某泄洪闸溢流面损坏原因分析及修补

摘要：某泄洪闸溢流面损坏的主要原因是冲磨空蚀破坏。通过试验和实践，认为采用硅粉、丙乳为主要化学材料的修补方案可行，对类似工程有一定的参考价值。

关键词：溢流面损坏原因化学修补

中图分类号：TV652文献标识码： A

1工程概况

某泄洪闸位于北江下游，泄洪闸于八十年代开始施工，四年后泄洪闸建成。泄洪闸溢流面位于主河床中央，基础为石英砂岩，溢流面为W.E.S堰，共20孔，每孔净宽10 m，配有弧形钢闸门，堰体为浆砌石，基底及溢流面为钢筋混凝土。主要出流形态为淹没式出流，当单孔泄洪闸门全开时，最大泄流量112m3/S，最大流速约10.89 m/s。

2溢流面破坏情况

该泄洪闸于1982年6月下闸挡水开始投运，2000年汛后检查发现有8孔溢流面堰面混凝土存在成块剥落、砂石外露、疏松露筋现象，其中有4孔溢流面有约(8~ 12)m2的冲槽且钢筋外露。2002年汛后专项检查发现，破坏范围扩大，破坏深度增加，冲槽已被冲刷成宽(10 - 30)cm、深(10~20)cm的沟槽，钢筋外露范围也明显扩大，还发现在纵横接缝处的个别部位，剥蚀深度达(45 - 50)cm，并伴鼓水现象，严重危及堰体安全。

3破坏的成因分析

促成泄洪溢流面混凝土发生破坏的主要因素有：

(1)溢流面混凝土原施工质量控制不严。

泄洪闸溢流面在建设期间的项目管理是沿用传统的“指挥部”管理模式，质量监管不力，技术管理人员素质参差不齐，W.E.S曲面没有按设计要求立模振捣成型，故水流曲面施工未达到设计要求，施工中由于定线误差，模板接缝不平、未清除残留突出物、过流表面不平整；开闸泄流时，引起高速水流局部与边界分离，形成漩涡，导致溢流面产生空蚀破坏；溢流面混凝土浇筑过程中原混凝土骨料、砂含泥量超标；振捣不密实、漏振或不振情况严重；冬季施工无保温加热措施，混凝土早期受冻，降低了其强度及耐久性。经现场钻孔取芯检查发现，表面25 cm左右混凝土的抗压强度为(13.0~15.O)MPa，低于设计指标。

(2)当时溢流面混凝土设计抗压强度为R28200D150，只相当于目前的c18。该设计标准对于溢流面水工混凝土抗冲磨破坏方面取用偏低。

(3)闸前天然河床未按设计断面开挖到位及原上游围堰拆除不彻底，导致溢流面在过流期间含卵石、石碴量增大，挟带悬移质和推移质的高速水流对溢流面混凝土的冲磨剥蚀破

坏更加严重。

(4)泄流频繁，闸门运行方式不尽合理。因该闸向下游泄洪，故闸门开启频繁，在闸门运行过程中，部分闸门过度集中使用且开启高度过小，造成水流流速过大，溢流面长期冲磨，形成提早破坏。

综上所述，溢流面损坏主要是冲磨空蚀破坏，而施工质量控制不严、原设计水工混凝土抗冲磨等级偏低以及后期的运行管理是其根本原因，这些综合因素加速了溢流面的破坏速度。

4修补方案及施工工艺

4.1处理原则

针对本工程的特点和要求，在征得原设计人员同意的情况下，确定的修补处理原则为：

(1)修补处理后的溢流面外形尺寸不能改变原设计断面尺寸。

(2)每孔的修补范围根据破坏的严重程度，尽量考虑整孔修补为主，局部修补为辅；对冲磨破坏修补材料的选择既要有较高的粘结强度，又要有合适的抗冲耐磨能力。

(3)对多个修补方案进行试验，然后确定一个最佳修补方案进行施工。

(4)根据工程特性，修补处理需定在不需泄流的枯水期，即每年的11月、12月、1月、2月，要求作好冬季施工养护工作。

4.2修补材料试验

4.2.1修补材料方案

针对本工程的特点和要求，有选择性地进行了3种修补材料方案的试验对比。

方案一：预缩砂浆修补材料。

该方案的修补材料为普通水泥砂浆中加入适量木钙外加剂，这是一种干硬性的水泥砂浆。其配比（重量比）为：水泥：砂：木钙：水=1：2：0.001：适量。

方案二：特种无机胶凝材料修补材料。

该方案的胶凝材料为特种无机胶凝材料（即胶凝液和矿碴粉），该材料以“三废”中废渣为主要原料，集块硬、早强、低热、耐磨、耐久、高抗渗、抗腐蚀等于一身。用现场配制的特种胶凝液代替拌制用水，用特种矿碴粉取代水泥，再加入适量砂、石拌制而成。其配比（重量比）为：

胶凝净浆：胶凝液：矿碴粉=1：2

胶凝砂浆：胶凝液：矿碴粉：砂= 22.5：50：130

胶凝混凝土：胶凝液：矿碴粉：砂：碎石= 22.5：50：132：165

方案三：丙乳、硅粉化学修补材料。

该方案是在普通水泥砂浆或混凝土中加入适量由某水利科学研究院研制的NBS乳液（简称丙乳）及NSF剂（简称硅粉）等化学材料后，用拌制的硅粉混凝土、硅粉砂浆、丙乳砂浆进行修补。

4.2.2各方案试验成果（表1和表2）。

4.2.3方案比较

从试验成果可以看出：

方案一虽然造价低，但材料抗压强度、粘结强度低，运行情况也差（此方案1989年冬季实施，经三年洪后检查，有局部和整体剥落现象，重新实施了修补）；

方案二造价高，材料的抗压强度、粘结强度基本能满足要求，但由于该材料终凝时间短、早强速度快，在薄层曲面修补中，可操作性差（表面无浆收光），对溢流面曲面特殊环境部位的修补没有质量保证，该材料在耐磨要求高的公路路面修补中比较合适；

方案三具有造价较低、可操作性好、粘结强度高、抗压强度有足够富余，施工工艺简单，有较好的抗冲磨性能，此材料在该溢流面修补中应用，运行至今，未发生冲磨破坏现象，效杲良好。

试验成果表1说明：硅粉、丙乳水泥砂浆或混凝土具有很强的粘接能力和很高的抗冲耐磨性能，是一种非常优良的、特别适用于泄水建筑物表面补强的新材料，故方案三为溢流面修补的优选实施方案。

4.3溢流面修补的施工工艺

(1)主要原材料选择。

水泥：525#

普通硅酸盐水泥

砂料：珠江黄砂（比重2.5，细度模数2.55）

碎石：珠三角碎石厂生产（10 mm

硅粉、丙乳化学材料：某研究院提供

修补材料设计标号：C30

(2)配合比。

丙乳净浆：丙乳：水泥=1:2

丙乳砂浆：水泥：丙乳：黄砂：水=50：12.5：75：适量

硅粉砂浆：水泥：硅粉：黄砂：水=50：9：75：15或适量

硅粉混凝土：水泥：硅粉：黄砂：碎石：水=75：9：115：191：25或适量

(3)基面处理。

现场确定溢流面修补的范围，并对修补范围内原混凝土表面凿除，以凿至新鲜混凝土面为准。凿除厚度以大于3 cm为最佳。

对渗水点用堵漏材料封堵，不能封堵的，用导水管排出。

(4)施工工艺。

基面凿除合格后，清除松动块体并用高压水枪冲洗混凝土凿毛面，清除基面积水，自然干晾12 h，局部积水可用喷灯烤干。

基面涂刷丙乳净浆，待净浆触干后（约30 min），再均匀的摊铺一层(6 - lO)mm厚的丙乳砂浆。最后，浇筑硅粉混凝土或硅粉砂浆，并填补振捣成型，泥工收光。

当填补厚度≥3 cm时，采用浇筑硅粉混凝土；当填补厚度

于4℃时，要求覆盖养护。

该溢流面按以上化学修补方案共实施了13孔的溢流面修补施工。经过近数年的泄洪运行考验，未发现明显冲磨痕迹，其抗冲耐磨性特别显著，可见修补效果良好。