钢模环氧砂浆修复气蚀混凝土施工工艺

　1 基本情况

　　欧阳海水库大坝位于郴州、衡阳市交界的湘江一级支流舂陵江中游，水库集雨面积 5 409 km2，总库容 4.24 亿 m3， 多年平均入库径流量 4.1 亿 m3，设计正常最高蓄水位 130 m，相应库容 2.963 亿 m3。 大坝为混凝土双曲拱坝。 水库以灌溉为主，辅以发电、防洪、航运等。 水电站为坝后引水混合式电站，装有混流式水轮发电机组 3 台、装机容量 3×12 MW，保护出力 60 MW，设计年发电量 1.99 亿 kW·h，设计年利用小时 5 440 h，最大引用流量 115.2 m3/s。 3 台机组分别于 1975 年、1977 年和 1978 年投入运行。 电站蜗壳后分别设计三道尾水闸门， 尾水洞尺寸为8 780 mm×3 380 mm×3 080 mm（长×宽×高），三道闸门中尾水墙墩宽 4 240 mm、边墩 4 410 mm，每道闸门中设计中墩宽 1 000 mm。电站厂房平面高程 87.3m，正常尾水位 82.5 m，尾水底板高程 74.53 m。 经多年运行，洪水将河床石砾部分冲积至尾水门洞。我们选择干旱年份库水位降至近死水位时停机， 将电站尾水端围堰排水清除淤积，增加电站发电出力。同时修补排干尾水洞积水后发现的尾水墙的气蚀钢筋混凝土。由于库水位不断上涨，加上电站要尽快恢复发电，我们必须在短时期内修复气蚀混凝土，消除工程隐患。

　　2 电站尾水墙墩钢筋混凝土气蚀原因分析

　　欧阳海电站引水闸闸顶高程 137.0 m， 启闭台134.0 m，设计高水位 130.0 m，死水位 115.0 m，进水口中心线高程 105.0 m，底板高程 102.0 m，正常发电水位（121.0~130.0）m，尾水底板高程 74.53 m，最低尾水位 81.5m，正常尾水位 82.5 m，设计尾水位 92.8m，校核尾水位 94.8 m，进水口底板与尾水底板高差27.47 m，正常发电水位与正常尾水位的压力水位差为 （38.5~47.5）m。 3 台机组由 1 个引水压力隧洞分水， 经过混流式水轮发动机蜗壳后在尾水闸室段形成紊流，形成了负压真空区，从而对有局部瑕疵的钢筋混凝土墙墩产生了巨大的破坏作用， 也就是气蚀现象。我们这次检修中发现 1#、2#机组左侧墙墩和中墩都有不同程度的气蚀现象。 面积小的有 900 mm×600 mm，大的有 1 800 mm×1 200 mm（长×高 ），平均气蚀深度约 10 mm，最大气蚀深度达 21.5 mm。 尾水墙墩混凝土首层钢筋网 Φ14@200 mm, 在气蚀区内基本上断裂和缺失，破坏性相当严重。3#机主要作为备用机组，发电时间短、气蚀现象不太严重，按常规处理即可。

　　3 钢板模的装配及施工工艺流程

　　由于尾水墙在高速水流长期冲蚀下气蚀现象相当严重，尾水墩首层钢筋已经大面积断裂和缺乏，修复工程中我们采用焊接补缺钢筋网上或钢筋混凝土上打膨胀螺钉的方式连接螺栓， 形成钢板模内充填环氧砂浆， 钢板起到了对环氧砂浆的固形及紧固加压作用，还起到了对环氧砂浆的保护作用，增加了尾水墙的抗冲磨、抗气蚀能力。
　　（1） 钢筋的修复焊接。 将已断裂和已冲磨不合要求的钢筋锯掉，打磨出合格的钢筋桩，用同规格的钢筋焊接，焊接长度要符合规范要求。
　　（2） 连接螺栓及螺孔的布置。 在钢筋网上焊接连接螺栓，或者在混凝土上打膨胀螺钉。一般根据气蚀面积及形状确定螺栓及螺孔的布置个数。 规格小的钢板布置 5 孔，稍大的布置 7 孔，规格大的布置 9孔。 在钢板中心位置布置 1 个， 靠近四个角预留（30~50）mm 处各布置 1 个，稍大的在长边方向中心增加布置 2 个， 规格大的则在四边中心往钢板中心方向缩（30~50）mm 各增加布置 1 个。 螺栓长度根据气蚀深度确定，一般要比实际深度长（5~10）mm。
　　（3） 钢板的选择及螺孔布置 。 钢板选用（3~5）mm 厚优质钢板，尺寸根据现场气蚀面积确定，形状一般成长方形，螺栓布置后，现场确定螺孔位置，孔口一般比螺杆大 1 个规格，即螺杆选用 Φ14 mm，螺孔则钻 Φ16 mm。
　　（4） 钢板模装配。 连接螺栓钢板及螺孔全部加工完成后，现场试装配，确认安装正确、装配方便快捷后方可进入下一道工序施工。

　　4 钢模环氧砂浆修复气蚀混凝土施工工艺

　　环氧砂浆是以环氧树脂为主剂，配为固化剂、稀释剂、增塑剂、填料（中净砂、水泥、滑石粉）等一系列助剂。经混合固化后形成一种高强度、高粘结力的固结体，具有优异的抗流、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸防腐蚀性能及修补加固性能。 钢板模起到了对环氧砂浆的固形加压及保护作用，共同形成整体抗冲磨、抗气蚀共体。

　　4.1 环氧砂浆的性能特性

　　环氧砂浆化学性能稳定，耐腐耐候性好。固结体具有高粘结力、高抗压强度，且不受结构形状限制。具有补强、加固的作用和抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸、磨蚀的性能，并与多种材料的粘结力很强，热膨胀系数与混凝土接近， 不易从这些被粘结的基材上脱开， 耐久性好。 具有良好的柔韧性和抗冲击性能，能够抵抗外力引起的变形，降低体系产生的内应力，提高材料的适用性能。

　　4.2 钢模环氧砂浆修复气蚀混凝土的施工工艺

　　（1） 基面处理。对混凝土基础表面进行处理，用电钻、风钻、钢钎等清除基面上的乳皮、水泥净浆表层或松动颗粒等，使表面外露新鲜骨料，将不规则面规整成形。
　　（2） 表面处理。 用高压水或高压风清除表面沙粒、粉尘，然后用喷灯将潮湿表层喷干，再用丙酮清洗，涂刷 1~2 遍。
　　（3） 涂刷基液。 在处理好的混凝土基层、钢筋网、 螺栓以及钢模板内侧表层上用毛刷均匀涂刷一薄层底层环氧基液，尽可能做到薄而均匀，不流淌、不漏刷。 用量推荐：底层基液 0.5 kg/m2。
　　（4） 涂抹环氧砂浆。 待基液初凝（表面不流动，指触拉丝）时，用抹刀涂抹环氧砂浆，涂抹时要边压实抹光，填抹砂浆层要比需补平基层高出（10~20）mm。用量推荐：环氧砂浆 2 000 kg/m3。
　　（5） 钢板加压。 装配好涂抹好的钢模板套入螺栓后加垫圈螺母，加压紧固，使环氧砂浆从四周溢出多余部分，将钢板与混凝土连接处用环氧砂浆勾填好。
　　（6） 钢板焊接与铆平。螺母加压紧固后，用低压电焊焊枪将螺母与钢板焊接，剔除焊渣，用砂轮将高出螺母部分螺杆锯除，再焊接牢固，铆平抛光。 然后在钢板、螺母包表面刷环氧基液二道。
　　（7） 养护及交付使用。在自然条件下，保持一定的温度和湿度，养护 2~3 天，即可交付使用。

　　5 结 语

　　环氧砂浆修复气蚀混凝土技术已经应用非常广泛， 欧阳海水电站尾水墙混凝土在高速水流长期冲蚀下气蚀相当严重，应用钢板模连接螺栓与环氧砂浆紧密结合，充分发挥环氧砂浆高强度、高粘结力和修补加固性能，以及钢板模的固形加压、抗冲击性能，抵抗外力引起的变形，起到很好的保护作用。 形成共体共同减缓和消除气蚀对水电站混凝土尾水墙的危害。