山區河流航電樞紐工程水下缺陷的修復

蒲 洪 陳麗麗 曹 磊

（四川江源工程咨詢有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

大壩、橋梁、航電樞紐等水下建筑物，常年承受流水沖刷侵蝕，其混凝土缺陷非常普遍。很多工程水下混凝土的破損長期以來未得到有效地解決，對混凝土結構形成很大的危害。混凝土一旦出現裂縫等缺陷，就會降低混凝土的強度，縮短使用壽命；就會導致滲漏、消力池損壞等結構失穩現象發生；就會影響樞紐運行安全，水下建筑物的損毀，對人民的生命財產安全造成巨大威脅[1]。因此，對混凝土水下建筑物缺陷的修補就顯得十分重要。本文以山區河流航電樞紐工程為例，介紹水下缺陷修復技術的應用。

1 航電樞紐工程水下缺陷概述

嘉陵江四川境內航電樞紐工程建成于本世紀00年代。經過多年的運行，由于受嘉陵江水流長期磨蝕、沖刷，各航電樞紐沖砂泄洪閘的閘室底板、閘室邊墻、門槽底板、護坦等面層混凝土均出現了不同程度的破損。

（1）四川嘉陵江新政航電樞紐工程于2006年投產運行，經水下檢測，發現樞紐工程沖砂泄洪閘及消力池底板存在一定程度的破損（最大損毀深度達33cm），1#~6#消力池尾坎沖刷較嚴重（沖刷深度達3.4m）。新政樞紐沖砂泄洪閘及消力池底板的缺陷表現為混凝土局部的沖刷、鋼筋保護層磨蝕、鋼筋銹蝕裸露等。閘室底板、護坦破損情況見圖1。

圖1 新政航電樞紐閘室及護坦破損情況

（2）金溪航電樞紐工程于2006年投產運行，經水下檢測，發現沖砂泄洪閘及消力池底板存在一定程度的破損。金溪航電樞紐20孔沖砂泄洪閘底板及門槽，僅7#、12#兩處無破損，其余18 孔均有多處破損，破損深度最深為28cm，破損范圍呈現點狀分布，每處破損尺寸長寬不超過1m（三處破損范圍長度為1.3m）；閘底板及門槽缺陷表現為混凝土局部的沖刷、鋼筋保護層磨蝕、鋼筋銹蝕裸露等。3#～5#泄洪閘下游消力池底板也存在破損情況，部分破損區域除前面所述缺陷外，還出現了鋼筋網裸露、懸空甚至斷裂現象，破損區域尺寸為28.5m×17.4m×0.65m。金溪航電樞紐破損情況見圖2。

圖2 金溪航電樞紐閘室及護坦破損情況

（3）四川嘉陵江小龍門航電樞紐工程于2008年投產運行，經水下檢測，發現沖砂閘消力池底板、側墻存在一定程度的破損，破損表現為鋼筋大面積暴筋（面積32.60m×17.70m）、局部沖坑、鋼筋網出露、鋼筋銹蝕、最大沖刷深度0.3m；破損情況見圖3。

圖3 小龍門航電樞紐閘室消力池底板破損情況

（4）四川嘉陵江桐子壕航電樞紐工程于2003年投產運行，經水下檢測，發現有沖砂泄洪閘、護坦、邊墻的混凝土破損及沖砂泄洪閘護坦尾坎齒槽后側存在較嚴重的沖刷。沖砂泄洪閘的閘室底板、門槽底板及護坦邊墻、面層混凝土存在局部破損38處，其中較大的破損位于1#沖砂閘右側門槽底板處（長度175cm、寬度50cm、深度32cm）及護坦邊墻處（長度115cm、寬度35cm、深度115cm）。破損表現為沖砂泄洪閘底板、護坦面層及邊墻混凝土局部的沖刷、鋼筋保護層磨蝕、鋼筋銹蝕裸露等。破損情況見圖4。

圖4 桐子壕樞紐沖砂泄洪閘破損情況

為方便比較和研究，現將各樞紐建筑物水下缺陷具體情況匯聚于表1。

表1 各樞紐水下缺陷破損情況

2 水下修復材料特性

用于混凝土缺陷的修復材料比較多，主要有水下混凝土、聚合物水泥砂漿、快速堵漏材料、彈塑性密封材料等，但上述大部分材料均只能用于干燥環境。而水利水電工程中的混凝土缺陷經常出現在水下，待修復的缺陷部位一般不具備干燥施工條件，這就需要選擇適用于水下混凝土缺陷修復的材料[2-3]。

最近10多年，各科研院校、設計單位、施工單位等研制出了一系列可用于水下修補的材料如聚合物混凝土、水下不分散混凝土、SXM水下快速密封劑、環氧砂漿等，并在水下修復工程中取得了較為理想的成效[2]。

（1）聚合物混凝土是通過環氧樹脂、聚氨酯等高分子材料來改善混凝土的可灌注性，具有很高的強度和韌性，可以在冬季低溫條件下發生水化固化反應，但是聚合物混凝土使用的高分子材料在長期與水接觸下可能對水體產生不可預料的影響，環保安全性尚不明確。聚合物混凝土曾在葛洲壩大江電廠排砂底孔沖坑處理、湖南柘溪電站大壩劈頭縫表面處理、云南漫灣電站水墊塘沖坑處理、青銅峽泄水孔底板淘空水下處理等工程中應用[4]。

（2）水泥基類的水下不分散混凝土是在普通混凝土拌合物中加入絮凝劑，從而在水泥顆粒之間形成架橋結構，增大吸附力，提高黏性，抑制混凝土拌合料的稀釋，增加拌合物的觸變性和保水性，減少骨料的沉降和離析，從而使混凝土在水下硬化前具有一定程度的抗分散性[5]。該材料在大連港碼頭、廣東省肇慶市景福圍中的大蓮塘險段的堤防加固等工程中均得到應用。

（3）水性環氧砂漿強度高，抗沖擊能力強，耐水、耐化學腐蝕和耐磨性好，抗凍性能優異，電絕緣性好，黏結強度高。水下環氧砂漿經常被用于水下工程的修補和加固，國內水下環氧砂漿經常被用于壩體開裂、沖蝕和剝落的修補等[7-9]。目前水性環氧砂漿已在三板溪水電站溢洪道邊墻及底板修復、藏木水電站閘墩、西霞院水庫泄洪洞、小浪底水電站等工程中應用，其有效性及抗沖磨防護效果已得到相應工程實例的有效驗證[10-11]。

各種水下修復材料特性對比見表2。

表2 水下修復材料特性對比

3 修復技術的應用

目前，針對水下建筑物的沖刷磨損、空蝕破壞問題，主要有兩種處理方式：一是沖坑深度、范圍較大區域，可采用抗沖磨混凝土修復；二是發生沖刷磨損和空蝕破壞時，采用環氧砂漿、聚合物砂漿等薄層材料進行修復。

從水下缺陷情況（表2）可以看出，各樞紐的水下缺陷主要集中出現在沖砂泄洪閘、消力池底板及邊墻等部位，缺陷呈現部位多、范圍廣、深度深淺不一的特點。為快速恢復嘉陵江上各航電樞紐沖砂泄洪閘、消力池、護坦等部位原設計功能及體型；盡量節約工程投資，降低損毀對樞紐運行的影響，需根據各部位水下缺陷的特點采取相應的修復措施。

（1）對于深度淺于10cm的混凝土淺層磨蝕，屬于薄層混凝土修復，修復材料的選擇應側重于黏結力、強度及抗沖刷能力均較強的材料，根據水下修復材料的不同特性和適用性，對于薄層混凝土修復可采用水性環氧砂漿進行修復。修復時為加強環氧砂漿與舊混凝土之間的結構，采用植筋的方式進行加固，施工前應布置C20插筋，間排距100cm×100cm梅花型，錨固長度50cm，外露55cm，按修復破損深度進行彎折。

（2）對于深度大于10cm的沖坑部位，修復工程量、部位均較大，若繼續采用水性環氧砂漿則價格較為昂貴，可選擇水下不分散混凝土（絮凝劑摻量為水泥用量的2.5%，摻加45kg/m3鋼纖維）進行修復，在混凝土中摻加一定比例的鋼纖維，提高其抗沖刷性、耐久性等。同時為加強新舊混凝土的結合強度，在澆筑混凝土前應對原有結構進行植筋處理。對于缺陷長寬小于2m 的部位，按間排距50cm×50cm梅花型布置C20插筋，錨固長度50cm，外露55cm，按修復破損深度進行彎折。對于缺陷長度、寬度均較大的部位，可按間距100cm×100cm梅花型布置插筋，錨固及彎折長度與前面一致。

4 結束語

針對山區河流各航電樞紐沖砂泄洪閘、消力池底板及邊墻水下缺陷部位，按照修復深度、部位的不同分別選用水性環氧砂漿、水下不分散混凝土（絮凝劑摻量為水泥用量的2.5%，摻加45kg/m3鋼纖維）進行水下缺陷修復。經過1~2個汛期的運行，再次對修復部位進行水下檢測，發現修復部位均未出現新的沖刷及剝落，充分證明上述兩種修復材料對缺陷的修復效果較好，可在類似的工程中推廣使用。