電站廠房尾水閘墩凍融破壞及處理

劉　亮，劉　勇，張　龍，江燁山（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

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電站廠房尾水閘墩凍融破壞及處理

劉亮，劉勇，張龍，江燁山
（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

［摘 要］文章對河床式電站廠房尾水閘墩凍融破壞問題產(chǎn)生原因進行分析，并介紹了其處理方法。修復(fù)處理施工設(shè)計標準符合國家或行業(yè)相關(guān)法規(guī)及標準，施工總工期為3個月。工程完工后，有效的解決了電站廠房尾水閘墩及兩側(cè)擋墻存在的安全隱患。

［關(guān)鍵詞］凍融破壞；發(fā)電廠房；修復(fù)

1　工程概況

工程河床式電站廠房位于內(nèi)蒙古自治區(qū)與黑龍江省交界的嫩江干流中游，工程規(guī)模屬大（Ⅰ）型，建筑為1級建筑物。由進水渠、擋水壩段、主廠房、尾水副廠房及中控樓、尾水閘墩、尾水渠、左右翼墻等建筑物組成。

2　存在問題

2010年，公司技術(shù)人員巡視檢查時發(fā)現(xiàn)：“處于水位變化區(qū)的廠房尾水閘墩表面混凝土發(fā)生了剝蝕脫落現(xiàn)象”；10月13日，公司組織人員乘船下到廠房尾水閘墩處，通過手摸、量測、硬物敲打和拍照錄像等手段對閘墩表面破壞情況進行細致查看，并將查看情況進行整理匯總。

2012年，公司委托黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院對該工程進行勘察設(shè)計工作。經(jīng)細致檢查認定，廠房尾水閘墩凍融破壞主要產(chǎn)生在4號機尾水閘墩左邊墩至1號機右邊墩，高程在181.06（歷年冬季最低尾水位）～184.40 m（歷年冬季最高尾水位），樁號0+39.40～0+47.50的整個區(qū)域，其中2號機段和4號機段凍融剝蝕深度和剝蝕面積相對較大，最深凍融剝蝕深度約10 cm，鋼筋裸露可見嚴重銹蝕。在尾水右擋墻、閘門槽內(nèi)和閘墩之間里側(cè)墻體也存在一定的破壞，有些部位表層混凝土、尚未脫落，但表層混凝土已脫離主體混凝土。整體平均凍融剝蝕深度約3 cm，總凍融破壞面積約586 m2。

3　破壞原因分析

常年處于飽和水狀態(tài)下的混凝土在其凍融過程中，遭受的破壞應(yīng)力主要由兩部分組成。

1）當混凝土中的毛細孔水在其負溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因受毛細孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周圍的微觀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生拉應(yīng)力。

2）當毛細孔水結(jié)成冰時，由膠凝孔中過冷水在混凝土微觀結(jié)構(gòu)中的遷移和重新分布引起的滲透壓力。由于表面張力的作用，混凝土毛細孔中水的冰點隨著孔徑的減少而降低。膠凝孔水形成冰核的溫度在-78℃以下，因而由于冰與過冷水的飽和蒸氣壓差和過冷水之間的鹽分濃度差，引起水分遷移而形成滲透壓力。

當混凝土受凍時，這兩種壓力會損傷混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，只有當經(jīng)過反復(fù)多次的凍融循環(huán)以后，操作逐步積累不斷擴大，發(fā)展成互相凍融的裂縫，使混凝土的強度逐步降低，最后甚至完全喪失。從實際中不難看出，處在干燥條件的混凝土顯然不存在凍融破壞問題，所以飽和水狀態(tài)下是混凝土發(fā)生凍融破壞的必要條件之一，另一必要條件是外界氣溫正負變化，使混凝土孔隙的水反復(fù)發(fā)生凍融循環(huán)，這兩個必要條件，決定了混凝土凍融破壞是從混凝土表面開始的層層剝蝕破壞。

該工程河床式電站廠房尾水閘墩混凝土常年處于飽和狀態(tài)。且當?shù)貧夂蛱攸c是每年有5個月溫度在0℃以下，在這樣的氣候條件下每天又多次反復(fù)發(fā)生凍融過程，致使混凝土層層剝蝕脫落，形成現(xiàn)在的局面。

4　修復(fù)處理

1）圍堰填筑。以安全，方便施工，保證工程質(zhì)量，注重環(huán)境保護效益為原則。工程選在汛末開始施工，圍堰填筑采取一次攔斷河床方式單向進占方法，施工期間電站停運。

2）基坑降水。采用多臺大功率水泵不間斷排水，將水位降至178.00 m高程，施工期間用水泵控制圍堰滲水，保持施工平臺在178.00 m高程作業(yè)。

3）腳手架搭建。腳手架搭建采取階梯式搭設(shè)法。閘墩上設(shè)置錨筋固定腳手架，錨筋自上而下由密到疏排列。每個工作面下均設(shè)置安全網(wǎng)，安全網(wǎng)距工作面高差不超過3 m，腳手架外側(cè)平行于閘墩方向設(shè)置安全簾。

4）混泥土鑿毛處理。鑿毛采用風(fēng)鎬和電鎬結(jié)合方式進行，鑿除表面起鼓、松動以及產(chǎn)生凍融破壞的混凝土，直至露出堅實、牢固的混凝土為止，輕微破損的混凝土采取噴砂處理。工序主要是考慮拆除破損混凝土防止產(chǎn)生夾心的現(xiàn)象和界面粘接不牢。

5）鋼筋除銹。由于部分破損部位深度較大，已漏出鋼筋并且鋼筋已經(jīng)銹蝕。故采用鋼絲刷清除鋼筋表面銹蝕物，涂刷除銹劑并清洗2～3遍，直至鋼筋露出本色，銹蝕體全部溶掉，保證原銹蝕鋼筋不在發(fā)生膨脹銹蝕，不會對新材料產(chǎn)生破壞。

6）錨栓安裝。錨栓安裝采用風(fēng)鎬垂直于閘墩表面鉆孔，孔深0.8 m，梅花型布置，間距1.5 m，排距1.5 m，清洗孔內(nèi)浮渣，插入φ25螺紋筋，使用環(huán)氧樹脂砂漿對錨栓孔進行封堵。

7）預(yù)縮砂漿填筑。對鑿毛后的表面填筑預(yù)縮砂漿，預(yù)縮砂漿采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，砂料細度模數(shù)為1.8～2.0，水灰比為0.3～0.34，灰砂比為1∶2～1∶2.5；將攪拌好的砂漿歸堆放置30～90 min后，使其預(yù)先收縮后，即能使用；每次填筑預(yù)縮砂漿4～5 cm，搗實后2～3 cm，分兩層填筑預(yù)縮砂漿，分層用木錘搗實，兩層之間用鋼絲刷或竹刷刷毛，以加強層間結(jié)合，最后一層用鐵抹反復(fù)壓實抹光，并與原混凝土接頭平順密實，最終填筑厚度4.0 cm。由于填筑時，氣溫在0～10℃之間，不利于砂漿強度生長，為了保證工程質(zhì)量、加快施工進度，在砂漿拌合過程中加入適量抗凍早強劑，使預(yù)縮砂漿的凝固時間縮短至1 d內(nèi)。

8）鋼板安裝。鋼板采用Q345C級鋼，鋼板厚度為10 mm，鋼板拼裝完成后進行焊接，結(jié)構(gòu)縫處免焊。鋼板與錨栓間進行全孔焊接，保證鋼板與錨栓之間的可靠連接。

9）接觸灌漿。對鋼板及預(yù)縮砂漿表面縫隙處進行接觸灌漿處理，灌漿采用MG-391地礦注漿加固材料。

10）聚脲噴涂。噴涂聚脲前對基面進行噴砂處理，涂刷聚氨酯底涂，24 h內(nèi)進行聚脲噴涂，噴涂厚度為4 mm，鋼板安裝上下邊界進行封邊處理。

11）圍堰拆除。修復(fù)工程全部完成后，按計劃拆除腳手架、清理現(xiàn)場、外運渣料，最后拆除擋水圍堰，恢復(fù)電站運行。

5　結(jié)語

該工程河床式電站廠房尾水閘墩凍融破壞修復(fù)處理，施工設(shè)計標準符合國家或行業(yè)相關(guān)法規(guī)及標準，施工總工期為3個月。工程完工后，有效的解決了電站廠房尾水閘墩及兩側(cè)擋墻存在的安全隱患，為電站更好的完成防洪、發(fā)電及灌溉等重要任務(wù)提供了保證。

［中圖分類號］TV698.2+6

［文獻標識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）02－0060－01

［收稿日期］#2015-11-05