黃紀(jì)村，王孝海，羅 剛

（中國三峽建設(shè)管理有限公司，615421，寧南）

隨著我國水電工程的發(fā)展，高壩大庫已是常態(tài)，雖然對(duì)水資源的利用越來越充分，但庫容越大對(duì)泄洪能力的要求越高，流量大、流速高已成為大型水電工程泄洪建筑物的基本特點(diǎn)。例如已建成的溪洛渡、二灘、錦屏等水電站泄洪洞最高流速均超過45 m/s，在高流速工況下，流道混凝土施工質(zhì)量是確保泄洪建筑物運(yùn)行期安全穩(wěn)定泄洪的前提，關(guān)系著樞紐建筑物和下游億萬人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。然而混凝土作為脆性材料，存在施工不可逆、易破損、缺陷修補(bǔ)效果差等難題，國內(nèi)外水電工程泄洪建筑物因施工缺陷而導(dǎo)致的沖毀、破壞案例屢見不鮮，因此確保泄洪建筑物流道混凝土施工質(zhì)量至關(guān)重要。

混凝土質(zhì)量缺陷主要包括麻面、漏筋、蜂窩、孔洞、裂縫、錯(cuò)臺(tái)、漏漿、縫面缺損、氣泡等，其中在麻面、漏筋、蜂窩、孔洞等混凝土質(zhì)量缺陷方面相關(guān)學(xué)者已有較深入的研究，例如許慧、任亞莉等人均對(duì)上述混凝土質(zhì)量缺陷成因進(jìn)行了深入剖析，并提出了防治和補(bǔ)救措施。縫面缺損、錯(cuò)臺(tái)、漏漿、裂縫等混凝土缺陷在低流速水流工況下對(duì)建筑物正常使用影響較小，但上述混凝土質(zhì)量缺陷在高速水流工況下會(huì)造成泄洪建筑物嚴(yán)重破壞。筆者在調(diào)研國內(nèi)多個(gè)大型水電工程泄洪建筑物運(yùn)行后混凝土破壞和修補(bǔ)的基礎(chǔ)上，結(jié)合白鶴灘水電站泄洪洞混凝土襯砌施工，對(duì)上述混凝土質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析，并提出了防治和處理措施。

一、概 況

泄洪洞是白鶴灘水電站工程主要泄洪建筑物之一，3條泄洪洞均布置于左岸，呈直線布置，全洞無壓，斷面采用城門洞形，主要包括進(jìn)水塔、上平段、龍落尾、補(bǔ)氣系統(tǒng)、挑坎等主體結(jié)構(gòu)，平均洞長(zhǎng)2.4 km，具有流量大（最大泄洪能力1.2萬m3/s）、流速高（最高流速 47 m/s）、斷面大（15 m×18 m）、水頭高（水頭 189 m）、混凝土標(biāo)號(hào)高（C9060）等特點(diǎn)。

為確保在高速水流工況下泄洪洞運(yùn)行安全，白鶴灘泄洪洞施工提出了“體型精準(zhǔn)、平整光滑、抗沖耐磨”的質(zhì)量目標(biāo)，以及“體型偏差＜2 cm、過流面不平整度≤3 mm/2 m靠尺、無裂縫、施工縫無縫銜接、并呈鏡面效果”的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

二、混凝土質(zhì)量頑疾防治及處理措施

1.施工縫面缺損

混凝土澆筑成型后因拆模、碰撞等原因易造成邊角破損，后續(xù)倉位混凝土施工完成后在施工縫面處形成縫間缺陷，在高速水流下容易產(chǎn)生沖蝕破壞。根據(jù)調(diào)研，縫面缺損多采用環(huán)氧、聚脲等化學(xué)材料蓋縫處理，施工時(shí)，處理面干凈以及干燥程度難以保證，導(dǎo)致蓋縫材料與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度不足，并受施工縫熱脹冷縮等影響，蓋縫易產(chǎn)生翹曲、拉裂等情況，經(jīng)高速水流沖刷蓋縫基本被破壞。個(gè)別電站采用施工縫面刻槽、槽內(nèi)填充環(huán)氧砂漿的方案，但在高速水流沖刷下，槽內(nèi)充填材料極易脫落，形成更大缺陷。經(jīng)實(shí)踐證明，施工縫缺陷采用蓋縫進(jìn)行表面處理或刻槽處理等“后處理”效果不佳，目前無可靠的處理方案。

白鶴灘泄洪洞工程在借鑒已有工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定了“施工縫無縫銜接”施工工藝，通過“前處理”達(dá)到免修補(bǔ)效果。首先沿已澆倉施工縫進(jìn)行環(huán)向切割、打磨，切割深度為3～5 mm，以不留缺損為宜，確保處理后縫面棱角分明、平直光滑；通過切割、打磨（見圖 1），同時(shí)可解決施工縫浮漿層低強(qiáng)、易破損問題，防止臺(tái)車模板搭接時(shí)造成縫面壓裂 （還需控制臺(tái)車搭接時(shí)間，不宜過早，以保證混凝土有一定強(qiáng)度）。其次為減少施工縫面先天缺陷，減少縫面處理工程量，在混凝土備倉時(shí)，施工縫部位堵頭模板應(yīng)“高強(qiáng)、光滑、平整”，可通過采用型鋼或高強(qiáng)復(fù)合板材與臺(tái)車面板側(cè)面緊密貼合，實(shí)現(xiàn)拆模后施工縫面棱角分明、無缺陷。防止人為破壞，在施工過程中需對(duì)施工縫進(jìn)行保護(hù)，尤其是底板施工縫，須有專項(xiàng)保護(hù)裝置。

圖1 施工縫處理示意圖

2.漏漿、錯(cuò)臺(tái)

漏漿、錯(cuò)臺(tái)是混凝土施工中最為常見的質(zhì)量頑疾，主要受模板與已澆混凝土面搭接、模板與模板搭接質(zhì)量影響，特別是大洞室混凝土襯砌對(duì)模板搭接精度要求高、控制難度大。

為規(guī)避此類質(zhì)量缺陷，白鶴灘泄洪洞工程對(duì)邊墻施工縫搭接工藝進(jìn)行了改進(jìn)。由于臺(tái)車面板制作精度較高，平整度可達(dá)到1 mm/6 m靠尺，已澆混凝土豎向搭接面平整度約4～5 mm/6 m靠尺，在臺(tái)車面板與已澆混凝土搭接面貼合時(shí)會(huì)出現(xiàn)5 mm以上間隙，故對(duì)邊墻豎向施工縫提出通過反復(fù)掛線圈出搭接面凸出部位并進(jìn)行打磨，利用光照、靠尺進(jìn)行復(fù)核檢查，實(shí)現(xiàn)已澆倉搭接面不平整度達(dá)到1～2 mm/6 m靠尺，然后在搭接處黏貼可壓縮雙面膠（單層），通過控制臺(tái)車面板背部頂絲力度，使雙面膠厚度壓縮至≤1 mm，從而實(shí)現(xiàn)施工縫無漏漿，并最終實(shí)現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)高度＜2 mm，控制精準(zhǔn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)＜1 mm，同時(shí)在臺(tái)車面板與已澆混凝土面搭接時(shí)混凝土強(qiáng)度應(yīng)不低于2.5 MPa，防止搭接面壓裂。確有錯(cuò)臺(tái)時(shí)，劃線打磨平順即可，劃線范圍為 1∶15（錯(cuò)臺(tái)厚度∶打磨寬度）。邊墻底部橫向施工縫若出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，其范圍不能超過底板過流面，以確保邊墻過流面以上無缺陷。同時(shí)為減少底部施工縫缺陷，對(duì)底部搭接模板增加內(nèi)、外雙支撐，實(shí)現(xiàn)搭接板在混凝土澆筑過程中不移位、不漏漿；同時(shí)在對(duì)過流面以下邊墻鑿毛時(shí)，鑿毛控制線（需彈線標(biāo)示）控制在過流面以下2 cm，防止人為控制不當(dāng)導(dǎo)致鑿毛范圍擴(kuò)大而在底板與邊墻交接處產(chǎn)生人為缺陷。

3.氣泡

混凝土氣泡是混凝土材料的固有特性，受原材料、施工工藝等因素影響較大，多個(gè)已運(yùn)行電站泄洪建筑物采用反復(fù)涂刷環(huán)氧膠泥的方式處理氣泡密集區(qū)，但是由于氣泡腔體過小采用涂刷方式難以將修補(bǔ)材料充填于氣泡空腔，經(jīng)高速水流沖刷后表層涂刷層均脫落，氣泡重新出露。經(jīng)詳細(xì)觀察未發(fā)現(xiàn)高速水流沖刷后氣泡面積擴(kuò)大或破壞情況，且氣泡邊緣基本保持原狀，說明氣泡對(duì)高流速流道混凝土影響較小，但對(duì)于大氣泡及大氣泡密集區(qū)仍存在沖蝕風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)白鶴灘泄洪洞流速高、流量大的特點(diǎn)，為減少過流面氣泡，創(chuàng)造性實(shí)施了“可視化”振搗試驗(yàn)，利用鋼化玻璃作為模板制作試驗(yàn)倉，通過直觀對(duì)比不同脫模劑、振搗參數(shù)下氣泡產(chǎn)生、排出狀態(tài)等情況，確定了復(fù)振工藝和適應(yīng)白鶴灘泄洪工程混凝土性能的施工參數(shù)（如表1），使過流面混凝土2 mm以上氣泡數(shù)量由最初的平均120個(gè)/m2減少至平均25個(gè)/m2，減少約80%，且無5 mm以上大氣泡密集區(qū)。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合白鶴灘泄洪洞氣泡控制情況，提出了對(duì)直徑≥5 mm的橢圓形或最長(zhǎng)邊≥8 mm的狹長(zhǎng)形單個(gè)氣泡采用腔體內(nèi)注修補(bǔ)材料的方式修補(bǔ)，對(duì)直徑≥3 mm氣泡數(shù)量超過30個(gè)/m2的氣泡密集區(qū)采用環(huán)氧基液進(jìn)行涂刷。

表1 白鶴灘泄洪洞可視化振搗試驗(yàn)成果參數(shù)

4.裂縫

受建筑物結(jié)構(gòu)和混凝土材料特性影響，大體積薄壁混凝土裂縫控制是大洞室襯砌混凝土的技術(shù)瓶頸，裂縫按產(chǎn)生原因可分為結(jié)構(gòu)性裂縫、溫度裂縫、干縮龜裂等。為防止結(jié)構(gòu)性裂縫，白鶴灘泄洪洞采用先邊墻、后頂拱、最后底板的施工順序，邊墻分倉長(zhǎng)度9～12 m，襯砌塊體長(zhǎng)寬比約1∶1.3，采用邊頂拱分開澆筑可改善結(jié)構(gòu)受力，防止裂縫產(chǎn)生效果明顯。為防止溫度裂縫，通過研制“高邊墻低坍落度混凝土上料系統(tǒng)”“龍落尾大坡度重載上料系統(tǒng)”等施工裝備，解決了大洞室高邊墻常態(tài)混凝土入倉和龍落尾27°大坡度工況下常態(tài)混凝土送料難題，首次實(shí)現(xiàn)全過流面采用“低熱水泥、低坍落度混凝土（坍落度7～9 cm）、摻 25%粉煤灰”配合比，結(jié)合通水冷卻使混凝土最高溫度控制在36℃以下，并通過智能通水，使降溫速率不大于1℃/d，同時(shí)采用洞口封閉、冬季保溫等措施確保洞內(nèi)溫度基本穩(wěn)定和混凝土內(nèi)表溫差不大于25℃，實(shí)現(xiàn)了白鶴灘泄洪洞混凝土襯砌無溫度裂縫。根據(jù)段亞輝等人研究，延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間可有效降低混凝土表面龜裂風(fēng)險(xiǎn)，白鶴灘泄洪洞工程采用延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間至90天、施工洞口增加防風(fēng)簾等措施，取得了良好效果。

根據(jù)多個(gè)電站泄洪建筑物運(yùn)行情況，無錯(cuò)臺(tái)的混凝土裂縫在高速水流沖刷下基本無影響，個(gè)別電站因采用刻槽的方式進(jìn)行裂縫處理卻因槽內(nèi)充填材料黏結(jié)力不足導(dǎo)致大面積破壞，因此本文建議對(duì)非貫穿性裂縫可不做處理，對(duì)貫穿性裂縫為防止外水侵蝕混凝土內(nèi)鋼筋等問題可采用貼嘴、斜孔（針孔）化學(xué)灌漿的方式，在處理過程中應(yīng)遵循盡量不破壞本體混凝土為基本原則。

5.不平整度和體型偏差

對(duì)于高速水流流道混凝土，過流面不平整和體型偏差較大，運(yùn)行時(shí)，易出現(xiàn)水力脈動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)混凝土空蝕破壞。白鶴灘泄洪洞提出了“不平整度≤3 mm/2 m靠尺、體型偏差≤2 cm”的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于邊墻混凝土襯砌，主要以控制襯砌臺(tái)車面板不平整度和臺(tái)車變形為主，在臺(tái)車制作和安裝后，要求面板不平整度≤2 mm/2 m靠尺，增加臺(tái)車面板厚度至12 mm，在模板底部增加根底口斜支撐，加強(qiáng)模板底口的支撐強(qiáng)度，防止彈性變形造成漏漿，在臺(tái)車橫梁高度增設(shè)可拆卸橫梁，防止左右上料不均勻產(chǎn)生模板位移（見圖2），并制定了“測(cè)量定位、掛線控制、分層調(diào)校、專人施工”的臺(tái)車校模方法，確保臺(tái)車精準(zhǔn)就位。對(duì)于底板混凝土，采用隱軌與大跨度三滾軸整平裝置（混凝土整平后需拆除隱軌）的施工工藝，隱軌采用可微調(diào)（精度0.5 mm）的頂托裝置（見圖3）確保隱軌高程精準(zhǔn)控制，通過探索不同整平設(shè)備投入時(shí)機(jī)和混凝土可塑性關(guān)系，建立“三輥軸整平→抹面機(jī)圓盤抹面→抹面機(jī)刀片收光→人工壓抹”的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，實(shí)現(xiàn)底板不平整度＜3 mm/2 m靠尺。在此基礎(chǔ)上，白鶴灘泄洪洞工程首次提出并實(shí)現(xiàn)了高速水流流道“鏡面混凝土”標(biāo)準(zhǔn)：不平整度≤2 mm/2 m靠尺、體型偏差≤1 cm、零溫度裂縫、免修補(bǔ)，并呈鏡面效果。實(shí)際施工效果見圖4。

圖2 臺(tái)車加強(qiáng)支撐示意圖

圖3 可微調(diào)隱軌頂托裝置

圖4 白鶴灘泄洪洞混凝土的鏡面效果

三、結(jié) 論

①根據(jù)多個(gè)已運(yùn)行電站經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)缺陷修補(bǔ)的混凝土在高速水流沖刷后仍遭破壞，說明只有避免缺陷產(chǎn)生才是確保泄洪建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

②高流速流道混凝土缺陷修補(bǔ)應(yīng)以不破壞本體混凝土為原則，不宜采用刻槽等方法處理。

③“低熱水泥、低坍落度混凝土、高摻粉煤灰”配合比的應(yīng)用、精準(zhǔn)控溫、延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可有效避免溫度裂縫和表面龜裂產(chǎn)生。

④白鶴灘泄洪洞工程提出的“施工縫無縫銜接工藝”“可視化振搗試驗(yàn)工藝”“底板收面工藝”等施工方法可有效解決混凝土相關(guān)質(zhì)量頑疾。