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1、紫坪铺工程泄洪排沙洞抗高速水流冲磨蚀修补及震后修复张涛1 郭双2 黄俊玮1 1.中国水电十一局郑州科研设计有限公司 2. 河南省建设集团有限公司 【摘要】 本文介绍了紫坪铺水利枢纽泄水建筑物受到高流速水流冲磨蚀破坏和修复处理所采用的新技术，并对该工程“5.12”震后的恢复重建修复处理进行了综述。本文所述的抗冲磨蚀保护和修复新材料技术为同类工程抗高速水流冲磨蚀保护和修复处理提供了很好的借鉴。【关键词】高流速 泄水建筑物 冲磨蚀 环氧砂浆 保护修复1 工程概况紫坪埔水利枢纽工程位于四川省都江堰渠首工程的上游6km处，是以灌溉、供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大（）型水利枢纽工程
2、。主要建筑物包括156m高钢筋混凝土面板堆石坝、4条引水发电洞及进水塔、1条冲砂放空洞、2条泄洪排砂洞及进水塔、非常溢洪道、地面发电厂房等。水库总库容11.12亿m3，装机容量4190MW。两条泄洪排砂洞是由原导流洞以龙抬头方式改造而成，设计最大流量为1667 m3/s，最高流速为45m/s。其中，导泄结合段的洞身为钢筋混凝土衬砌，侧墙5.35m以下全断面采用C50硅粉砼，底板面层50cm全断面采用C50硅粉砼。经2002年一个运行期的导流，在高速水流及推移质的冲刷磨蚀作用下，混凝土衬砌表层磨损较为普遍，局部出现冲蚀坑槽，为确保工程的长期安全运行，需要对冲磨蚀破坏部位进行处理。2 设计要求和材
3、料选择借鉴国内类似工程的先进修复经验，通过对多种方案的考察与论证，设计文件对该工程冲蚀破坏处理所选取的材料种类、施工部位和范围均作出了明确规定。2.1处理方案2.1.1底板和边墙的渗水处理采用化学灌浆止水堵漏。 2.1.2 局部冲蚀坑处理面积大于1m2、深度超过10cm的冲坑，先将混凝土表面清理干净后，再安装间距为30cm30cm、孔深为50cm的16树脂锚杆，布设20cm20cm的16钢筋网，回填浇筑C50细石混凝土；面积小于1m2或深度小于10cm的冲坑，将混凝土表面清理干净后，回填环氧混凝土。2.1.3边墙和底板保护层处理边墙5.35m以下涂抹7mm环氧砂浆抗冲磨保护层，面积为，底板涂抹
4、20mm厚的环氧砂浆抗冲磨保护层。2.2材料的性能要求聚氨脂浆材：抗拉强度4.0MPa，遇水膨胀倍数100%，伸长率100%。环氧混凝土：抗压强度60.0MPa。环氧砂浆：抗压强度80.0MPa，抗拉强度12.0MPa，抗冲磨强度7.0 h/kg/ m2，线性热膨胀系数1510-6/0C，无毒无污染、符合环保要求。2.3抗冲磨材料的选择结合国内水利工程实践经验，经试验对比和工艺性试验研究，最终选用了目前处于国内领先水平的NE-型环氧砂浆材料进行表面抗冲磨防护处理。表1 NE-型环氧砂浆的各项主要性能检测项目技术指标标准、依据备注抗压强度125.0MPaGB/T17671-1999/设计抗拉强度
5、13.7MPaGB/T2568-1995/设计抗冲磨强度7.66hkg/m2SD105-82515-80/设计抗冲击性2.1KJ/m2GB/T2571-1995抗压弹性模量2.15GPaGB/T2569-1995线性热膨胀系数9.210-6/GB/T2572-1981/设计碳化深度0.86mmGBJ82-1985老化性能137.0MPaGB/T17671-1999800h后抗压强度不透水系数19.6MPahDL/T5150-2001吸水率0.18%GB/T1462-1988毒性物质含量苯0.2g/kg5参照室内装修材料测试方法甲苯二甲苯0.01g/kg200总挥发物17.5g/L750NE-型
6、环氧砂浆主要特性：（1）具有良好的施工性能，常温条件下类似于水泥沙浆施工方便快捷，施工面平整光洁。（2）与混凝土的匹配性良好，具有较小的线性热膨胀系数和较低的弹性模量，不宜因两者的变形性能不一致而出现破坏现象。（4）具有良好的耐久性，抗老化性能和抗碳化性能优良。（5）无毒、无污染，符合现代环保要求。3 施工技术研究与实践1#导流洞的环氧砂浆施工工程量为11000m3，总工期约75天。由于工程量大、工期短、专业性强且洞内交叉干扰严重，为此业主和总承包商综合考评选择了中水十一局郑州科研设计有限公司这一专业队伍承担了此项施工任务。3.1混凝土基面处理方法的试验研究与优选为保证环氧砂浆的施工粘结效果，
7、首先必须对混凝土基面进行糙化处理。由于整个1#泄洪排砂洞改造工程工期很紧，环氧砂浆与洞内混凝土工程交叉施工，干扰严重。在施工中如果采用效率高但污染严重的喷砂法处理混凝土基面，势必对洞内混凝土施工进度造成严重影响，这是业主所不允许的。为此，在确保施工效率和质量的前提下，必须找到一种对外界几乎没有干扰的混凝土基面处理办法。经过多次现场试验研究（研究成果见表2和表3），最终选定采用金刚石磨轮和电动钢丝刷联合处理基面。施工实践证明，此方法成本较低、操作灵活、对周边干扰小，比较适合中于交叉作业的施工条件。表2 几种基面处理的粘结拉拔强度混凝土糙化处理方法钢丝刷毛凿毛机凿毛风砂喷毛磨轮+电动钢丝刷最大值2
8、.44.85.66.3最小值0.70.51.41.2平均值1.62.22.93.5离差系数0.270.310.170.19 表3 几种混凝土基面处理方法的效率和优缺点方 法效率（m2/台班）优 缺 点钢丝刷刷毛3050操作灵活、损耗少，但效率低、效果差凿毛机凿毛510效率低、劳动强度大、不均匀、易扰动骨料风 砂 喷 毛80120效率高、效果好，但污染严重磨轮+电动钢丝刷4080效果好，但劳动强度和损耗较大3.2施工研究与技术要求3.2.1工艺流程 结合该工程特点，为保证施工质量和进度要求，在正式施工之前首先对施工的程序进行了着重研究，并制定了严格的工艺流程。基面处理固定厚度标尺涂刷 基 液配制
9、基液间隔2060min间隔1050min抹环氧砂浆配制砂浆压实找平厚度检测 不合格合格环氧砂浆光面清理工器具施工流程图3.2.2基面处理与技术要求 为了获得良好的施工效果，就首先需要把混凝土面除处理好，并满足技术要求：渗水、漏水部位，用化学灌浆止水堵漏；对冲蚀坑槽，用环氧混凝土回填补强；用电动磨轮磨除混凝土表面乳皮和粘附在表面的污染物、薄弱层及松散颗粒，气泡孔内的泥浆清除干净，基面需外露新鲜骨料；用电动钢丝刷和高压风清除干净混凝土表面上的砂粒、粉尘和其它污染物；根据混凝土基础面的干湿状态选用不同型号的环氧砂浆材料；3.2.3材料的拌制与施工 施工用的主要材料包括底层基液和环氧砂浆两个系统，如果
10、在材料的拌制和施工工程中出现差错或控制不严，就会严重影响施工质量。为减少称量误差、简化施工中的操作程序和提高施工效率，通过室内试验研究和现场工艺性研究，决定对材料采用双组分半成品包装，把各组分材料的称量、拌制与加工等繁杂环节提前在生产车间内进行，施工现场把两个组分按一定比例混合搅拌均匀即可施工使用。施工中每个环节的好坏都对整体的施工质量都起着致关重要的作用。就如看似简单的材料混合搅拌操作，如果搅拌时间较短，可能就会搅拌不匀，出现“加生”现象，降低粘结性能；如果搅拌时间偏长，就会导致基液发热，甚至出现暴聚现象，影响基液的施工性能和粘结效果。因此，这些操作程序及技术要求，在正式施工之前就必须结合现
11、场的气温、环境等具体条件进行专项试验研究和论证，并详细、明确的制订出施工中的各项技术要求与操作程序。环氧砂浆施工时，将拌制好的环氧砂浆用抹刀按设计要求的厚度涂抹到已刷好基液的基面上，涂抹时尽可能同方向连续摊料，并注意衔接处压实排气；边涂抹、边压实找平，表面提浆。用于砼表层修补时，要先将砂浆用力摊铺压实，然后用抹刀拍打出浆，对边角接缝处要反复找平；必要时，用拍打出来的浆液填充细微接缝，并反复压实，消除缝茬，保证连接的平滑性。4 施工质量控制与检测基面处理施工时，表面必须磨除乳皮、污垢，外露新鲜骨料，气泡孔内的泥浆等杂物应刷除干净，方可进行下道工序的施工。施工期间用2m标准直尺靠检施工层面发现问题
12、，及时采取补救措施。保证最终施工面满足设计要求，无接缝、麻面、下坠等异常现象。施工时侧重压实抹平提浆等关键工序。对底板较厚部位采取分层压实或机械振捣的办法，并根据环氧砂浆的密度来控制涂层密实度。保证拉拔检测试验不断裂在环氧砂浆自身。本工程施工所用环氧砂浆由中水十一局郑州科研设计有限公司自行研发生产，是国家方面发明专利产品，经国家建筑材料测试中心检验各项力学性能指标均满足设计要求，且施工抽检各项指标均达标。施工期间对材料的抗压强度、粘结拉拔强度，施工平整度、厚度及时进行现场抽检。粘结拉拔强度的检测方法是采用进口DYNA-Z15型液压拉拔仪进行现场拉拔试验，由监理工程师随机抽样30个测点，左、右边
13、墙和底板各抽取10个测点，检测过程中只有一个点从环氧砂浆和混凝土结合面断裂（粘结拉拔强度为4.5MPa），其余测点均断裂在混凝土本体中，符合设计要求。表4 施工检测结果统计检测项目设计值（MPa）组数试验实测值（MPa）S（MPa）CvP（）合格率（）最大值最小值平均值抗压强度80.050133.684.6108.211.90.1199.1100粘结拉拔强度4.0306.2*1.0*3.65*100平整度检测3/5mm60100厚度检测7mm60100注：.表中“4.0”表示设计值为大于4.0MPa或拉拔试件断裂在砼本体。.表中标注“*”的数据表示该试验的拉拔试件全部断裂在砼本体。5 小结1)
14、 NE-型环氧砂浆在紫坪铺水利枢纽工程1#、2#泄洪排砂洞进水塔闸室段、导泄结合段及挑流鼻坎段边墙、溢洪道挑流鼻坎底板与边墙冲砂以及放空洞挑流鼻坎段边墙等部位应用，总施工面积约25000余m2，各项检测指标均满足设计要求。2) 环氧砂浆修复区域至今已经过了57年的运行，修复处理效果理想。6 震后修复2008年5月12日，四川省境内发生了震惊中外的“5.12”汶川大地震。紫坪埔水利枢纽工程距离震中仅30余公里，大坝、过水建筑等设施均受到了不同程度的损坏。我公司人员在震后第一时间投入了震后检查工作。通过认真检查发现，大坝混凝土面板出现不同程度的裂缝；泄洪洞、溢洪道等过水建筑混凝土结构出现有裂缝、局部错台、结构缝处环氧砂浆局部掉块以及局部混凝土出现冲蚀坑槽等不同形式的破坏。为确保大坝安全蓄水，需要及时进行修复处理。6.1 大坝裂缝检查修复大坝裂缝处理的主要内容有：裂缝调查、化学灌浆、涂刷水泥基渗透结晶渗透材料、取样检测。修复工作于2008年6月15日开工，7月20日完工， 历时35天。6.1.1 裂缝调查2008年5月16日现场勘察统计，
