三峡船闸混凝土表面缺陷处理

发布于：2007/6/20 9:02:14 | 1077 次阅读

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摘　要：三峡船闸工程施工中，部分混凝土外观存在有蜂窝、麻面、错台等质量缺陷，由于船闸运行时水位变化频繁，输水洞水流流速大，对混凝土外观质量要求非常高，由此采用多种材料对混凝土缺陷进行了处理，现已全部完成。经检查，处理后混凝土质量满足设计要求。
关键词：船闸；混凝土表面缺陷；处理

1　概述
1．1　工程概况
　　船闸是长江三峡枢纽工程的主要通航建筑物，为双线五级船闸。由上游引航道、主体段、下游引航道组成，全长6 472 m。上游引航道长2 113 m，下游引航道长2 722 m，船闸主体段长1 607 m。主体段分南北两线，中间保留60 m宽的岩体中隔墩，两线沿中心线对称分布（见图1），总水头113 m，单级闸室工作水头45．2 m。闸室有效尺寸为280 m×34 m×5 m（长×宽×槛上水深），闸室底板内布置有输水中支廊道（5．2 m×5 m）和分支廊道（5 m×2 m）。在船闸两侧岩体和中隔墩内布置有主输水隧洞（5．4 m×5 m）。

1．2　混凝土表面缺陷类型
　　根据运行条件和功能，将混凝土表面分为过流面（又细分为高速水流区和低速水流区）和非过流面，分别采用不同的施工工艺进行处理。高速水流区包括闸室底板中支廊道和分流口部位，低速水流区包括底板分支廊道、上下游箱涵部位，非过流面包括闸首、闸室边墙等部位。混凝土表面缺陷主要存在表面不平整、气泡、麻面、蜂窝、错台、模板拉筋头、露筋、膨胀螺栓孔、接安螺栓孔、模板定位锥孔、冷却水管预留坑、局部架空等缺陷，主要缺陷统计情况见表1。混凝土裂缝主要是表面浅层裂缝，大部分集中在闸首边墙、闸室底板和梁板结构的启闭机房等部位，主要分布情况见表2。

2　修补材料的确定
2．1　材料的选取
　　材料选取和处理方法的制定主要是根据材料试验强度指标（修补材料的室内试验力学性能指标见表3）、其它工程实践经验并结合现场施工的可操作性、修补效果等确定。经研究选取：①分别为预缩砂浆（配合比见表4）；②NE－II双组份环氧砂浆；③CONCRESIVE1438双组份环氧胶泥，A组份为白色，B组份为黑色，体积比为2∶1（A∶B）。1438改良型胶泥配比为（胶泥基材：水泥＝1∶0．5～0．8）；④配混凝土（配合比见表5）。⑤裂缝表面处理材料主要选取KB胶泥嵌缝、涂刷KT1防渗材料、粘贴玻璃丝布等，灌浆材料主要选取LPL注射树脂、CW环氧材料。

　　表4中，水泥采用525^＃中热硅酸盐水泥，水泥质量应满足国标GB200－89的各项指标要求且新鲜无结块。砂采用河砂或新鲜花岗岩人工砂，并经2．5 mm孔径筛，细度模数1．8～2．0。ZB－1A溶液为浓度10％的溶液。
2．2　修补材料的适用范围
　　①深度在1～5 mm的缺陷用环氧胶泥修补；②深度在0．5～2 cm的缺陷用环氧砂浆；③深度在2～5 cm的缺陷用预缩砂浆；④深度在5cm以上且面积超过1．5 m×3 m的缺陷用配混凝土。
2．3　现场工艺试验和拉拔检测
　　材料确定后，分别在船闸Ⅰ、Ⅱ标段典型结构块（闸室输水廊道侧面、顶面、底面）进行了的现场工艺试验和拉拔检测。试验结果：环氧砂浆和胶泥修补7天后，预缩砂浆修补28 d后进行拉拔检测，断裂面均在混凝土中，材料性能和修补效果满足设计要求。试验过程中发现预缩砂浆修补顶面面积较大的缺陷，分层锤填不易控制，经常脱落。故缺陷处理过程中对输水廊道顶面面积较大的缺陷修补改为采取喷射混凝土（EMACOS188高强修补材料）或自密实混凝土（CGM－1加固型）进行处理。
3　混凝土缺陷处理程序和方法
3．1　缺陷处理程序
　　一般缺陷修补程序：缺陷素描→素描图确认→基面打磨凿挖→基面确认→修补及养护→必要检测→验收。实行“三确认，四验收”工作制，即由业主、监理、设计、施工四方联合签字分步进行素描确认，基面确认，修补确认及最终验收，每一步骤必须经四方签字确认才可进入下一步施工。
3．2　缺陷处理方法
　　（1）表面不平整部位、错台进行打磨处理，刮涂环氧胶泥，各区域平整度控制标准和处理要求见表6。

    粘贴玻璃丝布或嵌填KB胶泥、涂刷KT1处理。宽度大于0．2 mm的裂缝、冷缝、施工缝渗水采用骑缝切槽、封闭、化学灌浆、表面处理。
　　（3）麻面、气泡采用环氧胶泥刮补，蜂窝和面积较大的麻面，凿成规则形状，回填预缩砂浆或环氧砂浆。
　　（4）局部架空、露筋，先将缺陷部位凿成规则形状，侧面和底板用配混凝土、预缩砂浆或环氧砂浆填补。顶面凿除深度大于4 cm或露筋的部位，采用CGM－1加固型高强无收缩自密实混凝土进行回填，对于凿除深度小于4 cm的特殊缺陷，采用EMACO S188高强修补砂浆进行喷涂处理。
　　（5）表面孔洞包括膨胀螺栓孔、接安螺栓孔、模板定位锥孔和冷却水管预留坑等，将混凝土基面凿毛，回填预缩砂浆或环氧砂浆。
　　（6）拉筋头在低速水流区和非过流面的采用角磨机将其磨除，且钢筋头低于周边混凝土1～2mm，后采用环氧胶泥进行刮补。高速水流区用取芯钻机进行钻孔后将钢筋头割除，再加深2 cm清理干净后用预缩砂浆回填。
3．3　缺陷处理过程及质量控制
　　缺陷处理过程中严格实行“三确认，四验收”工作制，施工单位成立了专门表面缺陷处理小组，操作人员均经过培训考核后持证上岗。修补材料严格按产品说明和要求的配合比拌制，施工单位实验室有专人进行指导。修补过程有质检人员和监理工程师旁站，保证了缺陷修补的质量。
    （1）预缩砂浆修补
　　预缩砂浆砂的烘干、细度模数、称量由施工单位试验室负责。施工作业队根据用量领取。现场将按比例的砂与水泥混合，反复搅拌3～4次，使之均匀混合，再加水（水中已加入ZB－1A）翻拌3～4次。拌出的砂浆以手握成团、手上有湿痕而无水膜为宜。拌好的砂浆归堆存放0．5～1h进行预缩，用塑料布遮盖，防止水分蒸发。
　　预缩砂浆修补的原混凝土基面进行凿毛处理，清除已凿松裂的混凝土等残留物、边缘最小深度大于2．0 cm，并冲刷干净。修补面保持湿润，但不能形成水膜或残存积水。修补时在修补基面涂一层厚约1 mm，水灰比为0．4～0．45的水泥浆，分30～50 mm层厚填入预缩砂浆。用木锤拍打捣实至表面出现少量浆液为止，层间用钢丝刷或竹刷刷毛，逐层连续作业直至修补工作完成。修补外露面用铁镘反复压实抹光，并与原混凝土接头平顺密实。拌制好的预缩砂浆控制夏天2 h、冬天4h内使用完毕。修补完成后4～8 h内有专人养护，保湿养护7 d。养护期满后对修补部位进行磨光处理。
    （2）环氧材料修补
　　严格按照产品使用说明规定的比例进行配制，保证足够的搅拌时间，拌制均匀。环氧砂浆修补基面清除松裂混凝土残体，以高压水冲洗干净，并保持干燥。为保持良好的粘结力，环氧砂浆修补前，修补基面需先涂刷一层不超过1 mm厚的环氧基液，力求基液涂刷薄且均匀，消除涂层中的气泡，并在用手触摸不粘手并能拔丝时（约30 min）再填补环氧砂浆。环氧砂浆修补时，砂浆应摊铺均匀，每层厚度不宜超过1～1．5 cm，用铁镘反复压抹，使表面翻出浆液，气泡必须刺破压紧；养护：环氧砂浆修补完成后，养护温度控制20℃±5℃，养护期5～7 d。环氧胶泥修补分多次进行，来回刮和挤压，将气泡孔内的气体排出，保证填充密实，待材料完成收缩后，再进行涂刷处理，表面收光。
    （3）自密实混凝土和喷涂混凝土施工
　　局部架空进行凿挖清理时，在缺陷周围打孔压水检查，确定架空范围，若有渗水，在回填时预埋灌浆管以备灌浆使用。修补输水廊道顶板，在凿除面上按间排距20～30 cm布置插筋，插筋深入老混凝土12～15 cm，粘结剂采用CONCRE－SIVE1450。自密实混凝土施工时模板支撑牢固，拼缝严密，并根据缺陷形状在较深点布置排气管，混凝土灌注完后，通过助推压力，使排气管都流出水泥浆，然后封堵。采用EMACOS188高强修补砂浆喷涂处理时，挂钢丝网，间距10×10 mm，钢丝网表面保护层2 cm。处理完成后对修复部位及时进行养护。
    （4）化学灌浆
　　化学灌浆采用骑缝钻孔方法进行，孔距0．2～0．4 m，用环氧材料嵌填缝隙，灌浆时由低向高，逐孔依次灌注。灌浆压力0．8～1．0 MPa，当缝面吸浆率趋近于零，继续灌30 min且压力不下降时结束该孔灌浆。灌后进行表面处理（主要涂刷环氧材料或粘贴玻璃丝布）。
4　质量缺陷处理效果
　　表面缺陷处理质量检查采取现场目视、锤击，并根据过程控制情况结合现场拉拔检测进行检查。经检查，修补后的混凝土表面平整，与老混凝土结合紧密，锤击声音清脆，现场拉拔检测90组，拉拔强度0．5～3．9 MPa，环氧砂浆平均强度2．48 MPa，环氧胶泥平均强度2．93 MPa，预缩砂浆修补拉筋孔平均强度1．61 MPa，修补方块平均强度1．23 MPa。自密实混凝土和喷涂处理的部位，打检查孔进行检查，新修补缺陷面混凝土密实性状况良好，无气泡、孔洞，与老混凝土粘结紧密，从外观看，表面平整光滑。
　　混凝土表面缺陷处理设计标准：预缩砂浆粘结强度≥1．5 MPa，环氧砂浆粘结强度≥2．5MPa。部分预缩砂浆修补部位拉拔结果未达到此标准，但一般拉拔断裂面都在混凝土内部，混凝土机口和仓面取样强度结果均满足设计要求，分析主要原因是钻孔取芯时，芯样受到扰动和损伤，拉拔时存在偏心，断面应力分布不均。总体上处理效果满足设计要求。
　　裂缝处理经现场表面验收、随机钻孔取样、压水和芯样力学性能检测等方法检查。每个分部工程均进行抽查。在29条裂缝上完成42个取芯孔，总进尺28．51 m，7条层间缝完成10个取芯孔，总进尺4．86 m。结果表明：处理后的裂缝表面干燥，无渗出物，内部浆液结石充填、胶结、扩散情况良好，缝面粘结强度合格，裂缝浆液充填平均深度0．38 m，层间缝平均浆液充填深度0．3 m。选取4个芯样进行劈拉试验，抗拉强度1．665 MPa，最小0．89 MPa，平均1．36 MPa。在35条裂缝完成65个孔压水检查，23条层间缝42孔压水检查，106个孔透水率小于0．1 Lu，仅有一个孔（V北底18）透水率为0．22 Lu，处理后满足设计要求。
5　结语
　　船闸混凝土表面缺陷经过认真细致的检查，查明了缺陷的基本情况，从而制定优化了合理的施工方案和措施。对修补材料根据其经济性、可操作性、耐久性、适用环境等因素优选。各施工单位建立健全缺陷处理组织机构，制定了详细的质量控制实施细则，现场作业人员经培训考核后上岗，严格按照工艺要求进行处理，从而保证了缺陷处理工作顺利进行。各种缺陷处理后经检查满足设计要求，未留下质量隐患，满足安全运行条件。

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