1、水工建筑物缺陷综合处理技术研究水工建筑物缺陷综合处理技术研究科研项目成果总结报告科研项目成果总结报告中国水利水电第三工程局有限公司中国水利水电第三工程局有限公司二九年三月二九年三月审批审批:王鹏禹王鹏禹审核审核:姬脉兴姬脉兴编写编写:屈高见屈高见 肖肖 念念 赵仁安赵仁安 一.前言1.课题立项背景 中国水电三局勘测设计研究院从事了包括三峡工程、丹江口工程、安康水电站工程在内的大量水工混凝土建筑物缺陷修补工程，本课题通过系列水工混凝土建筑物缺陷修补典型工程实例总结探索修补工艺和修补材料，为水工建筑物混凝土缺陷修补总结出可借鉴的经验。2.课题研究内容v(1)水工混凝土建筑物缺陷类型调查统计；v(2
2、)大坝混凝土裂缝处理；v(3)混凝土建筑物渗漏水处理；v(4)水工建筑物溢流面和泄流部位混凝土冲蚀坑处理；v(5)混凝土缺陷修补材料。二.水工混凝土建筑物缺陷类型调查统计水工混凝土建筑物缺陷类型调查统计 v水工混凝土建筑物缺陷或病害类型分为裂缝、渗漏和溶蚀、冲刷磨蚀和气蚀、冻融、混凝土的碳化和钢筋锈蚀、水质侵蚀等六类。v裂缝和渗漏为两类主要病害，所有调查的32个工程都有涉及，占到了100%，其次为泄洪过流建筑物的冲磨气蚀，占到了68.7%。v水电三局自1988年以来完成的水工混凝土建筑物缺陷工程进行统计（见表2-2），表1-2显示所有项目都涉及裂缝、渗漏问题，其次是冲蚀、冻融等。v三峡工程一至
3、五级船闸混凝土缺陷2006年调查统计情况，其中渗水裂缝南北线船闸合计达733条4688m。三三.大坝混凝土裂缝大坝混凝土裂缝 1.裂缝的危害v裂缝对水工混凝土建筑物的危害程度不一,严重的裂缝会减小结构的有效断面，恶化受力的状况，降低稳定性，甚至造成结构的不均匀变形。v当迎水面产生严重裂缝时（劈头缝），会增加坝体的扬压力，改变结构受力状况。v裂缝还会引起其他病害如渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻融破坏及钢筋锈蚀等。工程实例工程实例1:1:丹江口水电站大坝混凝土裂缝及危害丹江口水电站大坝混凝土裂缝及危害丹江口水电站右坝段层间缝丹江口水电站6号坝段廊道裂缝2.2.裂缝的成因裂缝的成因v(1)温度裂缝。v(2
4、)混凝土强度低、均匀性差，是产生裂缝的内在原因。v(3)基础问题。v(4)结构布置不妥而引起裂缝。v(5)由于地震或其他原因引起混凝土结构的裂缝。3.3.裂缝处理方法裂缝处理方法v第一种:表面涂抹及贴补。v第二种：凿槽嵌补v第三种：灌浆处理。4.4.裂缝处理程序裂缝处理程序（1）裂缝调查裂缝调查v裂缝现状调查v裂缝详细调查（2）成因分析（危害评估）成因分析（危害评估）判断是否需要处理或加固的依据判断是否需要处理或加固的依据：v水利部SL230-98混凝土坝养护修理规程v电力行业标准水工混凝土建筑物缺陷检测和评估技术规程（DL/T*-2007征求意见稿）（3）裂缝分类裂缝分类v丹江口大坝加高工程
5、老坝混凝土裂缝处理时按具体裂缝缝宽、缝深以及裂缝性状进行分类，相应的具体分类如表3-2 类别裂缝特性类一般缝宽0.2mm,缝深h30cm,性状表现为龟裂或呈细微规则特性类表面(浅层)裂缝，一般缝宽0.2mm0.3mm，缝深30cmh100cm，平面缝长3mL5m，呈规则状类表面深层裂缝，缝宽0.3mmh0.5mm，缝深100cmh500cm，侧(立)面长度h500cm，平面上贯穿全坝段的贯穿裂缝表3-2：丹江口大坝混凝土裂缝分类（4）制定处理方法制定处理方法v根据调查结果及原因推断结果，结合设计对混凝土结构提出的使用要求（承载能力、耐久性、安全性、防水性、气密性及美等），制定处理方案。（5）效
6、果检测效果检测检查手段检查手段钻孔压水试验声波测试孔内电视录像取 芯工程实例工程实例2:2:丹江口大坝加高工程右标段原坝体混凝土裂缝处理丹江口大坝加高工程右标段原坝体混凝土裂缝处理裂缝处理工程实例工程实例3:3:三峡工程永久船闸等建筑物混凝土裂缝处理三峡工程永久船闸等建筑物混凝土裂缝处理设备准备部位选择基面处理凹坑填补材料制备材料涂抹材料涂抹平整处理切边处理整体效果整体效果设备拆除 四四.混凝土建筑物渗漏水混凝土建筑物渗漏水 1.1.渗漏产生的原因渗漏产生的原因v（1）贯穿性裂缝；v（2）止水结构失效；v（3）混凝土密实度低。2.2.渗漏对混凝土建筑物的危害渗漏对混凝土建筑物的危害v渗漏会使建
7、筑物内部产生较大的渗透压力和浮托力，甚至危及建筑物的稳定与安全;v渗漏还会引发溶蚀、侵蚀、冻融、钢筋锈蚀、地基冻胀等病害，加速混凝土结构老化，缩短建筑物使用寿命;v 渗漏造成的溶蚀破坏会导致混凝土强度下降。3.渗漏调查 1、渗漏状况调查：（1）渗漏的规模及其在混凝土结构物中的空间分布；（2）渗水来源和渗漏水途径；（3）渗漏水量 2、结构物状况调查 对结构物的渗漏发生部位的缺损（裂缝、孔洞等）进行调查，分析成因。4.渗漏成因分析及处理判断 为经济有效地修补处理渗漏，有必要对渗漏原因进行分析。渗漏修补处理的判断是根据渗漏成因推断结果及影响建筑物运行的程度，分析处理的必要性、并制定最经济最有效的处理
8、方案。例如，中国水电三局2000年分别处理的三峡工程左岸厂房坝段基础廊道结构缝漏水和二郎坝水电站天生桥水库发电引水洞渗漏水两个项目，就是根据成因分析及使用要求分别制定了聚胺酯化学灌浆和丙烯酸盐化学灌浆以及表面喷涂等不同的处理方案（见表2-2、工程实例5、6）。5.渗漏处理方法 1、迎水面处理 防水堵漏应尽可能靠近渗漏源头。迎水面处理渗漏水常用表面涂抹、填塞、粘贴的方法处理。例如，中国水电三局1995年处理的石板水水电站坝体渗漏就是在水库放空情况下迎水面喷涂处理的。2、背水面处理 在无条件进行迎水面处理时，在背水面也可以处理渗漏水。背水面处理渗漏水的方法常有填塞和化学灌浆。工程实例工程实例4:4
9、:石板水电站混凝土大坝防渗迎水面喷涂处理石板水电站混凝土大坝防渗迎水面喷涂处理四川涪陵石板水电站大坝为碾压混凝土重力坝。为解决坝体渗漏问题，对上游坝面九千余平方米范围进行了弹性聚氨酯喷涂处理。处理后经过多年运行考验，效果良好。工程实例工程实例5:5:二郎坝水电枢纽天生桥发电放空隧洞衬二郎坝水电枢纽天生桥发电放空隧洞衬砌混凝土渗漏处理砌混凝土渗漏处理 陕西宁强二郎坝水电枢纽天生桥发电放空隧洞系竖升式进水口有压隧洞，承担发电引水，水库放空的任务。该发电洞运行多年后发现施工缝漏水、砼衬砌点面(散)渗等病害。在喷涂作业前，先对渗漏区周边围岩进行压力灌浆，使管内壁变成无水状态然后喷涂。本次共处理200余
10、平米点面渗。全部处理部位一次通过验收，质量优良。工程实例工程实例6:6:三峡工程左岸厂房坝段机组间结构缝渗漏水峡工程左岸厂房坝段机组间结构缝渗漏水处理处理 三峡工程左岸厂房坝段各机组间设结构伸缩逢，缝内分别设铜止水、橡胶止水两道。2000年，坝前蓄水后，在基础廊道（24m）发现安装间至6#机之间6结构伸缩缝有不同程度的渗漏水现象，分析为止水缺陷所至。由水电三局在廊道内采用背水面化学灌浆法进行处理。共处理6道结构缝，长度月70余米。共灌注水溶性聚氨酯材料1100Kg。所有被灌结构缝渗漏水现象消失。三峡工程左岸厂房坝段三峡工程左岸厂房坝段2424廊道廊道3 3#、4 4#机组间结构缝渗水处机组间结
11、构缝渗水处理前后对照理前后对照五五.水工建筑物溢流面和泄流部位混凝水工建筑物溢流面和泄流部位混凝土冲蚀坑处理土冲蚀坑处理1.1.冲蚀破坏冲蚀破坏 水工建筑物混凝土的冲磨和空蚀、冻融剥蚀、钢筋锈蚀、水质侵蚀、风化剥蚀以及碱骨料反应等外观缺陷统称剥蚀破坏，其中以冲蚀（冲磨和空蚀）破坏最为常见。其修补方法大多都采用“凿旧补新”的方法处理。冲磨和空蚀破坏主要发生在水工混凝土建筑物的泄洪部位。水电三局近几年相继处理了三峡工程左岸船闸、泄洪洞等建筑物、安康水电站表孔消力池、三板溪水电站左岸溢洪道等冲蚀破坏修补工程 2.2.冲蚀破坏的处理对策冲蚀破坏的处理对策 水工建筑物混凝土的冲蚀破坏是无法避免的。只能通
12、过合理设计、精心施工和严格运行管理延长维修周期。（1）从设计的角度可通过修改体型，改善水流流态、设置通气孔等措施减轻冲蚀破坏。（2）从施工的角度要重视控制和处理不平整度。两个不平整度处理标准两个不平整度处理标准流速m/s突体坡度13201/2020401/50401/100顺水流方向突体高度h6.5mm垂直水流方向突体高度h3.2mm美国垦务局不平整度处理标准美国垦务局不平整度处理标准 中国中国规范规范不平整度处理标准不平整度处理标准 水流空化数00.550.350.350.250.250.150.15顺水流的突体坡度1/301/401/501/60垂直水流的突体坡度1/201/301/401
13、/50（3）从运行管理的角度要重点考虑泄流运行方式。v由于闸门运行方式不合理，如隔孔开启和各孔不等开度开启的运行方式造成水流恶化的空蚀破坏，可考虑改进泄流的运行方式，消除空蚀破坏。工程实例工程实例7:7:三峡工程南线船闸第三峡工程南线船闸第1 1分流口过流面混凝分流口过流面混凝土冲蚀调查及建议对策土冲蚀调查及建议对策 2003年12月南线船闸运行约半年后曾进行过排干检查，发现输水廊道第一分流口舌板混凝土表面及平面转弯的凸侧墙根部均存在不同程度的空蚀现象，为此进行了修补。专家们经分析认为可以考虑采用改变运行方式以降低流速改变运行方式以降低流速和改变分流舌端部体型改变分流舌端部体型两种措施以防止第
14、一分流口的空蚀破坏。3.3.冲蚀修补工艺冲蚀修补工艺清除损伤的老混凝土修补体与老混凝土结合面的处理修补材料浇筑回填养 护“凿旧补新凿旧补新”的修补工艺流程的修补工艺流程 工程实例工程实例8:8:三板溪水电站溢洪道水毁修复工程三板溪水电站溢洪道水毁修复工程三板溪水电站溢洪道布置在清水江左岸，位于主坝和副坝之间，由引水渠、溢流堰、泄槽和挑流鼻坎组成。2007年7月27日，溢洪道进行泄洪时4掺气槽及其上下游共27块泄槽底板被损毁，累计损坏面积约4000m2，冲毁最深11m，冲毁混凝土与基岩总量约1.5万m3。对溢洪道底板进行修复和加固处理，对4#掺气槽上下游水毁部分底板进行重浇混凝土修复施工，其次对
15、2#掺气槽（包括以上游8m范围）以下游到挑流鼻坎末端溢洪道底板采用60cm厚C45抗冲耐磨混凝土做全面加固处理。工程实例工程实例9:9:三峡工程南北线船闸第一分流口舌板过三峡工程南北线船闸第一分流口舌板过流面混凝土冲蚀破坏处理流面混凝土冲蚀破坏处理根据检查情况，针对第一分流口舌板蚀损制定了专项施工工艺措施，并采用上海麦斯特公司生产的EMACOS188材料和专用Deguna20TEV型喷浆机设备进行修补。在第一分流口舌板蚀损修补完后，对分流舌端部2m及相邻墙面1m范围内涂刷HK961增厚环氧涂料2道，最后采用HK961将第一分流口过流面整体覆盖1道，要求舌板端部2m范围涂层总厚度不小于1mm。工
16、程实例工程实例10:10:安康水电站消力池底板混凝土缺陷综合处理安康水电站消力池底板混凝土缺陷综合处理 安康水电站位于汉江上游。电站枢纽由拦河坝、坝后式厂房和通航设施等建筑物组成。2004年12月在对消力池进行第四次处理前，对前三次处理工艺进行了总结分析经过对上分析，制定第四次处理方案：伸缩缝的处理仍然采用“内柔外刚”法，“内柔”改嵌填柔性材料为化学灌浆，灌注材料采用弹性聚氨酯（LW+HW），灌注范围限定在面层砼上层止水以上部分，用“低压、限时、限量”法控制。“外刚”则采用环氧砂浆封闭。见图2、图3。环氧砂浆GB盖板聚硫密封膏伸缩缝伸缩缝GB盖板U型止水带聚合物砂浆图2:凿槽充填法处理伸缩缝漏
17、水示意图灌 浆 塞灌 浆 孔(16mm,孔 深 40cm,斜 孔 和 缝 相 交)伸 缩 缝 内 填 充 聚 氨 酯350mm35mm止 水原 槽 回 填 环 氧 砂 浆图 3:化 学 灌 浆 法 处 理 伸 缩 缝 漏 水 示 意 图六六.混凝土缺陷修补材料混凝土缺陷修补材料 1.1.灌浆材料灌浆材料 通过工程实例10:安康水电站消力池底板混凝土缺陷综合处理也可看出，“化学灌浆”在众多裂缝（结构缝）渗漏水处理方法中，是最接近“治本的方法”。常用的混凝土裂缝修补灌浆材料有水泥类浆材、环氧类浆材、聚氨酯类浆材、丙烯酸盐类浆材等。（1）水泥类浆材尤其是超细水泥浆材可用在宽度较大（一般0.2mm以上
18、）的混凝土裂缝处理。（2）环氧类浆材的优点是固结体强度高，粘度低，可灌入0.2mm以下的微细混凝土裂缝。（3）聚氨酯类浆材分水溶性（亲水型）聚氨酯、油溶性（疏水型）聚氨酯、弹性聚氨酯三类。（4）丙烯酸盐类浆材：丙烯酸盐灌浆液是一种新防渗堵漏材料，可替代丙烯酰胺类浆材。但丙烯酸盐灌浆液中不含酰胺集团化合物，更符合环保要求。2.2.填补材料填补材料 （1）水泥基修补材料水泥基修补材料:常用的有高性能混凝土、各种聚合物砂浆（混凝土）等。在种类较多的聚合物砂浆（混凝土）中，丙乳砂浆（混凝土）应用较为广泛。公伯峡水电站泄洪洞挑流鼻坎龟裂丙乳砂浆修补（2）树脂基修补材料树脂基修补材料:以各类环氧砂浆应用居
19、多。本课题中的大量工程实例都用到环氧砂浆材料。安康消力池环氧砂浆修补（3）填补材料的选择填补材料的选择性能环氧树脂混凝土（砂浆）聚酯树脂混凝土（砂浆）水泥混凝土（砂浆）聚合物混凝土（砂浆）抗压强度(MPa)551105511020701080抗压弹性模量E(GPa)0.5202102030130抗弯强度(MPa)2550253025615抗拉强度(MPa)9208171.53.528极限拉伸(%)01502005线性热膨胀系数(10-6/)25302530712820吸水率257天(%)010.20.55150.10.5承载下最大允许温度()40805080300100300强度发展速率206
20、48h26h14周17d混凝土修补材料的物理力学性能混凝土修补材料的物理力学性能 主要修补原材料应用范围表主要修补原材料应用范围表 序号材料名称应用范围1CW环氧砂浆用于除分流舌舌板以外的混凝土表面损伤、空（孔）洞部位的切槽回填处理2CW抗冲耐磨胶泥用于局部混凝土表面麻面修补处理3CW水乳环氧砂浆用于竖井及其它非过流面微潮裂缝、点渗部位的刻槽嵌缝处理4CW弹性嵌缝材料用于第一、二分流口结构缝填充物脱落部位的缝口封堵材料5HK-96增厚型环氧涂料用于一般混凝土表面及分流舌板修补部位的界面保护；用于第一、二分流口、竖井及过流面修补的界面保护6胶霸600（聚硫密封胶）用于第一、二分流口结构缝填充物脱
21、落部位的主要填充材料7EMACOS188喷射混凝土用于第一、二分流口舌板及附近结构缝破损掉块（立面及倒悬面）部位的回填修补处理8KT1水泥基渗透结晶型表面防水材料用于地下输水系统混凝土裂缝、层间缝、一/二期混凝土结合缝部位，对缝宽0.1mm以下或压水不吸浆的干裂缝作表面涂刷处理，北线船闸未使用该材料混凝土修补厚度与修补材料的选择混凝土修补厚度与修补材料的选择修补材料大面积修补厚度(mm)小面积修补厚度(mm)2512256121225612混凝土、喷射混凝土和水泥砂浆聚合物水泥砂浆环氧砂浆聚酯树脂砂浆七七.科研成果综述科研成果综述 一、成功完成了三峡工程、左岸永久船闸混凝土缺陷修补、丹江口水利
22、枢纽工程老坝混凝土裂缝处理、三板溪水电站溢洪道底板水毁修复加固、安康电站表孔消力池底板混凝土缺陷处理等项目。对发现的空驶、冲坑、裂缝、结构缝渗漏、蜂窝麻面等水工建筑物混凝土常见缺陷，分别制定方案进行处理，用到了国内外诸多修补材料，缺陷处理完成后，经过质量检测，所有处理项目合格，满足工程运行的需要，为其他水工建筑物缺陷处理提供了丰富、翔实的借鉴经验；二、针对水工混凝土建筑物缺陷类型调查统计、大坝混凝土裂缝处理、混凝土建筑物渗漏水处理、水工建筑物溢流面和泄流部位混凝土冲蚀坑处理、混凝土缺陷修补材料等六个问题进行了研究并总结出具有普遍意义的结论。八八.研究成果应用前景研究成果应用前景 水工混凝土建筑物规模宏大，对国家的经济建设和防汛等多方面有巨大的社会效益和经济效益，我国二十世纪八十年代以前建设的混凝土坝由于设计标准低、施工质量不良、管理不善等原因，导致大坝混凝土过早地出现了老化和病害，许多工程需要进行大修。另外，国内五十年代至八十年代修建的大坝比较多，一般经过30年以上的运行都会不同程度的存在质量问题，因此该项目的研究成果将为我国老坝、病险坝各类缺陷处理施工总结出良好的经验。欢迎提出您宝贵的意见及建议欢迎提出您宝贵的意见及建议
