劉基興，樊 銳

（大唐石泉水力發(fā)電廠(chǎng)，陜西石泉725200）

1 工程簡(jiǎn)介

石泉水電站位于漢江上游石泉縣城以上1 km的峽谷出口處，是以發(fā)電為主、兼有灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的水利工程。工程規(guī)模屬于II等工程，大壩為2級(jí)建筑物。1971年開(kāi)始開(kāi)工，1973年12月10日下閘蓄水，1973年12月26日第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，1975年底土建工程全部完工，1979年進(jìn)行了竣工驗(yàn)收。

石泉大壩為空腹重力壩，最大壩高65 m，壩頂長(zhǎng)353 m，電站廠(chǎng)房為壩后式廠(chǎng)房，大壩按重現(xiàn)期100年設(shè)計(jì)，重現(xiàn)期500年校核。重現(xiàn)期100年洪峰流量21 500 m3/s，重現(xiàn)期500年洪峰流量26 400 m3/s；設(shè)計(jì)洪水位410.29 m，校核洪水位413.67 m。1994年，大壩經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)加固后，達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范的重現(xiàn)期1 000年校核標(biāo)準(zhǔn)（校核洪峰28 400 m3/s，校核洪水位415.12 m）。1998年開(kāi)工至2000年7月進(jìn)行了擴(kuò)機(jī)工程建設(shè)，在左岸布置引水系統(tǒng)和岸邊廠(chǎng)房，安裝兩臺(tái)單機(jī)45 MW的水輪發(fā)電機(jī)組。2000年11月竣工。

石泉大壩消能方式是消力戽消能。消力戽位于大壩7～23號(hào)壩段，共設(shè)1～3號(hào)中孔、4～5號(hào)中孔戽、1～2號(hào)表孔戽、3～4號(hào)表孔戽。石泉大壩消力戽結(jié)構(gòu)有關(guān)特征數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

石泉大壩消力戽于1970～1975年修建，1971年底河床左側(cè)消力戽過(guò)水運(yùn)行，1973年右側(cè)消力戽過(guò)水，1986年汛前鼻坎改造和增設(shè)檢修平臺(tái)。1988年1月進(jìn)行了第一次抽水檢查和維修，1995年2月份進(jìn)行了第二次抽水檢查，1996年11月至1997年4月第二次大修完成。2001年12月和2003年3月又分別進(jìn)行了第三次和第四次抽水檢查。

表1 石泉大壩消力戽結(jié)構(gòu)特征值Table 1 :Structural characteristics of the bucket dissipater of Shiquan dam

2009年1月，石泉水電廠(chǎng)組織了第五次抽水檢查，發(fā)現(xiàn)消力戽環(huán)氧膠液抹面破壞比較嚴(yán)重，部分區(qū)域環(huán)氧砂漿剝落面積擴(kuò)大或產(chǎn)生新剝落區(qū)域，有些區(qū)域混凝土沖蝕沖刷嚴(yán)重。為保證消力戽的正常運(yùn)行，石泉水電廠(chǎng)于2010年11月～2011年1月對(duì)消力戽進(jìn)行第三次修補(bǔ)。

2 新、老材料工藝的差異

原始消力戽修復(fù)是以環(huán)氧樹(shù)酯作為粘結(jié)劑、砂或水泥等作為填料、鄰苯二甲酸二丁酯作為增塑劑、丙酮或660活性劑作為稀釋劑、乙二胺或二乙烯三胺作為固結(jié)劑，按一定比例混合配制成環(huán)氧樹(shù)酯砂漿（簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)氧砂漿），這也是國(guó)內(nèi)較為常用的配方材料。其中胺類(lèi)固化劑是高揮發(fā)性有毒液體，對(duì)人體和環(huán)境都會(huì)造成傷害，而且這些材料配制成的環(huán)氧砂漿在環(huán)境溫度低于5℃的條件下很難固化，固化前遇水或受潮則會(huì)變性無(wú)法使用。所以對(duì)施工條件要求十分苛刻，施工過(guò)程中要采取防毒、保溫、除濕等復(fù)雜的工程措施，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染大。

根據(jù)工程實(shí)際情況，工作面上存在大量滲水和潮濕現(xiàn)象，且施工期間氣溫較低（在0℃左右），采用了低揮發(fā)、無(wú)毒性的水下低溫環(huán)氧樹(shù)酯固化劑（810）。為了改善環(huán)氧樹(shù)酯的脆性采用了增韌劑（CMP-410），為了提高環(huán)氧砂漿材料與老混凝土的粘結(jié)力添加了偶聯(lián)劑（KH-550）。根據(jù)氣溫高低不同，其中稀釋劑用量質(zhì)量百分比可選擇為10%～15%，不會(huì)影響環(huán)氧砂漿的質(zhì)量。所選材料中除了環(huán)氧樹(shù)酯（E-44）在低溫條件下需要加熱融化外，其它材料均可常溫配置使用。

施工過(guò)程中可以適當(dāng)增加填充劑用量，但砂子用量應(yīng)控制在600%以?xún)?nèi)，水泥用量不超過(guò)250%；810固化劑屬于低溫潮濕固化劑，環(huán)境溫度太低可以適當(dāng)增大固化劑用量，以35%～45%為宜，最大用量不要超過(guò)50%；活性稀釋劑用量以現(xiàn)場(chǎng)使用的難易程度和不同修補(bǔ)部位對(duì)修補(bǔ)材料的施工要求進(jìn)行調(diào)整，在5%～20%范圍內(nèi)選取；偶聯(lián)劑和增韌劑嚴(yán)格按照配方比例使用。

3 新配方試驗(yàn)成果

現(xiàn)場(chǎng)提取所購(gòu)材料和漢江沙，在西安理工大學(xué)建材實(shí)驗(yàn)室按照技術(shù)方案中的配方制作標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行抗拉和抗壓試驗(yàn)?？估瓘?qiáng)度的檢測(cè)在西安理工大學(xué)建材試驗(yàn)室制成標(biāo)準(zhǔn)8字模，又委托陜西省建材研究所進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，材料配方和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)室材料配方及試驗(yàn)結(jié)果Table 2 :Mix proportion and test results in laboratory

材料配比按照兩種稀釋劑用量分別制作標(biāo)準(zhǔn)試件，并按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)兩種條件進(jìn)行7 d、28 d齡期的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行了28 d齡期的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件環(huán)境溫度保持在23℃左右，自然養(yǎng)護(hù)在室外露天進(jìn)行，環(huán)境溫度夜間最低-3～-5℃，白天最高溫度3～5℃。由表2試驗(yàn)結(jié)果可知，7 d、28 d齡期的抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，28 d抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值?？梢钥闯鲎匀火B(yǎng)護(hù)條件下的試件抗壓強(qiáng)度普遍高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的。說(shuō)明本次環(huán)氧砂漿的選材對(duì)溫度影響不敏感，特別適于低溫固化。自然養(yǎng)護(hù)條件下的試件，抗壓強(qiáng)度普遍高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的原因在于露天環(huán)境利于材料化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中部分揮發(fā)物質(zhì)的逸出，反應(yīng)更加充分。另外，稀釋劑用量小時(shí)抗壓強(qiáng)度較大。

4 施工工藝

根據(jù)材料特性，按照設(shè)計(jì)材料中的工藝及質(zhì)量要求進(jìn)行。具體施工工藝如下：

環(huán)氧樹(shù)酯采用水槽隔水加熱，加熱溫度控制在65℃左右，溫度不超過(guò)80℃。各種材料按順序加入，采用人工拌料，攪拌速度不得太快或來(lái)回?cái)噭?dòng)，要求充分翻攪，不能留有死角。環(huán)氧材料隨配隨用，一次使用取環(huán)氧樹(shù)酯在1.5～2 kg。材料制備工藝流程見(jiàn)圖1～2。

一般環(huán)氧砂漿材料在自然條件環(huán)境溫度低于5℃時(shí)固化很慢，需要采取加熱或保溫措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。施工過(guò)程中對(duì)環(huán)氧砂漿采用自然養(yǎng)護(hù)的方法，由于采用了新型低溫固化劑，能使環(huán)氧修補(bǔ)材料在自然低溫條件下固化，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工檢驗(yàn)，環(huán)氧砂漿在現(xiàn)場(chǎng)條件下經(jīng)過(guò)4 h基本達(dá)到初凝，同期制作的標(biāo)準(zhǔn)試件，28 d齡期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，抗拉抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，認(rèn)為自然養(yǎng)護(hù)條件下環(huán)氧砂漿施工工藝符合要求。

圖1 環(huán)氧基液制備工藝流程Fig.1 Production process of the epoxy base fluid

圖2 環(huán)氧砂漿制備工藝流程Fig.2 Production process of the epoxy mortar

5 實(shí)施效果

在環(huán)氧砂漿修補(bǔ)施工過(guò)程中，依據(jù)DL/T5193-2004《環(huán)氧砂漿技術(shù)規(guī)程》，要求環(huán)氧砂漿7 d抗壓強(qiáng)度大于60MPa，7d劈裂抗拉強(qiáng)度大于5 MPa。

原始工藝和新工藝現(xiàn)場(chǎng)試塊檢測(cè)強(qiáng)度結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3。

現(xiàn)場(chǎng)取樣試件抗壓強(qiáng)度均大于DL/T5193-2004《環(huán)氧砂漿技術(shù)規(guī)程》要求的最小值60 MPa，試件抗拉強(qiáng)度均大于11 MPa，是規(guī)范規(guī)定最小值的兩倍以上,抗拉強(qiáng)度明顯大于原始工藝修補(bǔ)的強(qiáng)度，說(shuō)明環(huán)氧砂漿的粘接力比較大。

6 新材料優(yōu)點(diǎn)

新材料與原始的環(huán)氧砂漿材料相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不僅材料易得，且成本低。配方所用的材料均為市場(chǎng)已有的成型產(chǎn)品，在同類(lèi)型產(chǎn)品中價(jià)格較低。

（2）施工過(guò)程簡(jiǎn)單、方便，受限條件少，提高了工作效率?？梢栽谌魏位炷两Y(jié)構(gòu)物上施工，不需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的加熱、保溫等工程措施，改變以往需要噴燈加熱、保溫層覆蓋的施工程序。

（3）安全性高、污染小。避免施工氣味刺鼻，需戴防毒面具；所采用的材料屬于無(wú)毒低污染，避免了對(duì)水質(zhì)和環(huán)境的污染。

（4）強(qiáng)度高。環(huán)氧砂漿材料抗壓、抗拉強(qiáng)度均大于規(guī)范所要求的最小值，其中抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于規(guī)范值，保證了環(huán)氧砂漿能夠粘結(jié)牢固。

2011～2012年，石泉水庫(kù)發(fā)生12場(chǎng)洪水，10 000m3/s以上流量的洪水2場(chǎng)，6 000～10 000m3/s流量洪水3場(chǎng)。其中2011年“9.17”洪水大于10 000 m3/s的流量歷時(shí)20 h；經(jīng)過(guò)2年運(yùn)行后，消力戽修補(bǔ)面檢查完好，沒(méi)有沖刷脫落現(xiàn)象。

表3 環(huán)氧砂漿強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Table 3 :Comparison of the strength data of new technology and original technology

經(jīng)過(guò)泄洪檢驗(yàn)，說(shuō)明新材料、新工藝滿(mǎn)足消力戽修補(bǔ)的技術(shù)要求，可廣泛應(yīng)用于大壩、水庫(kù)等混凝土修補(bǔ)，尤其在施工中縮短施工時(shí)間，提高工作效率，且環(huán)氧砂漿的粘結(jié)性達(dá)到DL/T5193-2004《環(huán)氧砂漿技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的劈裂抗拉強(qiáng)度的2倍以上，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，值得在同類(lèi)工程中推廣。