陸志華，李 焰

（1.杭州每步材料科技有限公司，浙江杭州，310015；2.葛洲壩集團試驗檢測有限公司，湖北宜昌，443002）

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源建設(shè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，我國一舉成為世界基建大國、基建強國。水電能源作為頭號清潔能源，也得到了大力發(fā)展。我國興建了大量的水利水電工程，水工混凝土建筑物作為工程中的重要組成部分，發(fā)揮著重要的作用。水工混凝土建筑物與一般市政工程、工業(yè)及民用建筑物相比，處于戶外自然環(huán)境中，為無裝飾性保護的裸露工程，在荷載和惡劣環(huán)境的交變、持續(xù)作用下，混凝土更容易發(fā)生老化現(xiàn)象，會不可避免地出現(xiàn)缺陷，給建筑物帶來一定的安全隱患。對于水工混凝土建筑物缺陷，應(yīng)辯證科學(xué)地看待，采取科學(xué)合理的方式做好預(yù)防措施、影響分析、檢測和技術(shù)處理，從而保障水工混凝土建筑物安全并延長其使用壽命。

1 缺陷類型與成因探究

1.1 簡析水工混凝土缺陷的主要類型

根據(jù)不同的區(qū)分標準，水工混凝土建筑物缺陷有多種類型，但按危害來分大致可分為兩類：一類是能對建筑物造成實質(zhì)性危害的缺陷，這類缺陷通常會影響建筑物的安全運行，嚴重的會造成建筑物的破壞、事故，具體表現(xiàn)有貫穿裂縫、大滲漏水、串漏架空、嚴重剝蝕和低強混凝土等，在實踐中，這類缺陷必須給予足夠重視，及時補強處理，控制其對水工混凝土建筑物的危害，保證水工混凝土建筑物安全運行；另一類是對建筑物沒有實質(zhì)性危害的缺陷，僅對建筑物的美觀和耐久性有影響，如淺表裂縫、非溢流面不平整和局部架空等，這類缺陷的緊急程度不如實質(zhì)性危害缺陷，一般在常規(guī)性維保中處理即可。

1.2 水工混凝土缺陷的主要成因

水工混凝土建筑物受基礎(chǔ)約束、沖刷沖磨、氣溫、氣候驟變等影響都會產(chǎn)生缺陷，而每一種缺陷有時又是由多方面原因造成的。

1.2.1 水工混凝土裂縫

裂縫是水工混凝土最常見的缺陷之一，主要成因頗為復(fù)雜，國內(nèi)外進行了多項系統(tǒng)研究，掌握了一定的裂縫形成規(guī)律。一般來說，業(yè)內(nèi)公認的成因有如下幾方面：

（1）溫度應(yīng)力影響?；炷了^程屬放熱反應(yīng)，而混凝土熱膨脹系數(shù)又是溫度應(yīng)力最大的影響因素之一，結(jié)構(gòu)較大的水工混凝土建筑物中，裂縫的產(chǎn)生往往與溫控措施不力和溫度應(yīng)力過大有關(guān)。隨著對溫控和溫度應(yīng)力認識的加深，各方對此也較為重視，早期的烏江渡水電站、后期的三峽電站二期工程、龍灘電站都充分考慮了溫度應(yīng)力的影響，在設(shè)計上做足了預(yù)案，并在現(xiàn)場做好了預(yù)防措施，裂縫控制取得了一定成效。

（2）約束應(yīng)力影響。水工混凝土建筑物通常建造在基巖上，混凝土澆筑后，在硬化過程中，存在從自身壓應(yīng)力到拉應(yīng)力再到壓應(yīng)力的轉(zhuǎn)換，基巖雖不完全是剛體，但對澆筑塊也有一定的約束應(yīng)力，在混凝土自身應(yīng)力轉(zhuǎn)換過程中，易引發(fā)裂縫或者貫穿裂縫。近年來，在除險加固工程中，大壩在原有基礎(chǔ)上加高時，老混凝土的約束也是造成裂縫的原因之一，也應(yīng)引起足夠重視。

（3）基礎(chǔ)不均勻沉陷。一些項目大壩施工前期工作不充分，對基礎(chǔ)的探查不夠明晰，施工過程中對軟弱破碎層的處理也不夠妥當，大壩澆筑后，蓋重增加，產(chǎn)生不均勻沉降，從而導(dǎo)致壩基不均勻沉陷，造成壩體裂縫出現(xiàn)。

（4）結(jié)構(gòu)型式與分縫不合理。水工混凝土建筑是一個復(fù)雜宏大的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，按不同功能存在大量不同的結(jié)構(gòu)型式，各種結(jié)構(gòu)型式需協(xié)調(diào)組合才能發(fā)揮最優(yōu)質(zhì)的作用。若結(jié)構(gòu)型式不當，則易造成應(yīng)力集中區(qū)，從而為裂縫產(chǎn)生提供機會，這類缺陷在寬縫重力壩、支墩壩中較易出現(xiàn)。

（5）施工影響。早年施工人員素質(zhì)不一、機具落后、工藝落后等影響導(dǎo)致裂縫的現(xiàn)象也常存在。近年來，隨著施工工藝的進步、各類機具的研發(fā)改進以及現(xiàn)場人員素質(zhì)的大幅提高，施工導(dǎo)致裂縫的現(xiàn)象已得到實質(zhì)性改善。

1.2.2 水工混凝土建筑物滲漏

水工混凝土建筑物的主要任務(wù)就是擋水，滲漏缺陷的出現(xiàn)會從根本上削弱擋水建筑物的主要功能，帶來一系列不利影響，進一步破壞水工建筑物的耐久性，甚至危及建筑物的安全運行。如豐滿水電站舊壩，最大滲漏量曾達到16380 L/min，滲漏導(dǎo)致壩體出現(xiàn)大量溶蝕破壞，造成極大的安全隱患，目前已拆除重建。通常滲漏主要由混凝土內(nèi)部缺陷引起，如內(nèi)部存在孔洞、裂縫和伸縮縫止水失效等，形成滲漏通道，基礎(chǔ)帷幕破壞是引起基礎(chǔ)滲漏的主要原因。

1.2.3 水工混凝土建筑物凍融破壞

凍融破壞在北方較為常見，主要是施工過程中選材不當、工藝不到位等因素造成混凝土質(zhì)量下降，水工混凝土在投入運行后處于干濕循環(huán)狀態(tài)，冬季在外界氣溫正負交替變化作用下，混凝土內(nèi)部孔隙水的凍結(jié)膨脹壓、滲透壓及水中鹽類的結(jié)晶壓力等產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，使混凝土破壞。反復(fù)循環(huán)的次數(shù)越頻繁，造成破壞的幾率就越大，破壞程度越嚴重。

1.2.4 沖刷磨損和氣蝕

沖刷磨損和氣蝕主要出現(xiàn)在水工泄水建筑物中，高速水流通過時，水流中夾雜著懸移質(zhì)或推移質(zhì)，則沖刷磨損較易出現(xiàn)，且同時還會伴有空蝕缺陷產(chǎn)生。氣蝕現(xiàn)象的主要成因是混凝土表面不平整或者水流流態(tài)異常，此時水流與過流表面不吻合，產(chǎn)生負壓區(qū)，進而導(dǎo)致表面氣蝕的出現(xiàn)。如劉家峽水電站中由導(dǎo)流洞改建的泄洪洞，出口成“龍?zhí)ь^”形式，投入運行后，先后幾次產(chǎn)生了氣蝕破壞，對項目造成了一定的影響。

2 加固材料分類

根據(jù)材質(zhì)，加固材料可分為無機類、有機類和復(fù)合材料，在水工混凝土建筑物補強加固中，根據(jù)缺陷類型不同，可單獨選用加固材料，也可復(fù)合使用。

2.1 常見材料

根據(jù)材質(zhì)，缺陷修復(fù)材料可分為無機材料、有機高分子材料和復(fù)合材料，其用途也有較大的差異。無機材料以水泥基類材料最具代表性，有機高分子材料中最為常見的有聚氨酯材料、聚脲材料、環(huán)氧材料和丙烯酸鹽材料等，復(fù)合材料有水泥-水玻璃復(fù)合材料、聚氨酯-水玻璃復(fù)合材料等。

2.1.1 水泥基類材料

水泥基類材料是一種以硅酸鹽水泥為基料，配以硅砂和多種特殊活性的化學(xué)物質(zhì)所組成的灰色粉末狀無機防水材料，用于提高混凝土面的防滲能力，可大面積涂刷處理。水泥基材料于20世紀70年代在國外盛行，1990年開始進入我國市場，有XYPEX、凱頓、膨內(nèi)傳等品牌系列，曾在天生橋水電站、安康水電站、大坳水利樞紐和三峽水電站等工程修補中應(yīng)用。

2.1.2 聚氨酯材料

聚氨酯材料用于水工混凝土建筑物缺陷處理的有涂膜類材料、嵌縫類材料和灌漿類材料。

涂膜類材料屬于柔性防水材料范疇，通常有單組分潮氣固化材料和雙組分材料兩類，用于大面積防滲涂刷，但由于抗紫外線能力差的缺點，常用于洞室內(nèi)防滲處理，如山西萬家寨引黃工程總干線7號、8號隧洞N2土洞段及巖洞段內(nèi)防滲處理。

灌漿類聚氨酯材料是由復(fù)合聚醚多元醇與多元異氰酸酯反應(yīng)合成、由異氰酸酯封端的化學(xué)灌漿材料，是一種快速高效的防滲堵漏材料。根據(jù)其性狀不同，可簡單分為水溶性（或稱為親水性，如LW、HW）、油溶性（或稱為疏水性，如9105型）兩類，其與水反應(yīng)后可形成不溶于水且具有一定彈性或強度的固結(jié)體。其作為水電水利工程的主要防滲堵漏材料，自20世紀70年代就應(yīng)用在我國水工混凝土建筑物滲漏處理中，一直沿用至今，已在三峽水電站、烏東德水電站、白鶴灘水電站、大朝山水電站和糯扎渡水電站等數(shù)百項工程中成功應(yīng)用。

2.1.3 環(huán)氧類材料

環(huán)氧類材料根據(jù)其基本用途不同，可分為環(huán)氧涂料、環(huán)氧膠泥、環(huán)氧植筋膠、環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土和環(huán)氧灌漿材料等常用補強加固材料。

環(huán)氧涂料、環(huán)氧膠泥是由改性環(huán)氧樹脂、環(huán)保型活性稀釋劑和親水性脂肪族胺類復(fù)合固化劑、納米耐磨無機填料、抗紫外線填料助劑等組成的新型有機高分子材料，具有力學(xué)性能好、抗懸移質(zhì)磨損強、耐候性好、對潮濕不敏感等優(yōu)點，推薦用于混凝土表面的抗沖磨保護處理及不平整氣泡、麻面等缺陷處理，也可用于混凝土表面整體的涂裝處理。2000年麥斯特公司出品的1438型環(huán)氧膠泥首次在三峽水電站使用，并取得了較好的應(yīng)用效果，隨后國內(nèi)開始研發(fā)生產(chǎn)該類材料，并在向家壩水電站、烏東德水電站、糯扎渡水電站和觀音巖水電站泄水建筑物中得到了大規(guī)模應(yīng)用。

環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土是由改性環(huán)氧樹脂、環(huán)保型活性稀釋劑和親水性脂肪族胺類復(fù)合固化劑、粗顆粒耐磨無機填料（石英砂、金剛砂、鑄石粉和石英石等）、抗紫外線填料助劑等組成的新型高分子合金材料，具有力學(xué)性能好、抗沖磨性能好、耐候性好、對潮濕不敏感、抗凍性能好等優(yōu)點，推薦用于混凝土面的抗沖磨保護處理及蜂窩麻面等缺陷處理，也可用于混凝土結(jié)構(gòu)補強處理。國內(nèi)從小浪底工程開始，陸續(xù)在向家壩水電站、烏東德水電站、二灘水電站和觀音巖水電站等水工混凝土建筑物的抗沖磨保護中大面積推廣應(yīng)用該材料，取得了較好的效果。

按JC/T 1041-2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》標準分類，環(huán)氧灌漿材料分為L型和N型，水工混凝土建筑物補強加固處理用L型較多，俗稱低粘度高滲透型環(huán)氧灌漿材料，其應(yīng)用已較為成熟。國內(nèi)主要品牌有PSI501、CW、HK-G和中化-798等，已在三峽水電站、向家壩水電站、小灣水電站、錦屏一級水電站和大崗山水電站等工程中成功應(yīng)用。

2.1.4 丙烯酸鹽材料

丙烯酸鹽作為一種防滲堵漏灌漿材料，主要推薦用于受灌體為土體的防滲堵漏處理，尤其在帷幕防滲灌漿中應(yīng)用效果較好。

2.1.5 復(fù)合材料

在加固處理中，考慮經(jīng)濟性或為獲取某種力學(xué)特性，通常會將兩種材料進行物理混合后使用，將此類材料稱為復(fù)合材料。如復(fù)合灌漿中的聚氨酯-水玻璃復(fù)合漿材，與單獨使用聚氨酯漿材相比，可大大提高漿材的強度；聚氨酯-環(huán)氧樹脂復(fù)合灌漿既保持了聚氨酯良好的堵水性能，又有環(huán)氧樹脂粘結(jié)強度高的特點。

2.2 缺陷選材原則

缺陷類型不同，選材的原則也有較大的差異，應(yīng)綜合考慮缺陷形成機理、修復(fù)材料適應(yīng)性與施工環(huán)境等，并根據(jù)項目實際綜合評估選擇。選材原則和常見的材料類型見表1。

3 補強加固技術(shù)的分類與應(yīng)用

3.1 裂縫補強處理

在裂縫補強加固前，需對裂縫的危害進行評估，確定補強處理標準、補強處理時機和補強處理方法。

表1 缺陷選材原則表Table 1 Principle of materialselection for different defects

3.1.1 裂縫劃分標準

水工混凝土裂縫應(yīng)根據(jù)縫寬和縫深進行分類，按國內(nèi)相關(guān)標準和技術(shù)規(guī)范，通常分類見表2，實際情況中如不能與表2對應(yīng)，則應(yīng)根據(jù)靠近、從嚴的原則進行歸類。

表2 裂縫劃分標準表Table 2 Classification standard of cracks

3.1.2 裂縫補強處理評估

通常按其所處部位的工作或環(huán)境條件分為3類：一類為室內(nèi)或露天環(huán)境；二類為迎水面、水位變動區(qū)或有侵蝕地下水環(huán)境；三類為過流面、海水或鹽霧作用區(qū)。在裂縫處理前，通常需對裂縫做危害評估，確定其屬于實質(zhì)性危害還是非實質(zhì)性危害，并結(jié)合實際情況進行評估。同時應(yīng)結(jié)合裂縫產(chǎn)生原因分析判斷裂縫的發(fā)展過程和最終狀態(tài)，應(yīng)用理論計算方式進行校核，分析在最終的應(yīng)力狀態(tài)下，裂縫對水工建筑物運行的影響，綜合判斷是否需要處理。國內(nèi)相關(guān)標準也對其作了界定（見表3），在實際工程中可參考使用。

3.1.3 裂縫補強處理方法

根據(jù)水工混凝土建筑物的特性，通常分為水位線以上和水位線以下，水位線以上裂縫處理可分表面處理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)處理和錨固處理（見表4），水位線以下的水下處理有專門的工藝和方法。

表3 裂縫評估處理原則Table 3 Evaluation of crack treatment

表4 裂縫補強處理方法Table 4 Treatment methods for cracks

3.2 滲漏處理

滲漏是一類常見的缺陷，在水工混凝土建筑物全生命周期內(nèi)都存在。水工混凝土建筑物在建運行前的滲漏處理易于運行后，且處理效果較好，對于運行后的滲漏，隨著壩區(qū)水位升高，水工混凝土受荷載作用，處理難度較大。

3.2.1 滲漏處理原則

（1）滲漏處理宜在水工建筑物投入使用前，低水位、無水情況下處理；

（2）滲漏宜在迎水面處理，并遵行“上堵下排、堵排結(jié)合”原則；

（3）背水面處理時，應(yīng)遵行“先排后堵、排堵結(jié)合”原則；

（4）對于大壩橫縫等重要部位的滲漏，應(yīng)采用專門的工藝方法處理。

3.2.2 滲漏形式分類及處理

滲漏形式分類及處理見表5。

3.2.3 滲漏處理效果檢查方法

水工混凝土滲漏處理后有不同的檢查方法，通常有表觀檢查、厚度檢查、鉆孔取芯繪制柱狀圖檢查、孔壓水試驗檢查、拉拔試驗檢查和按設(shè)計要求檢查等。實際工程中應(yīng)按處理部位補強要求選擇檢查方法，有相應(yīng)規(guī)范的應(yīng)按規(guī)范執(zhí)行。

3.3 混凝土剝蝕處理

水工混凝土建筑物因長期處于自然環(huán)境中，混凝土在氣溫、飽和水條件、荷載和惡劣環(huán)境的交變下，容易發(fā)生凍融剝蝕、鋼筋銹蝕剝蝕、沖磨和空蝕缺陷，這些缺陷的存在會對混凝土造成進一步的危害。

3.3.1 凍融剝蝕

凍融剝蝕缺陷常發(fā)生在溫差變化較大、有冰凍氣象條件的環(huán)境，在混凝土含有飽和水部位、水位變化區(qū)、過流面或泄水建筑物尤為突出。按其破壞形式、判定原則及處理方法，相關(guān)標準做了如表6的分類。

表5 滲漏形式分類及處理Table 5 Classification and treatment of seepage

3.3.2 鋼筋銹蝕剝蝕

鋼筋作為水工混凝土建筑物中的骨架構(gòu)造，在運行過程中受有害介質(zhì)、溫度、濕度、水流沖磨破壞等因素影響，會造成鋼筋銹蝕溶脹，從而對混凝土產(chǎn)生剝蝕作用。按相關(guān)標準將其危害程度及處理原則劃分如表7。

表6 凍融劃分及處理Table 6 Classification and treatment of freeze thaw

表7 鋼筋銹蝕劃分及處理Table 7 Classification and treatment of steel corrosion

3.3.3 沖磨和空蝕

水工泄水建筑物中，運行后過流面不平整、沖磨、空蝕缺陷較為常見。我國水系主要分布在西南和西北方向，江河中泥沙含量很高，尤其是黃河，堪稱泥沙含量世界第一。各大水系中的泥沙含量不同，黃河水系中以懸移質(zhì)為主，而西南水系多屬山溪性河流，河道狹窄，在暴雨等外力下，易將推移質(zhì)帶入水系中，進而成為造成水工混凝土建筑物過流面破壞的主要介質(zhì)，給泄水建筑物造成危害。

混凝土表面沖磨與空蝕通常不是單一出現(xiàn)的，在復(fù)雜的水流中，推移質(zhì)和懸移質(zhì)通常會同時存在，只是占比及破壞程度不同，在這些主要介質(zhì)作用下，沖磨和空蝕會同時產(chǎn)生、相互促進。在實際工程應(yīng)用中，不能單一地按缺陷表現(xiàn)形式來簡單判斷，應(yīng)綜合分析河流所處水系、水工混凝土建筑物所在庫區(qū)的汛期泥沙含量組成、汛期過流時長和頻次等，判斷其沖磨和空蝕形成的主要介質(zhì)和原因。

成功處理沖磨和空蝕的方法應(yīng)建立在清楚判斷主要介質(zhì)、修補環(huán)境和設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，不同的外部條件下，處理方法也有所差異，常用的判定依據(jù)和處理方法如表8所示。

表8 沖磨與空蝕劃分及處理Table 8 Classification and treatment of abrasion and cavitation

3.4 混凝土結(jié)構(gòu)補強處理

混凝土結(jié)構(gòu)補強處理包含內(nèi)容較廣，本研究僅對水工混凝土建筑物中的結(jié)構(gòu)補強部分進行探討。水工混凝土建筑物中需進行結(jié)構(gòu)補強的缺陷通常有混凝土內(nèi)部不密實、低強混凝土、需要特殊加固的結(jié)構(gòu)等。

3.4.1 混凝土內(nèi)部不密實

混凝土內(nèi)部不密實通常采用鉆孔法和超聲波法進行檢測，國內(nèi)目前還沒有統(tǒng)一的判定標準，需根據(jù)各個項目實際情況和設(shè)計要求制定判定處理依據(jù)。混凝土內(nèi)部不密實常采用灌漿處理法，在灌漿處理時，優(yōu)先采用水泥灌漿，化學(xué)灌漿作為補充。對于重要部位，如泄水建筑物中的高速水流區(qū)，有條件則建議將不密實混凝土局部鑿除；對于一般部位，沒有外觀要求且面積較大區(qū)域，可鑿除后采用同標號或提高一個標號的二級配混凝土回填，或采用噴射混凝土處理。

3.4.2 低強混凝土

低強混凝土一般認為是實際標號未達到設(shè)計強度要求的混凝土，在實際工程中，通常采用取樣抽查和無損檢測兩種方法檢查。根據(jù)所處部位，其處理方法也有所區(qū)別，建筑物結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的低強混凝土可采用增大截面法及粘貼鋼板、碳纖維法等進行處理，大體積低強混凝土可采用置換混凝土法處理。無論采用何種方法處理，關(guān)鍵是如何保證修復(fù)材料與建筑物聯(lián)結(jié)牢固，不會發(fā)生脫落、破損，保證結(jié)構(gòu)完整性，滿足設(shè)計要求。

3.4.3 特殊結(jié)構(gòu)加固

水工混凝土建筑物中，部分混凝土構(gòu)件由于受彎和受壓，結(jié)構(gòu)強度或剛度等不滿足設(shè)計要求，需采用特殊措施進行加固處理，加固范圍可以按整體構(gòu)件或其中某獨立區(qū)域段確定，也可按指定的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或連接確定，但均應(yīng)考慮該結(jié)構(gòu)的整體牢固性。結(jié)構(gòu)加固分為直接加固和間接加固兩類，在水工混凝土建筑物結(jié)構(gòu)加固中，兩種方法均會使用，應(yīng)按實際條件和使用要求選擇。常見的結(jié)構(gòu)缺陷和處理方法見表9。

表9 結(jié)構(gòu)缺陷分類及處理Table 9 Classification and treatment of structural defects

3.5 混凝土結(jié)構(gòu)水下修補處理

混凝土結(jié)構(gòu)水下修補處理屬于水下專項技術(shù)，與水上施工差異較大，通常需要潛水員配合作業(yè)。水下修復(fù)加固技術(shù)包括水下清理、水下切割鑿除、水下鉆孔、水下錨固和水下貼鋪等，已在多項工程中得到成功應(yīng)用。實際工程應(yīng)用中，需根據(jù)工程情況采用相應(yīng)技術(shù)進行處理，見表10。

表10 水下修補處理技術(shù)分類Table 10 Classification of underwater repair technologies

4 加固理論與規(guī)范

4.1 加固理論

自1824年波特蘭水泥問世以來，混凝土作為一種優(yōu)良的建筑材料在各個行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。我國從葛洲壩、丹江口、新安江、大廣壩和黃龍灘等大中型水電工程修建中積累和總結(jié)出了一系列有效檢測與處理缺陷的方法。國內(nèi)外研究機構(gòu)對各類缺陷的成因也做了深入研究，取得了一系列成果，但目前加固論著中以預(yù)應(yīng)力法、增大截面積法、粘貼鋼板或碳纖維法等系統(tǒng)理論研究居多，水工混凝土缺陷系統(tǒng)研究的成冊出版論著較少，多為單類別缺陷研究，以各專業(yè)委員會論文集為主，國內(nèi)有代表性的水工混凝土建筑專業(yè)論文集有《水工混凝土建筑物檢測、評估與修補加固年會論文集》《水工及水電站建筑物專業(yè)委員會年會論文集》《地基與基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會化學(xué)灌漿分會年會論文集》等。近年來隨著項目實踐，多部具有指導(dǎo)意義的規(guī)范也由相關(guān)設(shè)計和施工單位相繼編寫出版，為后續(xù)工程提供了規(guī)范性依據(jù)。

4.2 近年出版的規(guī)范

對于水工混凝土建筑物中涉及到的缺陷處理，從缺陷評估、修復(fù)材料、施工工藝和施工后檢測等方面陸續(xù)總結(jié)出了多項規(guī)范成果，這些規(guī)范在后續(xù)的工程應(yīng)用中起到了較好的指導(dǎo)和規(guī)范作用。

4.2.1 缺陷評估類規(guī)范

水工混凝土建筑物投入運行前及運行中，為了做好水工混凝土建筑物的維護工作，規(guī)范其存在缺陷的檢測、評估程序和方法，保證及時、準確地處理缺陷，特制定此類規(guī)范。此類規(guī)范針對性、專業(yè)性較強，主要規(guī)范見表11。

表11 缺陷評估類主要規(guī)范Table 11 Main standards on defect evaluation

4.2.2 修復(fù)材料類規(guī)范

水工混凝土建筑物缺陷處理中通常會涉及到諸多材料，在實際應(yīng)用中，由于歸口標準和應(yīng)用規(guī)范不一，會造成多種檢測結(jié)果或不符合設(shè)計要求的結(jié)果，給工程施工中的材料合格判定帶來一定困擾。國內(nèi)目前已細分了多類材料的檢測規(guī)范或規(guī)程，有的規(guī)程給出了具體的性能指標，有的僅提供檢測依據(jù)和方法，在項目實踐中，應(yīng)根據(jù)實際情況應(yīng)用。如聚氨酯灌漿材料標準，其部分指標僅包含堵水型，而未包含目前市場上使用也比較廣泛的補強型，因此在材料選擇時，除了借鑒產(chǎn)品標準外，還應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求與實際工程應(yīng)用目的進行選擇?，F(xiàn)有主要相關(guān)規(guī)程、規(guī)范見表12。

表12 修復(fù)材料類主要規(guī)范Table 12 Main standards on repair material

4.2.3 施工類規(guī)范

水工混凝土建筑物加固處理時，因?qū)I(yè)性強，若沒有規(guī)范的流程，不能保障缺陷處理效果。目前已編制頒布的水工混凝土建筑物缺陷處理施工規(guī)范見表13。

5 部分工程案例

5.1 小灣水電站壩體混凝土裂縫處理

小灣水電站為雙曲拱壩，壩高294.5 m，裝機4200 MW，系瀾滄江中下游河段規(guī)劃八個梯級中的第二級。在廊道巡查中發(fā)現(xiàn)數(shù)條橫河向裂縫，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，裂縫分布范圍廣、規(guī)律性強。為了滿足拱壩結(jié)構(gòu)運行安全要求，選用環(huán)氧材料作為補強處理材料，采用“低壓慢灌”的工藝進行專項化學(xué)灌漿補強處理，灌漿后采用多種檢查手段對補強效果進行驗證，結(jié)果均滿足設(shè)計要求，為類似大體積水工混凝土建筑物出現(xiàn)裂縫時采用化學(xué)灌漿補強處理提供了借鑒經(jīng)驗。

5.2 瀘定水電站泄洪洞混凝土裂縫修補施工

瀘定水電站2號泄洪洞洞身混凝土澆筑施工完成后出現(xiàn)裂縫，包括表層干燥裂縫、貫穿性滲水裂縫，滲水裂縫伴隨有鈣析現(xiàn)象。為保證泄洪洞的安全運行，根據(jù)工程實際情況及相關(guān)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計要求，對縫寬小于0.2 mm的表層干縫不予處理，對縫寬大于0.2 mm的干縫及所有貫穿性滲水裂縫采用化學(xué)灌漿方法進行修補。施工完畢后采用表觀檢查和取芯檢查結(jié)合的方式確認處理效果，發(fā)現(xiàn)干縫充填飽滿、滲水縫無滲水，各項指標均符合要求。

表13 施工類規(guī)范Table 13 Main standards on construction

5.3 三峽水利樞紐左岸電站廠房結(jié)構(gòu)縫滲漏處理

三峽水利樞紐左岸電站廠房為壩后式廠房，下游二期圍堰、左岸廠房基坑及左岸電站尾水渠進水后，電站廠房下游副廠房和44.0 m高程交通操作廊道的部分機組段間永久結(jié)構(gòu)縫出現(xiàn)滲水。為使電站廠房后續(xù)運行時有一個安全、干燥、清潔的運行環(huán)境，對該滲漏結(jié)構(gòu)縫采用了“以堵為主、堵排結(jié)合”的處理方案，以LW聚氨酯灌漿材料作為封堵材料，采用高精度鉆孔和拔管施工法等新穎的灌漿施工工藝，成功有效地處理了結(jié)構(gòu)縫滲水，且未損壞結(jié)構(gòu)縫任何止水片，灌漿處理取得了理想效果。

5.4 大朝山水電站大壩橫縫漏水化學(xué)灌漿處理

大朝山電站9～10號壩段橫縫827 m高程處自庫區(qū)蓄水后就出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，經(jīng)查驗主要為橫縫損壞，且自2006年后有滲漏逐年增大的趨勢，最大觀測值達到125 L/min，急需進行封堵處理。根據(jù)大壩實際情況，采用壩頂騎縫鉆設(shè)倒垂孔、灌注LW材料的方式進行隔離止水，灌漿過程采用拔管灌漿工藝進行。經(jīng)壩頂?shù)勾箍坠嘧⒑螅?27 m高程廊道原漏水引流管無滲水，827 m、832 m、860 m、871 m高程廊道觀測點均沒有發(fā)現(xiàn)滲漏情況。

5.5 向家壩水電站泄洪消能建筑物抗沖磨保護處理

向家壩水電站泄洪消能建筑物分別于2012年、2013年、2014年、2015年進行了水工混凝土區(qū)集中抗沖磨保護處理。泄洪消能建筑物于2012年初投入運行，由于泄洪壩段仍處于施工期，施工產(chǎn)生的廢棄物（如鋼管、廢舊鋼筋和混凝土骨料等）掉落到中孔和消力池中，成為消力池的主要磨蝕介質(zhì)源。由于向家壩水電站泄水建筑物采用了“高低跌坎底流消能”形式，掉入消力池中的雜物在橫軸旋滾水流作用下磨蝕更為明顯。汛后檢查發(fā)現(xiàn)，中孔部分有輕微磨蝕，消力池底板跌坎前池部分有少量混凝土粗骨料外露，跌坎立面有部分磨損。首次保護處理時，按“多磨少補、寧磨不鑿”的原則，采用環(huán)氧膠泥、環(huán)氧砂漿對混凝土表面進行抗沖磨保護處理。2013年汛后抽干檢查發(fā)現(xiàn)，中表孔總體良好，有部分劃痕及砸坑，消力池底板前池環(huán)氧砂漿有明顯磨損，對底板混凝土起到了較好的保護作用。2013年、2014年、2015年連續(xù)采用同樣的方法對泄水建筑物進行保護處理，并加大了保護處理面積，取得了滿意的效果。

5.6 二灘水電站泄洪洞抗沖磨處理

二灘水電站1號泄洪洞2號摻氣坎下游至出口段底板、邊墻，在高速水流及其推移質(zhì)的不斷沖刷作用下，洞身混凝土出現(xiàn)了大面積損壞，其中：底板混凝土襯砌大面積損壞，局部完全損毀，外露基巖；邊墻4 m以下區(qū)域磨損嚴重，大多外露粗骨料，4 m以上區(qū)域磨損程度較輕，大多外露細骨料、無混凝土乳皮、手感粗糙，需進行抗沖磨修復(fù)保護處理。經(jīng)對比篩選，最終確定1號泄洪洞底板修復(fù)采用C60硅粉混凝土襯砌，邊墻4 m以下范圍采用環(huán)氧砂漿修復(fù)保護處理，處理后經(jīng)過多個汛期，未出現(xiàn)修補的環(huán)氧砂漿塊脫落、損壞現(xiàn)象。

5.7 納子峽水電站面板接縫表面凍融破壞處理

納子峽水電站位于高海拔寒冷地區(qū)，面板接縫表面采用三元乙丙橡膠板作為防護蓋板。大壩運行一年后，對水庫水面以上面板進行檢查時發(fā)現(xiàn)，面板垂直縫及周邊縫表面止水塑性填料不飽滿，變形較為嚴重，表面防護蓋板存在沿兩側(cè)固定端撕開破損現(xiàn)象，防護蓋片接頭搭接部位出現(xiàn)開裂或撕裂破損，水庫蓄水前已處理過的水位變幅區(qū)面板裂縫存在防滲膠帶、彈性涂層與混凝土面開裂剝離現(xiàn)象。為防止面板混凝土凍融破壞，采用涂刷保護法進行處理，恢復(fù)表面止水鼓包結(jié)構(gòu)，采用聚脲+胎基布直接粘貼覆蓋處理工藝，解決了因面板變形帶來的表面止水結(jié)構(gòu)破壞，有效保護了表面混凝土。

5.8 漫灣水電站水墊塘沖蝕水下處理

漫灣水電站水墊塘自1993年度汛以來，經(jīng)過近12個汛期的運行，發(fā)現(xiàn)其底板產(chǎn)生了嚴重的沖蝕、磨損，形成了沖坑、沖溝、鋼筋裸露和架空等缺陷。受運行條件的限制，每天只能在夜間停機5～6 h進行修復(fù)處理，且要求水下修復(fù)處理后1～2 h就能進行發(fā)電，修復(fù)面不能被發(fā)電水流破壞。2003年，分別采用PBM和快硬水下不分散混凝土進行修補，采用水面機械拌和、吊罐法澆筑快速施工工藝。運行兩個汛期后檢查發(fā)現(xiàn)，PBM完全滿足要求，快硬水下不分散混凝土抗沖蝕性能稍差。

6 加固技術(shù)展望

6.1 材料

水工混凝土建筑物加固補強處理材料經(jīng)過幾十年的發(fā)展，從無機材料、高分子有機材料到無機-有機復(fù)合材料，基本品種都覆蓋了修復(fù)加固應(yīng)用領(lǐng)域。國內(nèi)外對比發(fā)現(xiàn)，我國在材料研發(fā)及應(yīng)用方面已取得了許多成功的經(jīng)驗，但仍有一定的提升空間。

6.1.1 材料研發(fā)環(huán)?；?/p>

水工混凝土建筑物缺陷處理中，聚氨酯、環(huán)氧樹脂、丙烯酸鹽和水玻璃四大類是應(yīng)用最多、最廣泛的材料，這四類材料除水玻璃外均為有機高分子材料，曾一度讓人“談虎色變”，被貼上了“化學(xué)=有毒、有害、危險”的標簽，這是不科學(xué)的認識。在材料實際應(yīng)用中，有機高分子材料早年由于技術(shù)局限、生產(chǎn)工藝落后，確實有一定的不環(huán)保性，但隨著工藝技術(shù)的提高，研發(fā)生產(chǎn)符合環(huán)保要求的材料成為大勢所趨，各科研機構(gòu)及企業(yè)從低毒、無毒原則及耐久性原則出發(fā)做了大量的研究工作，取得了一定的成果。如水溶性聚氨酯灌漿材料采用高閃點稀釋劑，可使整個體系揮發(fā)性更??；環(huán)氧砂漿、環(huán)氧膠泥材料采用致敏性更低的活性稀釋劑等。人們認識和研發(fā)環(huán)保型材料是一個長期持久的過程，也是今后各家科研機構(gòu)、企業(yè)努力的方向。

6.1.2 材料資料規(guī)范化

以聚氨酯、環(huán)氧樹脂和丙烯酸鹽為代表的有機高分子材料在項目應(yīng)用中，施工單位屬跨專業(yè)應(yīng)用，對各種材料特性認識有限，存在一定的使用安全風(fēng)險，且難以保證施工質(zhì)量。使用時除供應(yīng)商提供的說明書外，其余資料信息少之又少，而說明書中列出的信息僅為簡單的特點、性能指標和簡略施工方法等，對現(xiàn)場參考意義有限。因此，參照國外成熟經(jīng)驗，應(yīng)為現(xiàn)場提供“兩書一表”，即產(chǎn)品說明書、施工作業(yè)指導(dǎo)書和化學(xué)品安全技術(shù)信息表（SDS）。說明書和作業(yè)指導(dǎo)書可從力學(xué)指標及工藝方面為現(xiàn)場提供參考，SDS可從材料理化參數(shù)、燃爆性能、對健康的危害、安全使用貯存、泄漏處置和急救措施等16個方面提供詳實的描述，為現(xiàn)場安全施工提供參考。三份資料可為現(xiàn)場安全施工、保質(zhì)施工提供有效支撐，目前國內(nèi)雖尚未強制要求執(zhí)行，但隨著相關(guān)法律、法令的健全，提供“兩書一表”將會成為一個常態(tài)化要求。

6.1.3 材料應(yīng)用細分化

我國基建項目較多，涉及的行業(yè)也較多，材料在不同行業(yè)的混凝土加固中應(yīng)用時，存在引用標準不準、適用標準不當?shù)葐栴}，原因之一是我國的標準目前尚未有專門規(guī)定對材料應(yīng)用領(lǐng)域進行細分或禁止，雖在GB/T 51320-2018《建設(shè)工程化學(xué)灌漿材料應(yīng)用技術(shù)標準》中對丙烯酰胺灌漿材料做了嘗試性規(guī)定（因其毒性禁止使用），但其他標準還未有類似的細分和規(guī)定。在后續(xù)的工作中，應(yīng)鼓勵科研機構(gòu)、專業(yè)企業(yè)多參與制定、修編細分標準，為工程應(yīng)用選材提供參考，國家也應(yīng)出臺相關(guān)要求，對需要強制性要求的領(lǐng)域采用強條規(guī)定。

6.2 工藝技術(shù)

6.2.1 工藝技術(shù)規(guī)范化

水工混凝土建筑物加固處理時，由于評估檢測標準不一、施工過程不規(guī)范、施工后檢測方法不統(tǒng)一，易造成工藝流程不規(guī)范、評判標準參差不齊。因此，施工規(guī)范化、標準化就顯得尤為重要。對比美國和日本，我國的規(guī)范更加貼近施工，僅原則性規(guī)定了流程，強制條文很少，較符合目前的國情，只是根據(jù)項目具體情況有所側(cè)重。建議在后續(xù)的項目執(zhí)行中，加強工藝技術(shù)規(guī)范化的宣貫、落實，盡可能采用并參照已有的規(guī)范、規(guī)程執(zhí)行，使相關(guān)技術(shù)工藝更好地應(yīng)用于工程建設(shè)。

6.2.2 工藝技術(shù)人員隊伍專業(yè)化

水工混凝土建筑物缺陷處理專業(yè)性、技術(shù)性極強，除選擇合適的材料和工藝技術(shù)外，專業(yè)隊伍、專業(yè)人員的選擇也非常重要。在施工過程中，施工質(zhì)量的保障與操作人員密不可分。施工人員流動性強、專業(yè)性差是目前的現(xiàn)狀，經(jīng)濟指標通常是項目單位選擇作業(yè)隊伍的重要依據(jù)，作業(yè)隊伍低價中標是常態(tài)，任由其發(fā)展將成為惡性循環(huán)，最終損害業(yè)主及項目的利益。在后續(xù)的工作中，國家應(yīng)出臺相關(guān)政策，鼓勵、扶持專業(yè)技工人員培養(yǎng)和資格認定，行業(yè)內(nèi)應(yīng)加強作業(yè)公司的資質(zhì)管理；其次，應(yīng)從入門標準上設(shè)置區(qū)分度，改變唯商務(wù)指標選擇的現(xiàn)狀，讓真正技術(shù)實力、專業(yè)實力強的施工公司參與進來，促進工藝技術(shù)人員專業(yè)化的良性發(fā)展。

6.3 設(shè)備

6.3.1 “以人為本”理念在設(shè)備研發(fā)中的體現(xiàn)

設(shè)備在施工過程中扮演著不可替代的角色，是施工組織的重要組成部分。在以往的施工中，更多關(guān)注設(shè)備的效率、效能，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備研發(fā)從以往的效率、效能轉(zhuǎn)向自動化、集成化、環(huán)保節(jié)能化，同時可靠性、安全性、舒適性也得到了高度重視，甚至提出了全生命周期設(shè)備的概念。水工混凝土缺陷加固處理中，應(yīng)用的設(shè)備屬于中小型甚至微型設(shè)備，如化學(xué)灌漿泵。因施工場地等限制，設(shè)備需具備便于搬運、對環(huán)境適應(yīng)性好等特點，因此敞開式簡單設(shè)備較為常見，在廊道、輸水隧洞等相對密閉空間中，對操作人員和環(huán)境環(huán)保均不利。新型革新設(shè)備對配料、加料、壓漿系統(tǒng)在密閉性方面做了重大改進，不僅有利于施工人員的安全操作，也有利于環(huán)保，“以人為本”的理念在設(shè)備研發(fā)中也得到了體現(xiàn)。

6.3.2 綠色機械概念

綠色機械是近年提出的一個新名詞，報廢后的機械將造成環(huán)境污染，而不污染環(huán)境的報廢機械稱為綠色機械。施工必然會有機械設(shè)備，設(shè)備從投入使用到報廢都會對環(huán)境產(chǎn)生不可避免的影響。在項目結(jié)束后，除可以轉(zhuǎn)場繼續(xù)使用的設(shè)備外，現(xiàn)場會滯留各式各樣報廢的機械設(shè)備，大到吊裝設(shè)備，小到缺陷處理的灌漿設(shè)備等，如何使這些設(shè)備在報廢后不對環(huán)境造成污染，這就給設(shè)備研發(fā)廠家提出了新的要求。為保護人類的生存環(huán)境，研究綠色機械是必要的，未來綠色機械將更加普遍。