某水电站水垫塘混凝土表面缺陷修补施工技术

岳名涛，李焰

（葛洲坝集团试验检测公司，湖北宜昌443002）

1 工程概况

某混凝土双曲拱坝电站大坝下游水垫塘建基面高程1591 m，底板混凝土面高程1595 m，护坡混凝土坡比1∶0.5，坡顶高程1661 m。底板宽度47.76 m，自溢流中心线向两边按15 m分缝；底板及边坡混凝土强度为C9030，高程1600 m以下表层浇筑一层厚40 cm C9050抗冲耐磨混凝土。

水垫塘混凝土表面缺陷有错台、挂帘、气泡和蜂窝麻面等，必须进行缺陷处理以满足建筑物的长期运行要求。

2 缺陷分类及处理要求、方法

2.1 缺陷类型及分布情况

对某电站水垫塘混凝土缺陷部位的检测可采用卷尺、测缝仪、水平尺、小锤及钢尺等工具进行人工检查，同时按长锦监CⅢ［2011］146号《对＜大坝右岸水垫塘混凝土表面缺陷修补措施＞的批复》要求进行记录。经检查，目前存在的混凝土表面缺陷有以下几种：①混凝土表面蜂窝麻面；②层间缝和结构缝出现的错台、挂帘；③混凝土气泡；④外露钢筋头、管件头；⑤混凝土浅表裂缝。缺陷汇总见表1。

2.2 缺陷分类及处理要求

根据该大坝水垫塘的结构特点、运行条件及功能，将混凝土表面缺陷处理分为两大类，即过流面和非过流面。不同类型应有相对应的修补措施。过流面指长期运行在水中，如水垫塘底板及边墙1645 m高程以下部位，其缺陷修补要满足平整度及抗渗性要求；非过流指有外观要求的永久暴露面，如高程1645 m以上边墙。其中非过流表面缺陷对建筑物正常运行影响不大，处理原则以注重外观且尽量不损伤混凝土面为宜（见表2）。

2.3 处理方法

混凝土表面质量缺陷处理要求应满足电力行业标准DL/T5144-2001《水工混凝土施工规范》及设计文件要求。

在满足设计要求及过流面混凝土功能要求外，处理中应遵循尽量少损伤母体的原则。

2.3.1 蜂窝处理

表1 水垫塘混凝土缺陷汇总Table 1 Defects of the concrete of the cushion pool

表2 水垫塘混凝土缺陷分类及处理要求Table 2 Classes of the concrete defects and treatment requirements

蜂窝麻面是混凝土表面局部缺浆粗糙或露石、有小凹坑现象。其形成的主要原因是：①模板表面不光滑，浇筑前有硬水泥浆垢存在；②脱模剂涂抹不均；③模板补缝不严密或在连接螺栓孔处产生轻微漏浆；④混凝土拌和料中细集料偏少；⑤模板边角处混凝土振捣不充分。

蜂窝处理时，用凿铲进行凿槽，采用不低于原混凝土强度的环氧胶泥、砂浆等填补材料进行填补，具体工序如下：

（1）将缺陷部位松散混凝土凿除，直至密实混凝土。凿坑四周成方形、圆形或多边形，避免出现锐角的部位。凿除蜂窝时，凿铲应垂直混凝土表面施工，避免凿坑修补环氧砂浆或胶泥与保留混凝土成尖角搭接，并控制周边修补厚度不小于1.0 cm。凿挖过程中，应避免造成周边混凝土表面脱皮，凿挖的深度视缺陷架空的深度而定，原则上不小于1 cm；凿挖后，如钢筋出露，凿除深度控制至钢筋底面以下不小于5 cm。

（2）混凝土表面蜂窝原则上采用环氧胶泥修补，对于深度大于3 cm以上的蜂窝缺陷，拟分层修补，先用预缩砂浆填补至距混凝土表面1 cm，然后表面用环氧砂浆修补。

（3）采用预缩砂浆先行填坑的蜂窝，应将蜂窝凿除后的表面清洗洁净，并充分湿润后，涂一层净浆，然后镶补预缩砂浆。

（4）采用环氧砂浆或环氧胶泥进行蜂窝镶补时，将蜂窝凿除后的表面清理洁净，在确定无明显渗水条件下，方可先涂环氧基液，再镶补环氧砂浆或胶泥。否则，采取导水措施并用喷灯烘烤后方可进行施工。

2.3.2 麻面处理

麻面的处理从麻面产生深度进行了划分，并根据深度的不同进行不同的处理方法，具体如下：

（1）深度＜5 mm的麻面，主要采用打磨的方式处理，麻面磨除深度不小于麻面深度，磨平后先清洗洁净打磨后的表面，然后涂抹一道环氧基液，表面用环氧胶泥抹平；打磨后，若留有砂线，应将其内污垢清除后，涂抹一道环氧基液，再镶补环氧胶泥。对于局部打磨后形成的小坑，可将坑内清理干净后，涂抹一道环氧基液，用环氧胶泥修补平整。

（2）深度≥5 mm的麻面，先标定范围凿成四边形或多边形等规则面，麻面凿除深度应达到最凹处，周边至坚实混凝土基面深度不小于5 mm，并清洗洁净打磨后的表面，涂抹一道环氧基液，表面用环氧胶泥抹平。

2.3.3 错台、挂帘的处理

错台是指拆模后，混凝土表面模板接缝处产生超出施工要求的错台现象；产生错台的主要原因是：①模板本身平整度不高，拼接不严密，使浇筑的混凝土接缝处产生错台；②模板支模不牢固，在浇筑过程中产生跑模现象；③相邻模板规格、厚度不一，拼接不密实。

挂帘是指在混凝土构造物表面有水泥浆液或砂浆粘附的现象。产生挂帘的主要原因是：①上层构造物浇筑时产生漏浆，浆液流到下层混凝土构造物表面所形成；②灌浆施工中浆液外露到附近混凝土表面形成；③冲仓水或混凝土浇筑振捣浆液外溢。

混凝土表面错台、挂帘采用凿除及砂轮打磨，使其与周边混凝土保持平顺连接，平整度按要求控制顺流向小于1∶30，垂直流向小于1∶10；错台形成的漏浆挂帘应全部铲除。

2.3.4 气泡处理

气泡处理按气泡外露直径的不同，采用相应的处理方法进行处理。具体施工方法如下：

迎水面气泡的外露直径≥5 mm，用小钢件凿开并清除气泡孔周围的乳皮，经清洗干净和吸干水分后，用环氧胶泥填实抹光，修补前应清除气泡外表的薄壳、乳皮，以提高嵌填质量。气泡内的污垢乳皮，应用高压水枪清扫彻底。环氧胶泥嵌补应在气泡孔内干燥后进行，密集区以满补为宜，分散区也可以采用点补。最后一道工序采用满刮修补时，不允许在混凝土面留下刮痕。

气泡的外露直径＜5 mm，不处理。

2.3.5 外漏钢筋头、管件头的处理

在水工建筑物混凝土体表面常会有混凝土构造物内部向外延伸的用于支护模板的拉筋，在拆除模板后遗留下许多钢筋头或管件头。外露钢筋头、管件头不仅对水工建筑物外观有影响，更要注意的是，溢流坝面外露钢筋头因为长期处于水面以下浸泡状态，容易产生腐蚀破坏，对坝体安全性及牢固性有一定影响。

处理方法具体如下：

迎水面用手持砂轮沿混凝土表面将钢筋头、管件头切除，并磨到混凝土面以下1～2 cm，清洗干净后，先涂刷一道水泥素浆，再采用环氧胶泥回填压实并抹平。

如果外露钢筋头、管件头部位预埋有木板和其它杂物，应先将木板和杂物凿出，再用砂轮切割机将钢筋头齐根切除。将孔内残碴清除并清洗干净且涂刷水泥素浆，回填预缩砂浆，并抹平压光。

非迎水面用砂轮沿混凝土表面将钢筋头、管件头切除并与周边混凝土磨平。

严禁采用气割沿混凝土永久外露面割除钢筋头及管件头或采用锤击将砂轮机未切断的钢筋头及管件敲掉，修补过程中确保周边混凝土不受损伤。

2.3.6 表面缺损、非受力钢筋露筋、小孔洞（孔径大于20 mm）的处理

露筋是指钢筋混凝土构件中主筋、副筋、箍筋等局部未被水泥浆液包裹而外露的现象。露筋情况根据程度分为表面露筋和较深露筋，其产生的原因主要是：①绑扎钢筋骨架时，钢筋保护层垫块间隔过大或漏放导致钢筋与模板间隙偏小或紧贴；②混凝土拌和料中粗集料粒径过大造成浆液无法完全填充的孔洞或水泥浆液偏少无法完全包裹表层钢筋；③支模不密产生漏浆或拆模过早产生部分混凝土脱落，造成内部钢筋外露。

对表面缺损缺陷的处理按其深度的不同及有无露筋，实施不同的处理方法，具体如下：

深度＜100 mm，将其周边切割成规则形状并凿至混凝土密实面后（若有露筋，则需加深凿至钢筋以内50 mm），清洗干燥后，分层回填预缩砂浆、压实抹光。

深度＞100 mm，应浇筑回填小一级配混凝土（即骨料最大粒径为10 mm）。

因混凝土浇筑欠振漏振而形成的小孔洞，须在混凝土拆模后及时修补，以使修补材料与混凝土有较好的粘结。

2.3.7 浅表裂缝处理

浅表裂缝是由于混凝土拌和物内部反应产生的收缩、膨胀及变形，导致混凝土内部产生许多微小孔隙、气穴或微小裂缝，在受到自身或外部力作用或温度等因素的影响下，产生肉眼可见的分布在混凝土浅表层的裂缝。如在高温环境下过份振捣也会导致混凝土收缩增大，产生表面的收缩裂缝。

根据裂缝宽度分为浅表裂缝和深层裂缝，采取不同的处理方法，具体如下：

对于宽度小于0.1 mm的浅层裂缝，拟沿裂缝20 mm范围内用钢丝刷刷毛，然后用丙酮清洗表面，涂一道环氧基液进行密封处理即可；裂缝宽度在0.1～0.2 mm区间时，顺裂缝发展方向，凿一条宽80 mm、深15～30 mm的矩形槽，槽头两端超出原裂缝端头30 cm，然后采用M45预缩砂浆或环氧砂浆抹光压实。

3 修补材料及施工工艺

3.1 预缩砂浆

预缩砂浆主要用于因凿除钢筋露头、架空凿槽处理等所形成深度超过25 mm的孔洞或小面积施工缺陷填补。预缩砂浆主要力学性能指标：28 d抗压强度≥45 MPa；抗拉强度≥4.0 MPa；与混凝土的粘结强度≥1.5 MPa。

3.1.1 原材料性能控制指标

（1）水泥：应采用与母体混凝土同生产厂家、同品种、同型号的新鲜水泥，水泥质量应满足国标GB175-2007的各项指标要求。

（2）砂：采用河砂或新鲜人工砂，并经2.5 mm孔径筛过筛，细度模数1.8～2.3。

（3）水：应符合拌制混凝土用水要求。

3.1.2 砂浆配置及修补

（1）预缩砂浆施工配合比应通过配比试验确定，一般采用水胶比0.3～0.4，灰砂比1∶2～1∶2.6，可加入适量减水剂。

（2）预缩砂浆拌制材料称量严格按配合比进行。拌出的砂浆以手握成团、手上有湿痕而无水膜为宜。拌制好的砂浆应用塑料布遮盖存放0.5～1 h后使用，并在4 h内使用完毕，超过时间的砂浆不准使用。

（3）采用预缩砂浆形成永久表面时，采用白水泥与混凝土同类水泥混合料作为胶凝材料，使拌制的预缩砂浆颜色与混凝土一致。

（4）修补面先进行毛面处理并冲刷干净，并在修补前保持湿润，且无明显的积水。

（5）修补前，在基面涂一道厚1 mm左右的水泥浆（水灰比0.4～0.45），涂刷水泥浆液和填塞预缩砂浆交叉进行，以确保施工进度和施工质量。水泥浆液涂刷前，用棕刷清除混凝土面的微量粉尘，以确保基液的粘结强度。然后分25～40 mm层厚填入预缩砂浆，用木锤拍打捣实至表面出现少量浆液；层间用钢丝刷刷毛，逐层连续作业直至修补工作完成。修补外露面应压实并抹光。

（6）填入预缩砂浆，用木棒拍打捣实直至表面出现浆液。砂浆按每层厚4～5 cm铺料和捣实（捣实后厚度约2～3 cm），每层捣实到表面出现少量浆液为度。作为永久面时，用抹刀反复抹压至表面平整光滑、密实。

（7）对修补厚度超过80 mm的部位，除表层用预缩砂浆外，其内部可用砂浆中掺入适量5～20 mm小石的预缩混凝土填补。

（8）预缩砂浆填补完成后，应保湿养护6-8 d。

（9）外观控制：平整光滑，无龟裂，接缝横平竖直无错台。

（10）内部质量：修补后砂浆强度达25 MPa以上时（施工时抽样成型决定强度），用小锤敲击表面，声音清脆者合格，声音发哑者凿除后重新修补。

3.2 环氧胶泥

环氧胶泥修补一般用于厚度为5 mm左右、范围较小的缺陷区处理。现场施工时，根据监理工程师的指示或现场实际情况，整调处理范围。环氧胶泥主要力学性能指标：7 d抗压强度≥65 MPa；抗拉强度≥20.0 MPa；与混凝土面粘结强度≥2.5 MPa。

主要工艺措施：

（1）环氧胶泥经生产性试验确定选用的胶材与水泥拌和配制。水泥掺量应符合设计要求，通过生产性试验确定的配比严格控制。

（2）为保证环氧胶泥颜色与混凝土一致，用水泥配色。配制环氧胶泥时，随时拌制随时使用，并要求在0.5 h内用完。

（3）环氧胶泥修补基面必须清理洁净，且保持干燥。修补应分两次或多次进行，且来回刮和挤压，将修补气泡孔内的气体排出，以保证孔内填充密实，胶泥与混凝土基面粘结牢靠。待胶泥材料完成收缩后，再进行一次涂刷处理，最后进行局部的填补和表面收光。

（4）填补环氧胶泥时，先用木板反复拍打捣实直至表面出现浆液，然后用铁抹子压光抹平。

（5）气泡内填补环氧胶泥时，采用劈灰刀将环氧胶泥压入气泡孔内刮平。刮补时，不得在混凝土表面留下刮痕。

（6）外观控制：平整光滑，无龟裂，接缝横平竖直无错台。

内部质量：环氧胶泥凝固后，用小锤敲击表面，声音清脆者合格，声音发哑者凿除后重新修补。

3.3 环氧砂浆

环氧砂浆修补主要用于高速过流面，现场施工时，根据现场实际情况整调处理范围。环氧砂浆主要力学性能指标：7 d抗压强度≥90 MPa；抗拉强度≥10.0 MPa；与混凝土面粘结强度≥2.5 MPa或大于混凝土抗拉强度。

主要工艺措施：

（1）环氧砂浆原材料及配合比经生产性试验选定，环氧砂浆拌和设计应使最终凝固时间在2～4 h之间。

（2）制备环氧砂浆时，将已配制的A型材料和B型材料充分搅拌均匀即可。配制环氧砂浆时，随时拌制随时使用，并要求在0.5 h内用完。

（3）高速过流面的修补应当使用环氧砂浆，其它部位施工缺陷修补需要使用环氧砂浆应经监理机构批准。只有当气温和混凝土表面温度均在5℃以上时才能使用环氧砂浆。

（4）环氧砂浆修补接触基面必须根除已凿松裂和残留的混凝土残体，冲洗干净，并保持干燥。

（5）环氧砂浆修补前，修补基面需先涂刷一层环氧基液，并在用手触摸不粘手并能拔丝时（约30 min）再填补环氧砂浆。

（6）环氧砂浆修补立面时，要特别注意与混凝土面的结合质量，防止脱空或下坠凸出。施工中，如发现脱空必须彻底切割凿除重新修补，下坠凸出部位必须打磨平整，直至合格。

（7）环氧砂浆修补厚度控制在5～25 mm内。修补厚度超过20 mm时，应分层嵌补，每层嵌补厚度控制10～15 mm，一次修补面积控制不大于1.5×3 m2。

（8）环氧砂浆修补完成后，应养护5-7 d，养护温度宜控制在20℃左右。养护期内不得受水浸泡或外力冲击。

（9）外观控制：平整光滑，无龟裂，接缝横平竖直无错台。

内部质量：环氧砂浆凝固后，用小锤敲击表面，声音清脆者合格，声音发哑者凿除后重新修补。

4 结语

混凝土表面缺陷进行修补处理时，遵循“宁磨不修、宁磨不补”的处理原则，将对原混凝土的损伤尽量降到最小。

通过对水工建筑物混凝土表面缺陷进行修补处理，不仅美化了建筑物外观，而且保障了建筑物的安全、稳定性，消除了质量隐患。尤其是对过水面混凝土表面缺陷的处理，杜绝了建筑物二次缺陷的发生，间接防止了建筑物安全事故的发生。■

[1]陈福厚,周厚德,史振寰,等.DL/T5144-2001,水工混凝土施工规范[S].

[2]孙志恒.水工混凝土建筑物的检测、评估与缺陷修补工程应用[M].北京：中国水利水电出版社.

[3]周厚德,李焰.DL/T5148-2012,水工建筑物化学灌浆施工规范[S].