards on defect evaluation

4.2.2 修復材料類規范

水工混凝土建筑物缺陷處理中通常會涉及到諸多材料，在實際應用中，由于歸口標準和應用規范不一，會造成多種檢測結果或不符合設計要求的結果，給工程施工中的材料合格判定帶來一定困擾。國內目前已細分了多類材料的檢測規范或規程，有的規程給出了具體的性能指標，有的僅提供檢測依據和方法，在項目實踐中，應根據實際情況應用。如聚氨酯灌漿材料標準，其部分指標僅包含堵水型，而未包含目前市場上使用也比較廣泛的補強型，因此在材料選擇時，除了借鑒產品標準外，還應根據設計要求與實際工程應用目的進行選擇。現有主要相關規程、規范見表12。

表12 修復材料類主要規范Table 12 Main standards on repair material

4.2.3 施工類規范

水工混凝土建筑物加固處理時，因專業性強，若沒有規范的流程，不能保障缺陷處理效果。目前已編制頒布的水工混凝土建筑物缺陷處理施工規范見表13。

5 部分工程案例

5.1 小灣水電站壩體混凝土裂縫處理

小灣水電站為雙曲拱壩，壩高294.5 m，裝機4200 MW，系瀾滄江中下游河段規劃八個梯級中的第二級。在廊道巡查中發現數條橫河向裂縫，經檢查發現，裂縫分布范圍廣、規律性強。為了滿足拱壩結構運行安全要求，選用環氧材料作為補強處理材料，采用“低壓慢灌”的工藝進行專項化學灌漿補強處理，灌漿后采用多種檢查手段對補強效果進行驗證，結果均滿足設計要求，為類似大體積水工混凝土建筑物出現裂縫時采用化學灌漿補強處理提供了借鑒經驗。

5.2 瀘定水電站泄洪洞混凝土裂縫修補施工

瀘定水電站2號泄洪洞洞身混凝土澆筑施工完成后出現裂縫，包括表層干燥裂縫、貫穿性滲水裂縫，滲水裂縫伴隨有鈣析現象。為保證泄洪洞的安全運行，根據工程實際情況及相關技術規范和設計要求，對縫寬小于0.2 mm的表層干縫不予處理，對縫寬大于0.2 mm的干縫及所有貫穿性滲水裂縫采用化學灌漿方法進行修補。施工完畢后采用表觀檢查和取芯檢查結合的方式確認處理效果，發現干縫充填飽滿、滲水縫無滲水，各項指標均符合要求。

表13 施工類規范Table 13 Main standards on construction

5.3 三峽水利樞紐左岸電站廠房結構縫滲漏處理

三峽水利樞紐左岸電站廠房為壩后式廠房，下游二期圍堰、左岸廠房基坑及左岸電站尾水渠進水后，電站廠房下游副廠房和44.0 m高程交通操作廊道的部分機組段間永久結構縫出現滲水。為使電站廠房后續運行時有一個安全、干燥、清潔的運行環境，對該滲漏結構縫采用了“以堵為主、堵排結合”的處理方案，以LW聚氨酯灌漿材料作為封堵材料，采用高精度鉆孔和拔管施工法等新穎的灌漿施工工藝，成功有效地處理了結構縫滲水，且未損壞結構縫任何止水片，灌漿處理取得了理想效果。

5.4 大朝山水電站大壩橫縫漏水化學灌漿處理

大朝山電站9～10號壩段橫縫827 m高程處自庫區蓄水后就出現漏水現象，經查驗主要為橫縫損壞，且自2006年后有滲漏逐年增大的趨勢，最大觀測值達到125 L/min，急需進行封堵處理。根據大壩實際情況，采用壩頂騎縫鉆設倒垂孔、灌注LW材料的方式進行隔離止水，灌漿過程采用拔管灌漿工藝進行。經壩頂倒垂孔灌注后，827 m高程廊道原漏水引流管無滲水，827 m、832 m、860 m、871 m高程廊道觀測點均沒有發現滲漏情況。

5.5 向家壩水電站泄洪消能建筑物抗沖磨保護處理

向家壩水電站泄洪消能建筑物分別于2012年、2013年、2014年、2015年進行了水工混凝土區集中抗沖磨保護處理。泄洪消能建筑物于2012年初投入運行，由于泄洪壩段仍處于施工期，施工產生的廢棄物（如鋼管、廢舊鋼筋和混凝土骨料等）掉落到中孔和消力池中，成為消力池的主要磨蝕介質源。由于向家壩水電站泄水建筑物采用了“高低跌坎底流消能”形式，掉入消力池中的雜物在橫軸旋滾水流作用下磨蝕更為明顯。汛后檢查發現，中孔部分有輕微磨蝕，消力池底板跌坎前池部分有少量混凝土粗骨料外露，跌坎立面有部分磨損。首次保護處理時，按“多磨少補、寧磨不鑿”的原則，采用環氧膠泥、環氧砂漿對混凝土表面進行抗沖磨保護處理。2013年汛后抽干檢查發現，中表孔總體良好，有部分劃痕及砸坑，消力池底板前池環氧砂漿有明顯磨損，對底板混凝土起到了較好的保護作用。2013年、2014年、2015年連續采用同樣的方法對泄水建筑物進行保護處理，并加大了保護處理面積，取得了滿意的效果。

5.6 二灘水電站泄洪洞抗沖磨處理

二灘水電站1號泄洪洞2號摻氣坎下游至出口段底板、邊墻，在高速水流及其推移質的不斷沖刷作用下，洞身混凝土出現了大面積損壞，其中：底板混凝土襯砌大面積損壞，局部完全損毀，外露基巖；邊墻4 m以下區域磨損嚴重，大多外露粗骨料，4 m以上區域磨損程度較輕，大多外露細骨料、無混凝土乳皮、手感粗糙，需進行抗沖磨修復保護處理。經對比篩選，最終確定1號泄洪洞底板修復采用C60硅粉混凝土襯砌，邊墻4 m以下范圍采用環氧砂漿修復保護處理，處理后經過多個汛期，未出現修補的環氧砂漿塊脫落、損壞現象。

5.7 納子峽水電站面板接縫表面凍融破壞處理

納子峽水電站位于高海拔寒冷地區，面板接縫表面采用三元乙丙橡膠板作為防護蓋板。大壩運行一年后，對水庫水面以上面板進行檢查時發現，面板垂直縫及周邊縫表面止水塑性填料不飽滿，變形較為嚴重，表面防護蓋板存在沿兩側固定端撕開破損現象，防護蓋片接頭搭接部位出現開裂或撕裂破損，水庫蓄水前已處理過的水位變幅區面板裂縫存在防滲膠帶、彈性涂層與混凝土面開裂剝離現象。為防止面板混凝土凍融破壞，采用涂刷保護法進行處理，恢復表面止水鼓包結構，采用聚脲+胎基布直接粘貼覆蓋處理工藝，解決了因面板變形帶來的表面止水結構破壞，有效保護了表面混凝土。

5.8 漫灣水電站水墊塘沖蝕水下處理

漫灣水電站水墊塘自1993年度汛以來，經過近12個汛期的運行，發現其底板產生了嚴重的沖蝕、磨損，形成了沖坑、沖溝、鋼筋裸露和架空等缺陷。受運行條件的限制，每天只能在夜間停機5～6 h進行修復處理，且要求水下修復處理后1～2 h就能進行發電，修復面不能被發電水流破壞。2003年，分別采用PBM和快硬水下不分散混凝土進行修補，采用水面機械拌和、吊罐法澆筑快速施工工藝。運行兩個汛期后檢查發現，PBM完全滿足要求，快硬水下不分散混凝土抗沖蝕性能稍差。

6 加固技術展望

6.1 材料

水工混凝土建筑物加固補強處理材料經過幾十年的發展，從無機材料、高分子有機材料到無機-有機復合材料，基本品種都覆蓋了修復加固應用領域。國內外對比發現，我國在材料研發及應用方面已取得了許多成功的經驗，但仍有一定的提升空間。

6.1.1 材料研發環保化

水工混凝土建筑物缺陷處理中，聚氨酯、環氧樹脂、丙烯酸鹽和水玻璃四大類是應用最多、最廣泛的材料，這四類材料除水玻璃外均為有機高分子材料，曾一度讓人“談虎色變”，被貼上了“化學=有毒、有害、危險”的標簽，這是不科學的認識。在材料實際應用中，有機高分子材料早年由于技術局限、生產工藝落后，確實有一定的不環保性，但隨著工藝技術的提高，研發生產符合環保要求的材料成為大勢所趨，各科研機構及企業從低毒、無毒原則及耐久性原則出發做了大量的研究工作，取得了一定的成果。如水溶性聚氨酯灌漿材料采用高閃點稀釋劑，可使整個體系揮發性更小；環氧砂漿、環氧膠泥材料采用致敏性更低的活性稀釋劑等。人們認識和研發環保型材料是一個長期持久的過程，也是今后各家科研機構、企業努力的方向。

6.1.2 材料資料規范化

以聚氨酯、環氧樹脂和丙烯酸鹽為代表的有機高分子材料在項目應用中，施工單位屬跨專業應用，對各種材料特性認識有限，存在一定的使用安全風險，且難以保證施工質量。使用時除供應商提供的說明書外，其余資料信息少之又少，而說明書中列出的信息僅為簡單的特點、性能指標和簡略施工方法等，對現場參考意義有限。因此，參照國外成熟經驗，應為現場提供“兩書一表”，即產品說明書、施工作業指導書和化學品安全技術信息表（SDS）。說明書和作業指導書可從力學指標及工藝方面為現場提供參考，SDS可從材料理化參數、燃爆性能、對健康的危害、安全使用貯存、泄漏處置和急救措施等16個方面提供詳實的描述，為現場安全施工提供參考。三份資料可為現場安全施工、保質施工提供有效支撐，目前國內雖尚未強制要求執行，但隨著相關法律、法令的健全，提供“兩書一表”將會成為一個常態化要求。

6.1.3 材料應用細分化

我國基建項目較多，涉及的行業也較多，材料在不同行業的混凝土加固中應用時，存在引用標準不準、適用標準不當等問題，原因之一是我國的標準目前尚未有專門規定對材料應用領域進行細分或禁止，雖在GB/T 51320-2018《建設工程化學灌漿材料應用技術標準》中對丙烯酰胺灌漿材料做了嘗試性規定（因其毒性禁止使用），但其他標準還未有類似的細分和規定。在后續的工作中，應鼓勵科研機構、專業企業多參與制定、修編細分標準，為工程應用選材提供參考，國家也應出臺相關要求，對需要強制性要求的領域采用強條規定。

6.2 工藝技術

6.2.1 工藝技術規范化

水工混凝土建筑物加固處理時，由于評估檢測標準不一、施工過程不規范、施工后檢測方法不統一，易造成工藝流程不規范、評判標準參差不齊。因此，施工規范化、標準化就顯得尤為重要。對比美國和日本，我國的規范更加貼近施工，僅原則性規定了流程，強制條文很少，較符合目前的國情，只是根據項目具體情況有所側重。建議在后續的項目執行中，加強工藝技術規范化的宣貫、落實，盡可能采用并參照已有的規范、規程執行，使相關技術工藝更好地應用于工程建設。

6.2.2 工藝技術人員隊伍專業化

水工混凝土建筑物缺陷處理專業性、技術性極強，除選擇合適的材料和工藝技術外，專業隊伍、專業人員的選擇也非常重要。在施工過程中，施工質量的保障與操作人員密不可分。施工人員流動性強、專業性差是目前的現狀，經濟指標通常是項目單位選擇作業隊伍的重要依據，作業隊伍低價中標是常態，任由其發展將成為惡性循環，最終損害業主及項目的利益。在后續的工作中，國家應出臺相關政策，鼓勵、扶持專業技工人員培養和資格認定，行業內應加強作業公司的資質管理；其次，應從入門標準上設置區分度，改變唯商務指標選擇的現狀，讓真正技術實力、專業實力強的施工公司參與進來，促進工藝技術人員專業化的良性發展。

6.3 設備

6.3.1 “以人為本”理念在設備研發中的體現

設備在施工過程中扮演著不可替代的角色，是施工組織的重要組成部分。在以往的施工中，更多關注設備的效率、效能，隨著工業技術的發展，設備研發從以往的效率、效能轉向自動化、集成化、環保節能化，同時可靠性、安全性、舒適性也得到了高度重視，甚至提出了全生命周期設備的概念。水工混凝土缺陷加固處理中，應用的設備屬于中小型甚至微型設備，如化學灌漿泵。因施工場地等限制，設備需具備便于搬運、對環境適應性好等特點，因此敞開式簡單設備較為常見，在廊道、輸水隧洞等相對密閉空間中，對操作人員和環境環保均不利。新型革新設備對配料、加料、壓漿系統在密閉性方面做了重大改進，不僅有利于施工人員的安全操作，也有利于環保，“以人為本”的理念在設備研發中也得到了體現。

6.3.2 綠色機械概念

綠色機械是近年提出的一個新名詞，報廢后的機械將造成環境污染，而不污染環境的報廢機械稱為綠色機械。施工必然會有機械設備，設備從投入使用到報廢都會對環境產生不可避免的影響。在項目結束后，除可以轉場繼續使用的設備外，現場會滯留各式各樣報廢的機械設備，大到吊裝設備，小到缺陷處理的灌漿設備等，如何使這些設備在報廢后不對環境造成污染，這就給設備研發廠家提出了新的要求。為保護人類的生存環境，研究綠色機械是必要的，未來綠色機械將更加普遍。