三峽永久船閘地面混凝土缺陷處理技術(shù)
2006-12-13 00:00
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摘 要：水工混凝土施工，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝等方面的原因，其質(zhì)量缺陷難以完全避免。以實例形式系統(tǒng)介紹了三峽永久船閘地面混凝土工程缺陷處理技術(shù)，包括表面缺陷、裂縫、止水滲漏及混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢查等，并對其缺陷成因、施工工藝及質(zhì)量評價進行了詳細闡述。實踐證明，三峽永久船閘采取的混凝土缺陷處理技術(shù)是可行的，其處理效果達到設(shè)計要求。沒有留下質(zhì)量隱患。對類似工程如何預(yù)防缺陷，出現(xiàn)缺陷如何處理具有一定的借鑒作用。
關(guān)鍵詞：混凝土；缺陷處理；永久船閘；三峽工程
1 概述
三峽永久船閘設(shè)計總水頭為113 m，單級閘室輸水最大水頭為45．2m。大面積混凝土表面為過流面，為保證安全投入運行，就必須保證混凝土表面平整、光滑、無缺陷。在混凝土施工過程中，由于模板固定不牢、拼接不嚴、安裝不規(guī)范等原因造成面板凹凸變形，混凝土振搗不足、不到位等因素造成混凝土出現(xiàn)超出規(guī)范要求的氣泡、麻面、蜂窩、錯臺、掛簾、表面凹凸等質(zhì)量缺陷。為確保船閘長期安全地運行，對其質(zhì)量進行了認真的檢查，然后根據(jù)不同情況進行了認真徹底的處理。主要內(nèi)容有混凝土表面缺陷處理、混凝土裂縫處理、止水滲漏處理及混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢查等。
2 混凝土表面缺陷處理
2．1 缺陷成因
?。?）三峽工程混凝土雖摻加了引氣劑，但其氣泡問題仍沒有徹底解決。
?。?）混凝土施工中不可避免地留下一些缺陷，如鋼筋頭、定位錐孔、接安螺栓孔等。
（3）施工工藝不夠嚴謹，如欠振、模板漏漿等造成局部蜂窩、麻面。
2．2 施工措施及施工工藝
2．2．1 分區(qū)
按照運行條件和功能，將需要處理的混凝土分為過流面和非過流面，過流面叉細分為高速水流區(qū)和低速水流區(qū)。高速水流區(qū)主要為閘室輸水廊道和各分流口等部位，低速水流區(qū)包括底板縱向出水支廊道、上游進水箱涵、下游泄水箱涵等部位，非過流面主要為閘首、閘室邊墻等。
2．2．2 施工措施
?。?）外露鋼筋頭、管件頭處理。高速水流區(qū)：將鋼筋頭、管件頭用砂輪沿混凝土面切割掉，用電鉆鑿深25mm后割除鋼筋頭、管件頭，再加鑿20 mml深后填預(yù)縮砂漿夯實抹平。低速水流區(qū)及非過流面：用砂輪沿混凝土面將鋼筋頭、管件頭切除，并研磨到混凝土面以下1～2 mm，刮環(huán)氧膠泥抹平。
?。?）麻面、氣泡密集區(qū)處理。過流面用環(huán)氧膠泥進行刮補，非過流面采用麻布砂漿施工工藝進行處理。
?。?）錯臺、掛簾等處理。采用砂輪打磨，使其與周邊混凝土平順連接。高速水流區(qū)順?biāo)飨蚱露炔欢赣?：30，垂直水流向坡度不陡于1：10；低速水流區(qū)順接坡度不陡于1：10；非過流面滿足美觀要求即可，坡度可放寬至1：1。
（4）蜂窩、孔洞等處理。將其周邊切割成規(guī)則形狀并鑿至混凝土密實面后，分層回填預(yù)縮砂漿。
2。2。3 施工工藝
?。?）預(yù)縮砂漿施工工藝。① 配合比見表1。② 設(shè)計力學(xué)指標(biāo)：抗壓強度不小于45 MPa；抗拉強度不小于2 MPa；與混凝土粘結(jié)強度不小于1．5 MPa。⑧ 施工工藝要求：修補厚度不小于25 mm；修補部位的老混凝土必須鑿毛洗凈，修補前要求表面濕潤；配制好的預(yù)縮砂漿必須在2～4 h內(nèi)用完，超過時間不準(zhǔn)使用；按分層鋪料搗實、逐層填補的程序進行。每次每層鋪料厚度20－30mm，用木錘搗實至表面出現(xiàn)少許漿液，各層用鋼絲刷刷毛以利結(jié)合，表面要求抹光。修補完成后，保濕養(yǎng)護7 d。
 ?。?）環(huán)氧膠泥施工工藝。① 配合比見表2。② 設(shè)計力學(xué)指標(biāo)：抗壓強度不小于45 MPa；與混凝土粘結(jié)強度不小于2．5 MPa。③ 施工工藝要求：修補基面必須清理干凈，保持干燥；修補時用抹刀將膠泥涂抹在粘結(jié)面上，來回刮或擠壓，將氣體排出，以保證填充密實，膠泥與混凝土面粘結(jié)牢固，最后進行收光。
?。?）麻布砂漿抹面施工工藝。① 配合比見表3。② 施工工藝要求：當(dāng)基面呈濕潤狀態(tài)時，即可用干凈的麻袋片粘托砂漿用力抹涂，抹面時應(yīng)采用螺旋形抹壓，以填滿基面縫隙；上述工序完成后，根據(jù)環(huán)境溫度，靜待0．5—1 h，然后用同比例干料進行1次抹面，以使砂漿變硬找平；待終凝后保濕養(yǎng)護7 d。
  2．3 質(zhì)量檢查和評價
質(zhì)量檢查采取現(xiàn)場目視、錘擊，并根據(jù)過程控制情況結(jié)合現(xiàn)場拉拔檢測進行檢查。修補后的混凝土表面平整，與老混凝土結(jié)合緊密，錘擊聲音清脆。根據(jù)現(xiàn)場拉拔檢測結(jié)果，粘結(jié)強度滿足設(shè)計要求。
永久船閘混凝土表面缺陷處理現(xiàn)場嚴格按照有關(guān)要求進行過程控制，表面平整度和修補材料的強度、同混凝土本體的粘結(jié)強度等經(jīng)檢查符合設(shè)計要求。對安全運行無影響。
3 混凝土裂縫處理
3．1 缺陷成因
?。?）一些部位分縫分塊尺寸過大，結(jié)構(gòu)薄弱且應(yīng)力集中。
（2）溫控措施不到位?；炷羶?nèi)外溫差較大，造成溫度裂縫。
3．2 裂縫分類
裂縫分類按照鋼筋混凝土的裂縫分類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，見表4。
 3．3 施工措施
按照灌漿→嵌縫充填→表面噴涂與粘貼的程序進行處理。
?。?）裂縫灌漿。對于具有一定可灌性的I類縫及Ⅱ類縫，采用騎縫孔或縫口貼嘴方式灌注。對于Ⅲ、Ⅳ類裂縫采用騎縫孔與斜孔相結(jié)合的方式灌注。灌漿材料采用環(huán)氧樹脂LPL、CW等。
?。?）嵌縫。過流面采用環(huán)氧砂漿，非過流面采用KB膠泥。
?。?）表面噴涂與粘貼。過流面采用3液（環(huán)氧基液）2布（玻璃絲布），非過流面坎上水深5 m以下采用2液1布，其它部位采用表面涂刷滲透結(jié)晶防水材料KT1。
3．4 施工工藝
?。?）布孔、鉆孔、及封縫。騎縫孔孔深10—20cm，孔距50鋤；斜孔問排距60 cm，上下排交錯布置；騎縫孔鉆孔采用ф80mm電鉆，斜孔深度較大時可采用小口徑風(fēng)鉆；采用環(huán)氧膠泥封縫。
（2）灌前沖洗及試壓。濕縫采用風(fēng)、水輪換沖洗，水壓0．3MPa，風(fēng)壓0．15 MPa，干縫僅采用壓縮空氣吹凈粉塵和碎屑，風(fēng)壓0．2 MPa；管嘴及縫口封閉后應(yīng)進行壓水檢查，壓力0．3 MPa，發(fā)現(xiàn)外漏予以修補。
（3）灌漿。按照自下而上、從一端向另一端的順序依次灌注。灌漿壓力開始0．2—0．3 MPa，進漿速度小于10 mL／min時將壓力提升至0．4—0．5 MPa，持續(xù)灌注20 min后結(jié)束灌漿
3．5 質(zhì)量檢查和評價
對工、Ⅱ類裂縫及閘室邊墻層間縫，每個分部工程抽取2條進行鉆孔單點法壓水檢查（壓力0．3 MPa），對閘首邊墻、第1分流口邊墻、底板廊道等部位的Ⅲ、Ⅳ類裂縫需進行取芯檢查，觀察漿液充填情況并進行單點法壓水。對取芯芯樣進行劈拉試驗。
取芯檢查。Ⅲ類裂縫在29個部位29條裂縫完成42個取芯孔，混凝土層間縫在7個部位7條裂縫完成l0個取芯孔。漿材充填和粘結(jié)情況較好，合格率100%。
壓水檢查。在34個部位的35條混凝土裂縫完成65孔壓水檢查，其中64個孔壓水透水率小于0．1 Lu。在23個部位23條混凝土層問縫完成42個孔的壓水檢查，全部滿足設(shè)計要求。
混凝土裂縫化灌后鉆孔取芯壓水。芯樣密實，壓水透水率均小于0．1 Lu。
劈拉試驗。根據(jù)取芯情況選取了4個芯樣做劈拉試驗，從試驗結(jié)果看，最大抗拉強度1．665 MPa，最小抗拉強度0．89 MPa。平均抗拉強度1．36 MPa。
處理后的裂縫經(jīng)現(xiàn)場表面驗收、隨機鉆孔取樣、壓水和芯樣力學(xué)性能檢測等方法檢查，結(jié)果表明：處理后的裂縫表面干燥，無滲出物，內(nèi)部漿液結(jié)石充填、膠結(jié)、擴散情況良好，縫面粘結(jié)強度合格，壓水透水率均小于0．1Lu 。通過敲擊和拉拔試驗，表明嵌縫質(zhì)量滿足要求。同時也起到了封閉裂縫、防止結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的作用，增強了混凝土的抗蝕、抗?jié)B能力和整體性、耐久性處理結(jié)果滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求和安全運行條件。
4 混凝土止水滲漏處理
4．1 缺陷成因
?。?）水平止水的下側(cè)混凝土客觀上難以保證同止水的緊密結(jié)合。
?。?）混凝土澆筑時止水周圍骨料集中、處理不徹底形成滲漏通道。
4．2 止水滲漏檢查
首先對止水檢查槽的通暢性進行通水檢查，堵塞部位經(jīng)鉆孔疏通恢復(fù)暢通。再對已施工完畢的閘室邊墻、底板止水區(qū)進行壓水檢查。設(shè)計壓水檢查標(biāo)準(zhǔn)：滲水量在0．5 MPa壓力下超過3 L／min，或在0.3 MPa壓力下超過2 L／min時，須進行防滲處理。
4．3 施工措施
根據(jù)船閘地面工程各部位結(jié)構(gòu)縫滲漏的具體情況、運行條件和處理條件，分別采取在縫口表面封堵和灌填止水檢查槽相結(jié)合的處理方法。
具體處理方法為：
?。?）底板頂面。采用I型表面封堵方案，即縫口切槽嵌填SR2止水材料加粘貼防滲蓋片再加混凝土防護板進行處理。底板縱縫要求通長進行處理，橫縫只處理底板頂面的銅止水段。
?。?）底板輸水廊道。采取將底板止水檢查槽分段堵塞后。對止水檢查槽灌注LW材料回填處理。
?。?）閘室邊墻。采取在迎水面縫口設(shè)置Ⅱ型表面封堵的方案，即“縫口切槽嵌填聚硫密封膠”進行處理，并與底板I型表面止水銜接。處理范圍為：壓水檢查合格的結(jié)構(gòu)縫只處理到底板面以上2 m，壓水檢查不合格的結(jié)構(gòu)縫則處理到閘頂以下3 m。
4．4 施工工藝
以有中支廊遭的底板止水分區(qū)為例進行介紹。
?。?）封閉孔施工。在閘室底板中支廊道兩側(cè)各布置1個封閉孔，封閉孔為騎縫孔，孔徑60 mm，孔深75 cm，封閉孔采用SGZ一ⅢA型鉆機造孔。
?。?）灌漿孔施工。灌漿孔則在底板頂面中支廊道兩側(cè)各打1個30℃的斜孔，孔徑60 mm，孔深1．5 m，在中支廊道底板上鉆1個斜孔，孔徑60 him，孔深1．3 m，確保斜孔與止水檢查槽連通，采用SGZ一ⅢA型鉆機造孔，造孔完成以后則將30 cm長的鋼管纏棉紗后塞入孔內(nèi)，再用水泥砂漿將鋼管與孔之間的縫隙封堵密實，再外接閘閥和15 cm長的鋼管。
（3）封閉孔封堵。將海綿塞入孔內(nèi)后，用鋼釬將海綿搗入孔底左右兩側(cè)，然后灌注彈性聚氨脂砂漿封堵，孔口采用環(huán)氧砂漿封堵。另將基礎(chǔ)排水廊道內(nèi)止水檢查槽引管采用彈性聚氨脂砂漿封堵。
（4）壓水檢查。封閉孔材料凝固后，采用3臺HY一2型電動化學(xué)灌漿泵（其中2臺備用）灌注0．3 MPa的壓力水進行檢查，即每1個斜孔作為1次進水孔進行壓水，每次壓水均安排人員進入基礎(chǔ)排水廊道內(nèi)觀察是否漏水。
?。?）風(fēng)吹干止水檢查槽。采用壓力風(fēng)從頂部兩側(cè)斜孔同時進入，中支廊遭內(nèi)斜孔排水排氣，將積水吹干。
?。?）LW灌漿。中支廊遭布置l臺HY一2型電動化學(xué)灌漿泵，底板上出漿孔處備用2臺。灌漿開始壓力為0．2 MPa，首先在灌區(qū)內(nèi)注入丙酮20 kg，接著灌注LW原漿，在出漿孔流出原漿后關(guān)閉該孔閘閥進行閉漿，壓力為0．4 MPa，不吸漿時穩(wěn)壓延續(xù)20 min后結(jié)束。
4．5 質(zhì)量檢查和評價
對于壓水超標(biāo)或存在滲漏的底板廊道段止水檢查槽，由于外側(cè)處理難以進行，且對混凝土損傷大，采用對其兩端進行局部封閉、然后用彈性聚氨酯LW進行灌漿處理的方法。灌漿后取芯檢查，LW固結(jié)良好，結(jié)石充填飽滿，說明處理是成功的。對于邊墻止水，用聚硫密封膠進行表面封堵，上端部采用封閉孔進行封閉。底板以上2 m全部處理，對于壓水超標(biāo)或表面發(fā)現(xiàn)滲漏的，處理到閘頂3 m以下。該處理方法重點突出，各個處理段之間形成了可靠連接，能有效減少滲漏量，確保船閘長期安全運行。
從檢查部位的檢查結(jié)果看，漿液充填、膠結(jié)、擴散良好，能起到封閉、防滲作用。增強了止水的抗?jié)B能力和耐久性，滿足設(shè)計要求和系統(tǒng)安全運行條件。
5 混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢查
5．1 缺陷成因
?。?）澆筑手段的限制，造成覆蓋速度慢，層間結(jié)合不好。
?。?）施工工藝不嚴謹，局部漏振、欠振造成混凝土內(nèi)部局部架空。
（3）供料影響，由于98．7拌和系統(tǒng)供料緊張，混凝土運輸車輛排長隊等料，造成間歇期過長，層間結(jié)合不良。
5．2 檢查方式
混凝土密實性檢查主要通過白檢孔、終檢孔鉆孔檢查及部分無損檢測進行。
?。?）自檢孔。白檢孔鉆孔由承包單位在監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后進行。地面工程重點在擋水壩段、閘首和閘室邊墻迎水面部位鉆孔檢查。
?。?）終檢孔。為了對三峽水利樞紐主體工程混凝土進行全面質(zhì)量鑒定，對主體工程大體積混凝土按5 ~10 m/萬m3取芯的標(biāo)準(zhǔn)布置混凝土質(zhì)量終檢孔。終檢孔要求在主體工程施工單位自檢合格的基礎(chǔ)上，由業(yè)主組織設(shè)計、監(jiān)理等單位按全面性、隨機性并兼顧針對性的原則布孔。芯樣性能檢測由業(yè)主試驗中心承擔(dān)。
?。?）無損檢測?？紤]到船閘的結(jié)構(gòu)特點及檢查條件，結(jié)構(gòu)混凝土檢查可采用無損檢測（雷達法、聲波法、脈沖回波、回彈儀），無損檢測結(jié)果提示有異常區(qū)域者則應(yīng)進行鉆孔檢查。
5．3 檢查孔施工方法及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
?。?）檢查孔施工方法。檢查孔一般采用機鉆孔，孔徑76一110 mm的雙管單動鉆具取芯。測定芯樣物理力學(xué)性能及耐久性的芯樣均采用機鉆施鉆，孔徑168 mm，其數(shù)量占總孔量的20% 一30%。對于結(jié)構(gòu)混凝土中的檢查孔，宜采用56 mm風(fēng)鉆孔。
（2）檢查孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。鉆孔取 標(biāo)準(zhǔn)，芯樣采取率不小于98%，獲得率不小于95% ，RQD值大于80%。芯樣物理力學(xué)性能的測試，抗壓強度不低于設(shè)計強度，強度保證率P≥80%，強度離差系數(shù)CV <0．18。對所有檢查孔均需進行壓水檢查。擋水壩上游、直立墻迎水面防滲層透水率不大于0．3 Lu，內(nèi)部混凝土0．5-1．0 Lu。根據(jù)壓水檢查孔資料，在透水率較大、混凝土芯獲得較低的孔段選取部分檢查孔，進行孔內(nèi)電視、聲波等物探測試。
5．4 檢查孔的處理
?。?）對于超過檢查標(biāo)準(zhǔn)的孔，應(yīng)在其周邊加密布置檢查孔，以確定局部架空范圍，按Ⅲ類孔進行補強灌漿處理。
?。?）對于未超過檢查標(biāo)準(zhǔn)的檢查孔，可直接灌注0．5：1濃漿作封孔處理。封孔處理注漿壓力為0．2—0．4 MPa，待回漿管出漿比重達到0．5：1，管口壓力達到0．4 MPa后，再閉漿10 min即可結(jié)束。
?。?）對于表層混凝土有抗沖耐磨要求或防滲要求的部位鉆孔，封孔或灌漿處理完成2 d后，鑿除鉆孔表面20mm的水泥結(jié)石，采用環(huán)氧砂漿回填。
5．5 混凝土內(nèi)部質(zhì)量評價
自檢孔鉆孔取芯情況較好，采取率均在98%以上，獲得率均在95%以上，芯樣完整光滑，芯樣多呈長柱狀，局部短柱狀，最長取芯達10 m。對所有孔位進行壓水，透水率均不大于0．1Lu，滿足設(shè)計要求。終檢孔經(jīng)孔內(nèi)電視、無損物探測試、芯樣物理力學(xué)試驗，表明混凝土整體質(zhì)量較好。個別超標(biāo)孔經(jīng)擴大檢查范圍和灌漿處理后，消除了結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部隱患，加強了混凝土強度。
自檢孔芯樣抗壓強度檢測共54組，平均強度在43．53~89．03 MPa，芯樣抗?jié)B指標(biāo)平均滲水高度54．2 mm，大于設(shè)計指標(biāo)S10；終檢孔芯樣抗壓強度檢測共6組，平均強度在45．4—75．0
MPa。
從自檢孔和終檢孔取芯、壓水、抽水、孔內(nèi)錄像、力學(xué)性能檢測等情況來看，混凝土質(zhì)量總體良好，混凝土內(nèi)部質(zhì)量滿足設(shè)計要求，證明船閘工程混凝土密實性良好。
6 結(jié)語
三峽永久船閘混凝土缺陷處理具有工程量大、范圍廣、難度高的特點，施工前，業(yè)主組織相關(guān)人員對葛洲壩1、3號船閘，五強溪船閘進行了調(diào)研，制定了較為先進可靠的處理方案，并進行了現(xiàn)場試驗，為正式施工積累了豐富的工程經(jīng)驗。從2001年下半年起，在1 a多的時間里，對船閘混凝土工程質(zhì)量進行了深入系統(tǒng)的檢查，表明混凝土質(zhì)量總體良好，對發(fā)現(xiàn)的各種質(zhì)量缺陷經(jīng)過認真處理后達到了設(shè)計要求，為工程順利驗收創(chuàng)造了良好條件。三峽永久船閘已于2003年6月建成并投入試運行，試運行期間船閘運行狀況良好，各項技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計要求，各項監(jiān)測指標(biāo)均在正常范圍，試運行期排干船閘內(nèi)水體檢查，沒有發(fā)現(xiàn)新的質(zhì)量問題。2004年7月8日，三峽永久船閘通過了國務(wù)院三峽通航驗收委員會主持的通航驗收，按期實現(xiàn)了正式通航。 |
| 原作者： 齊建飛 |
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