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

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。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

2、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- 1 -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，

3、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 125.0MPa GB/T17671-1999/设 计抗 拉 强 度 13.7MPa GB/T2568-1995/设 计抗 冲 磨 强 度 7.66hkg/m2 SD105-82515-80/设 计抗 冲 击 性 2.1KJ/m2 GB/T2571-1995抗 压 弹 性 模 量 2.15GPa GB/T2569-1995线 性 热 膨 胀 系 数 9.210-6/ GB/T2572-1981/设 计碳 化 深 度 0.86mm GBJ82-1985老 化 性 能 137.0MPa GB

4、/T17671-1999 800h 后 抗 压 强 度不 透 水 系 数 19.6MPah DL/T5150-2001吸 水 率 0.18% GB/T1462-1988苯 0.2g/kg 5甲 苯 二 甲 苯 0.01g/kg 200毒 性物 质含 量 总 挥 发 物 17.5g/L 750参 照 室 内 装 修 材 料测 试 方 法- 2 -NE-型环氧砂浆主要特性：（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，首

5、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 2.4 4.8 5.6 6.3最小值 0.7 0.5 1.4 1.2平均值 1.6 2.2 2.9 3.5离差系数 0.27 0.31 0.17 0.19表 3 几种混凝土基面处理方法的效率和优缺点- 3 -方 法 效率（m 2/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 801

6、20 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。3.2.2 基 面 处 理 与 技 术 要 求 基面处理固定厚度标尺涂刷 基 液 配制基液间隔 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- 4 -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

7、 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 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

8、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，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- 5 -实抹平提浆等关键工序。对底板较

9、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 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 施工检测结果统计试 验 实 测 值 （ MPa）检 测 项 目设 计 值（ MPa）组 数最 大 值 最 小 值 平 均 值S（ MPa）Cv P（ ） 合 格 率（ ）抗 压 强 度 80.0 50 133.6 84.6 108.2 11.9 0.11 99.1 100粘 结 拉 拔 强 度 4.0 30 6.2* 1.0* 3.65* 100平 整 度 检 测 3/5mm 60 100厚 度 检 测 7mm 60 100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

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