水口水电站溢洪道检修门槽聚合物混凝土修补施工技术.pdf

2 0 1 1年第 1 期 水 口水电站溢洪道检修门槽聚合物 混凝土修补施工技术 黄 书新 ( 福建水口 发电有限公司，福建 福州3 5 0 0 1 3 ) 摘要：该文针对水口水电站溢洪道检修门槽周边混凝土存在露筋等缺陷，介绍了采用 P B M一 3 聚合物混凝土进行水下修补的施工技术，供类似工程参考。 关键词 ：检修 门槽 ；P B M一 3聚合物混凝土；水下修补 ；水口水 电站 中图分类号 ： 5 4 4 文献标识码： B 文章编号 ： 1 0 0 2 3 0 1 1 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 7 0 0 3 1 工程概况 水 口水电站是一座 以发电为主，兼有 防洪、改 善航运等综合效益的大型水电工程，位于闽江干流， 上游距南平市 9 4 1( rn ，下游距福州市 8 4 l【 rIl 。水电站 枢纽由拦河大坝、发电厂房、船闸、升船机及开关 站等组成。拦河大坝为混凝土实体重力坝，坝顶高 程7 4 0 m，最大坝高 1 0 1 0 m，坝顶长7 8 3 0 m 。 2 0 0 6 年大坝定检水下检查发现，溢洪道检修门 槽、机组进水口检修门槽以及船闸检修门槽等部位 周边多处存在不同程度 的混凝 土孔洞缺陷 ：溢洪道 溢流孔检修门槽局部混凝土淘空 ；大多数混凝土砂 石裸露 ；个别露 出钢板、钢筋 ，甚至紧贴 钢板并向 内部延伸。如 1 溢洪道检修门槽左侧门槽下游面侧 壁 E L 4 3 m处 ，砂石骨料裸 露 ，钢筋露 出，孔洞尺 寸达 1 7 0 c m X 1 9 c m X 7 c m； 4 溢洪道检修门槽右侧 门槽下游面侧壁 E L 5 0 6 m处，砂石骨料裸露，尺 寸为 1 9 0 c m X 2 7 c m X 1 8 c m；最小孔洞尺寸也达 1 2 c m X 1 0 c m X 9 c m。这些缺陷在水流冲刷下还会进 一 步扩大，影响门槽、闸墩结构的完整性和安全， 必须进行处理。 经过分析与材料比较后，决定采用 P B M一 3 聚 合物混凝土修补。水库正常水位为 E L 6 5 0 m，水下 修补混凝土高程约在 E I A 0 4 m E L 5 4 4 m范围内。 2 P B M聚合物混凝土主要材料性能 P B M系互穿网络高分子材料 ，拥有不 同高分子 材料的互补和协同效应， 体现出高分子合金的性能。 收稿 日期 ：2 0 1 01 I 一1 0 7 0 P B M聚合物混凝土是以 P B M树脂为粘结剂，将其 与骨料 ( 石子、砂、水泥)固结而成的混凝土。它 同时具有高分子材料 和无机材料的综合性能，可在 水中快速固化，力学强度高。由于树脂不溶于水， 又赋予包裹的骨料具有很高的粘稠性。P B M聚合物 昆 凝土收缩率小、粘结力强，具有优良的抗冲耐磨 和耐腐蚀性能，拌合料在水中具有不分散、不离析、 自流平 、自密实、可直接浇人水 中处理部位的特点 ， 施工浇注时不用导管 、不需振捣 ，可进行以厘米计 的薄层修补。与金属构件粘结牢 固，可用于水下金 属管道快速修补处理。 H K一9 8 3树脂锚 固剂是高强建筑胶粘剂 ，用于 建筑植筋，对金属、混凝土、砖、陶瓷等具有良好 的胶粘性能，本身具有很高的抗压和抗拉强度，耐 酸、碱、盐等化学腐蚀性很强 ，可以用于建筑物 的 结构补强加固处理。主要性能特点如下：A 、B双 组分包装 ，按 比例混合后可在室温下 固化 ，使用方 便； 固化后树脂锚固剂具有很高粘结、抗拉和抗压 强度，能承受高荷载； 握裹力强，钢筋能被充分利 用； 保存期长， A 、B 组分不接触不会固化。 H K一 9 8 3 产品锚固推荐的孔径与孔深见表 1 。 表 1 H K一 9 8 3锚固推荐的孔径与孔深 钢筋直径 孔径 孔深 钢筋直径 孔径 孔深 ( m m) ( m m) ( c m) ( m m) ( m m) ( c m) 6 5 1 0 8 2 O 2 8 2 8 1 0 1 4 1 2 2 2 3 O 3 2 1 2 l 6 1 5 2 5 3 2 3 8 1 4 2 O 1 7 2 8 3 5 4 6 1 6 2 2 2 0 3 2 4 0 5 5 1 8 25 2 3 3 5 4 8 7 8 2 0 1 1年第 1 期 3 水下聚合物混凝土修补施工工艺 3 1 水 下基层 面清理 为加强新旧混凝土面的粘接 ，需对缺陷部位进 行清理。孔洞四周的边缘部位较浅，若直接进行修 补，由于浇筑的混凝土层太薄，不利于新老混凝土 的结合，也难以承受高速水流和推移质的冲击。因 此 ，将孔洞周边切割成至少 6 c m深的垂直面 ( 如孔 洞太小无法切割 ，则可凿成近垂直 面) ，且边线避 免出现突变或尖角，以增加修补区修补材料的抗冲 击和抗冲刷的能力；再用水下液压镐凿除孔洞内松 动的混凝土、用液压 打磨刷对孑 L 洞混凝 土表面进行 打磨；最后用高压水冲洗表面。若工作面小，无条 件用水下液压镐或液压打磨刷 ，则直接用水下专用 高压水枪清理基面。 3 2 水下钻孔布设锚 筋和钢 筋网 根据凿除、清理后孔洞 区域 的形状、面积 的大 小、出露的钢筋情况以及为布置钢筋网提供方便的 原则，确定布孔位置。用钻孔设备钻 2的锚筋 孔， 孔深根据技术要求在 2 0 c m左右。用高压水枪 冲洗钻好的锚筋孔和表面的污物和浮粒。冲洗干净 后 ，将 H K一9 8 3水下锚固剂压人孔 内，再将提前加 工好的 T形锚筋 1 2 ( 面积较大或冲坑较深时用 ( I ) 1 6 )打入锚筋孔 内，锚筋外边缘距 离修补层 表面 至少 3 5 m m 。此锚筋起加强新旧混凝土层的连接作 用， 若破损面积较小，每个破损面至少须布置 1 根 锚筋。 是否要增加钢筋网主要是依据冲坑深度和面积。 经基层面局部凿除、清理后孔洞深度小于 1 0 c m且 面积不大时可不增设钢筋网，只需增设锚筋；当冲 坑面积和深度较大时 ，须增设锚筋和钢筋网。 根据孑 L 洞的几何尺寸、出露的钢筋情况及锚筋 的相对位置布设钢筋网。考虑到破损区基面平整度 不一，钢筋网采用 8钢筋在水下直接焊接而成， 确定网格尺寸的原则是能与原配筋相同。 3 3水下立模 板 利用 P B M 一 3混凝土 ( 砂浆 ) 自流平 的性 质， 底面混凝土孑 L 洞可直接浇筑，侧面混凝土冲坑需立 模浇筑。预先在陆上制作成相应形状的钢模板 ( 在 顶部预留进料口) ，对面积较小冲坑，表面模板直 接用水下射钉枪固定；对面积较大冲坑，用膨胀螺 栓固定模板，施工结束后拆除模板及膨胀螺栓，并 用环氧砂浆填平膨胀螺栓遗留下的孔洞。 3 4 P B M一3聚合物混 凝土 ( 1 )P B M一 3聚合物混凝土的组成。P B M一3聚 合物混凝土由树脂、固化剂 ( 或促进剂和引发剂) 和骨料 ( 石子、砂、水泥)组成。稠度由树脂和骨 料的比例来调节，一般树脂用量 占1 2 1 8 ( 以 重量计) ，可根据现场施工时的气温、砂石料的粒 径、允许施工时间等情况进行配合 比试验，确定本 工程选用树脂用量。水下 P B M一 3聚合物混凝土的 固化时间由促进剂和引发剂的用量来调节，一般温 度越低 ，用量越多。根据施工时的温度情况 ，通过 现场试验选择促进剂和引发剂的用量 ，同时要考虑 施工速度和固化速度，凝固时间以不超过6 0分钟为 宜，以保证聚合物混凝土的浇筑质量。 ( 2 )P B M一 3聚合物混凝土 ( 砂浆)的配合比 ( 重量比)见表 2 。 表 2 P B M一3聚合物混凝土 ( 砂浆)配合比 ( 重量比) ( 3 )P B M一 3 聚合物混凝土各组成份的计量。 每个区域浇筑的混凝土体积都不大，可根据实际情 况选定一次拌制量。根据选定的 P B M一 3 昆 凝土的 配合比以及 P B M一 3 树脂质量，计算出所需砂、石、 水泥用量。由于促进剂和引发剂的相对用量很小， 给准确计量带来了很大的困难。实际施工计量中， 可在准确计算两者质量及密度的前提下计算其所用 体积，采用医用一次性塑料注射器通过控制两者体 积来控制用量。一方 面，针筒上的刻度能准确计量 体积，另一方面，通过注射器的推进器能灵活增减 两者的用量，为精确灵活地配制 P B M混凝土提供有 效保障， 确保 P B M聚合物的混凝土施工质量。 ( 4 )P B M一 3 聚合物混凝土的拌制。由于工程 浇筑的 P B M一 3 聚合物混凝土用量不大，采用人工 7l 2 0 1 1年第 1 期 图 1 P B M一 3聚合物混凝土拌制工艺 拌制 ，拌制工艺见图 1 。 拌合所用的砂、石等骨料必须干燥 ( 含水量宜 小于 1 ) 。拌合时一定要先将骨料拌均匀后再开始 配制树脂，且拌好的树脂组份必须立即倒入骨料中 拌合，以免因树脂快速固化而导致混凝土 ( 砂浆) 来不及拌制。促进剂加入树脂后，必须先搅拌均匀， 再加引发剂，以免引起剧烈反应。 ( 5 )P B M一 3聚合物混凝土的运输。由于每次 拌制的P B M一 3聚合物混凝土方量较小，由人工通 过钢丝绳直接 吊运袋装 P B M一 3聚合物混凝土至水 下修补工作面。 ( 6 )P B M一 3 聚合物混凝土的浇筑。底面修补 可利用 P B M一 3 混凝土自流平的性质，由潜水员在 水下直接浇筑抹平。侧面混凝土孔洞通过模板预留 的进料口 进行浇筑，浇筑过程中通过敲打模板振捣 骨料，要求浇捣密实且与原混凝土平顺衔接。 ( 7 )质量检查。在 P B M一 3聚合物混凝土浇筑 4 8 小时后拆模 ，对浇筑好的 P B M一 3混凝土进行外 观检查 ( 特别是侧面部位) ，如有发生跑模、麻面 等混凝土浇筑缺陷需对其进行处理。浇筑过程每台 班抽取一组 P B M一 3 混凝土拌合物，制做试块检测 混凝土的强度 ，评定混凝土质量 。施工过程中取样 试验混凝 土平 均抗折 强度为 ：3天 l 5 6 7 MP a 、2 8 天 1 9 8 2 MP a ；平均抗 压强度为 ：3天 4 7 0 6 MP a 、 2 8天 7 6 3 8 MP a 。对水 下浇筑混凝土修补部位进行 水下录像，作为工程竣工验收的依据。 4 结语 水下工程施工存在施工难度大、隐蔽性强等特 点，因此必须事前准备充分，精心组织施工，以保 证工程施工质量。水 口水电站溢洪道检修 门槽存在 的混凝土缺陷采用 P B M一3聚合物混凝土修补 ，经 过四年多的运行使用，水下检查结果显示，水下混 凝土缺陷 1 6处修补仅有三处出现重复破损， 说明修 补效果较好 ，这种施工技术可以推广应用。 作者简介：黄书新( 1 9 6 7一) ，男，福建闽清 人，工程师，从事水利水电工程建设管理工作。 ( 上接第6 6页) 场干扰的技术措施，以免重蹈周宁水电站轴电流保 发动机下导处由于没有类 似励磁引线 的通 电导 护覆辙。 篓 量 享 存 耋 空 4结 语 心 线 圈 测 得 的 感 应 电 压 很 小 ，且不存在转频成分。 3 处理对策和建议 ( 1 )在发电机保护柜内对轴 c T二次回路采取 低阻高通信号过滤装置，滤除二倍转频 l 4 3 H z 及 以下低频信号，并确保工频 5 0 H z 及以上高频信号 进入轴电流信号装置，则轴电流异常超标问题即可 得到解决。 ( 2 )鉴于发动机下导处不存在空间干扰磁场， 若将轴 C T由发电机转子上部改装到发电机下导轴 承下部，可望有效解决轴电流异常超标问题。 ( 3 )改变轴电流保护形式，改用轴 电压测量 法 或轴绝缘电阻测量法 ( 即通过直接测量轴绝 缘电阻来检测轴绝缘情况)等轴电流保护，也可解 决轴电流异常超标问题。 ( 4 )对高转速高容量的混流式机组，建议在确 定采用轴 c T进行轴电流保护时，应预先做好防磁 7 2 综合以上分析，周宁水电站于 2 号机组采取低 阻高通滤波装置圆满解决 了轴 电流异常问题。 参考文献 1 龚力文 发电机轴电流保护动作的原因及防范 J 水电站自动化，2 0 0 4 ，( 1 ) ： 2 5 2 7 2 陈显芳 轴电流及其监测装置 J 东方电机， 1 9 9 7 ，( 1 ) ：6 8 7 5 3 王立贤，刘亚涛 水力发电机组轴绝缘监测系 统 J 中国西部科技， 2 0 1 0 ， 9( 1 ) ： 2 7 2 9 4 朱梅生，李志超，卢继平 水轮发电机轴绝缘 监测方法及效果分析 J 电力系统保护与控 制， 2 0 1 0 ，3 8( 4 ) ：1 2 6 1 2 9 第一作者简介：林祖建( 1 9 6 3一 ) ，男，福建莆 田人，高级工程师，从事水电站机电设备调试和试 验研 究工作。