混凝土坝养护修理规程 SL230-98(下)

作者：　　来源：水电法规　时间：1999-1-19

中华人民共和国行业标准 混凝土坝养护修理规程 SL230-98 条文说明 1 总则 1.0.1 混凝土坝的养护修理技术比较复杂，涉及结构、材料、环境、管理等方面，不少工程由于养护修理不当，达不到预期效果。为了做好此项工作，并规范其程序和方法，保证工程安全、完整和延长其使用寿命，根据《水库大坝安全管理条例》特制定本规程。 1.0.2 四级坝的库容为100万m3以上，其钡高一般在15m以上，垮坝失事后果也相当严重。同时《水库大坝安全管理条例》和《混凝土大坝安全监测技术规范》的适用范围也都包括四级坝。因此本规程的适用范围确定为一、二、三、四级混凝土坝和同级土石坝的水工混凝土建筑物的养护修理。混凝土坝含坝的输、泄水建筑物，过坝建筑物及电厂等水工混凝土建筑物。 1.0.3 混凝土坝的病害按现象可分为裂缝、渗漏、剥蚀。而水下修补为一特殊修补方法。因此本规程的修理内容包括裂缝修补、渗漏处理、剥蚀的修补及处理和水下修补。 1.0.4 为了保证养护修理的质量，对养护修理原则、修理工作程序、修理工程的报批、修理工程的施工管理等共性要求作了基本规定。 较大修理项目指修理工程量较多、投资较大的项目，重大修理项目指影响工程整体安全的项目。由大坝主管部门根据投资审批权很和对工程的安全影响程度确定。 2 检查 2.1.1 检查是养护修理的基础，是发现工程异常和损坏的重要手段，因此应按照本规程和有关规范的规定对混凝土坝和同级土石坝等水工混凝土建筑物进行检查。 2.2.1～2.2.3 该条规定的检查系大坝运行期的检查。 3 养护 3.1.1 养护可分为经常或定期对混凝土坝进行各种维护功能性的保养和对可能发生的损坏进行防护。 工程表面指大坝坝顶面、上下游坡面及廊道，溢洪道，输、泄水洞(管)，过坝建筑物，厂房，坝肩、岸坡等表面。 3.1.3～3.1.6 混凝土坝的养护除应消除建筑物本身的表面缺陷、维护正常功能外，还应消除危害建筑物的社会行为或人为损害。3.1.3～3.1.6主要是指消除危害建筑物的社会行为或人为损害。 3.2.3 易受冰压损坏的部位，指溢洪道的胸墙、闸墩、闸门等。 易受冻融损坏的部位，指坝面易积水处、溢流面、放空后的输、泄水洞(管)等。 3.2.4 碳化引起钢筋锈蚀，指碳化深度达到或超过钢筋保护层厚度，导致钢筋锈蚀。丹江口工程采用环氧厚浆涂料、防水工程采用水泥色浆防碳化，效果良好。 3.2.5 溶出性侵蚀(俗称“流白浆”)，指渗漏水将混凝土中的氢氧化钙析出，使混凝土强度不断降低、渗漏量逐渐加大。 软微侵蚀，指化学侵蚀介质已开始对表层面产生侵蚀或已对表层面产生侵蚀并有发展可能的。严重侵蚀，指采用涂层保护还不能阻止化学侵蚀继续发展的。 3.3.1 各类止水设施，指坝体横缝，溢洪道，输、泄水泥(管)，厂房等伸缩缝止水设施。 3.4.2 人工清理，指人工用锹、铲、勺或竹木、金属杆(管)类简单工具疏通。机械清理，指使用机钻疏通，风、水冲洗疏通等。 3.6.2 定期监测，指排沙、清淤前后监测坝前及进水口淤积情况。 4 裂缝修补 4.1.1 裂缝调查是分析裂缝成因、判断是否修补或补强加固，以及选择修补或补强加固方法的基础，因此必须进行这项工作。 由于裂缝成因复杂，为了做好裂缝调查工作，附录C列出了调查的细目。调查原则上按所列的项目进行，如经验丰富的专家大体上能推断出裂缝原因，可减少调查内容。 4.1.2 基本调查的目的是了解裂缝的基本资料，主要以目测为主，并调查以往有关资料，不需要进行试验，计算分析。一般可根据基本调查取得的资料推断出裂缝成因，判断是否需要修补或补强加固，从而选定修补或补强加固的方法。 4.1.3 补充调查的目的是进一步搜集有关资料，根据基本调查结果无法推断裂缝原因，或发现数个可能引起裂缝的原因而无法确定开裂的主要原因时才有必要进行。 4.1.4 经补充调查仍不能确定裂缝发生原因以及是否需要修补或补强加固时，应进行专题研究。 4.2.1 死缝是指缝的宽度和长度不随环境条件和荷载变化而变化的裂缝；活缝是指宽度随外界环境条件、荷载变化而变化，长度不变或变化不大的裂缝；增长缝是指宽度、长度随外界条件的变化而增长的裂缝。 4.2.3 修补是指恢复建筑物耐久性、防水性等措施；补强加固是指恢复建筑物承载能力和抗滑稳定等措施。 当裂缝已威胁混凝土构件的耐久性或防水性时，可根据裂缝宽度判断是否需要修补。日本混凝土工程协会编制的《混凝土工程裂缝调查及补强加固技术规程》规定，必需修补与无需修补的裂缝宽度见表4.2.3-1。 我国SL/T191—96规定在四类环境条件下，钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值见表4.2.3-2。 表4.2.3-1 必须修补与无雷修补的裂缝宽度(日本) 区分 其他因素的影响 按耐久性要求 按防水性要求 环境   苛刻的 中等的 缓和的 (A)需修补的裂缝宽度 大 >0.4 >0.4 >0.6 >0.2 中 >0.4 >0.6 >0.8 小 >0.6 >0.8 >1.0 (B)需修补的裂缝宽度 大 <0.1 <0.2 <0.2 <0.05 中 <0.1 <0.2 <0.3 小 <0.2 <0.3 <0.3 注： 所谓其他因素的影响(大、中、小)系指裂缝深度、形态、保护层厚度、混凝土表面有无涂层、原材料、配合比及施工缝等因素。主要应着重于钢筋锈蚀环境因素。 参照上述有关规定，本规程对按耐久性要求确定钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度允许值，选用SL/T191—96《水工混凝土结构设计规范》的规定。 按防水性要求，一、二、三类钢筋混凝土构件的需修补裂缝宽度，表4.2.3-1规定为0.20mm，我国尚没有资料可借鉴，为了保证钢筋混凝土结构的防水性，将一、二、三类钢筋混凝土构件需修补裂缝宽度下限值定为0.10mm。 交通部JTJ288—96《水运工程混凝土施工规程》规定，有抗渗要求的港工混凝土建筑物的允许裂缝宽度为0.05mm，表4.2.3-l规定的无需修补裂缝宽度也是0.05mm。因此，按防水性要求四类钢筋混凝土构件需要修补的裂缝宽度下限值定为0.05mm。 4.3.3 活缝修补铺隔离膜的目的是使橡胶片材不与基底粘结，能在5～6cm宽范围内自由变形。 表4.2.3-2 钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值 环境条件类别 最大裂缝宽度允许值(mm) 短期组合 长期组合 一 0.40 0.35 二 0.30 0.25 三 0.25 0.20 注： 1.当结构构件承受水压且水力梯度i＞20时，表列数字宜减小0.05。2.结构构件的混凝土保护层厚度大于50mm时，表列数字可增加0.05。3.若结构构件表面设有专门的防渗面层等防护措施时，最大裂缝宽度允许值可适当加大。4.环境条件类别：一类——室内正常环境； 二类——露天环境，长期处于地下或水下的环境； 三类——水位变动区，或有侵蚀性地下水的地下环境； 四类——海水浪溅区及盐雾作用区，潮湿并有严重侵蚀性介质作用的环境。1)大气区与浪溅区的分界线为设计最高水位加1.5m；浪溅区与水位变动区的分界线为设计最高水位减1.0m；水位变动区与水下区的分界线为设计最低水位减1.0m，盐雾作用区为离海岸线500m范围内的地区；2)冻融比较严重的三类环境条件的建筑物，可将其环境类别提高为四类。 橡胶片材有氯丁橡胶、三元乙丙橡胶等，橡胶具有良好的防渗性能、弹性、延伸性、耐老化性，可使用温度范围大，使用寿命可达几十年，与混凝土等材料能良好的粘结，能耐酸、碱、盐，不受霉菌、细菌及海洋生物的侵害等。粘贴橡胶片材修补大坝上游面裂缝应用较多，例如湖南东江混凝土双曲拱坝上游面138.0～161.3m高程，粘贴氯丁橡胶片材面积达2190m2；浙江紧水滩大坝上游面103～111m高程裂缝处理，粘贴三元乙丙橡胶片材面积达1600m2。效果均良好。 4.3.4 干燥基面涂刷树脂类基液粘结强度高，因此涂刷树脂基液时宜使槽面处于干燥状态；在潮湿基面涂刷聚合物水泥浆粘结强度高，因此涂刷聚合物水泥浆时应使槽面处于潮湿状态。 4.3.5 化学灌浆是以不吸浆为结束标准，原则上以吸浆量小于0.01L/min，并延长适当时间或以基本不吸浆为结束标准，但在实际灌浆过程中往往难以控制。中国水科院结构材料所在引大人秦盘道岭隧洞裂缝化灌处理用吸浆量小于0.02L/5min作为灌浆结束标准，容易控制。因此本条选用吸浆量小于0.02L/5min作为化学灌浆结束标准。 采用灌浆法修补深层裂缝和贯穿裂缝应用较多，效果良好。例如河北省大黑汀水库大坝44号、45号坝段有贯穿上下游的深层裂缝，采用改性环氧浆材灌浆；青铜峡大坝29号坝段下游面竖向裂缝采用甲凝灌浆、参窝水库大坝贯穿性裂缝采用水溶性聚氨酯浆材灌浆处理等。 4.3.6 修补施工宜在5～25℃环境温度下进行，按SDJ207—82规定，寒冷地区的日平均气温稳定在5℃以下、温和地区的日平均气温稳定在3℃以下属于冬季施工，考虑修补材料的凝固硬化、使用时间及强度增长等因素，将施工环境温度下限定为日平均气温5℃，如果低于5℃，则必须采取保温措施。温度超过25℃使树脂类材料固化速度加快，导致材料变脆，且高温浇筑水泥混凝土必须采取温控保湿措施。因此修补施工环境温度上限定为25℃。 图4.3.6 书馆有限的湿养护对混凝土强度发展的影响(美国垦务局,1975年) 水泥类材料湿养护对混凝土强度发展的影响如图4.3.6所示。形成不连续毛细孔所需潮湿养护时间，见表4.3.6。因此，从强度发展与形成不连续毛细孔所需时间来考虑，对水泥基修补材料必须湿养护14天以上。 水泥水化、强度增长需湿养护，而聚合物起增强作用需干养护。因此，聚合物水泥砂浆及混凝土应先湿养护7天，再干养护不少于14天。 表4.3.6 形成不连续毛细管体系所需要的养护时间(悉尼·明德斯，1981年) 水灰比 养护时间(天) 0.40 3 0.45 7 0.50 28 0.60 180(6个月) 0.70 365(1年) >0.70 不可能形成 常用修补材料附录F中的普通减水剂产品有木钙、糖钙、JG等；高效减水剂产品有荼系高效减水剂FDN、NB、NF、UNF、建～1、AF等；树脂磺酸盐类SM、JSM、CRS等；引气剂产品有DH9、PC～2、SJ等；潮湿(或水下)环氧固化剂产品有酮亚胺、 T31、810、MA等；环氧低温固化剂产品有YH一82等；弹性环氧固化剂产品有CJ一915等。 4.4.3 采用预应力法进行补强加固的工程较多，例如丰满大坝34号～36号坝段的坝基面因抗剪强度低，7号～49号坝段在220m高程以上混凝土质量差，不能满足抗滑稳定要求。因此采用了大吨位预应力锚索加固，取得了良好的加固效果。湖北省杜家台分洪闸闸墩垂直向贯穿裂缝，缝长8m，最大缝宽1.25mm，采用在闸墩顶部布置2根预应力锚索纵贯整个闸墩，进行预应力加固，效果良好。 4.4.4 采用玻璃钢补强加固渡槽、水闸工作桥大梁、钢丝网面板闸门等水工钢筋混凝土结构已很普遍。例如江苏万福闸工作桥大梁有10多条裂缝，缝宽0.27mm，采用粘贴玻璃钢方法进行了补强加固；湖南望仙桥水库新安网壳渡槽、桃花江水库引水渡槽、山东乔店水库北干渠渡槽等采用玻璃钢补强加固，效果都很好。 5 渗漏处理 5.3.1 渗漏处理的基本原则是“上截下排”，以截为主，以排为辅。在制定处理措施时，要根据渗漏的部位、危害程度以及处理条件等实际情况而定。 1 对于建筑物本身渗漏的处理，凡有条件的，应尽量在迎水面堵截。这样既可直接堵漏，又可以防止建筑物本身的溶蚀，降低渗透压力，有利于建筑物的稳定。对于某些在迎水面封堵有困难且渗漏水在建筑物体内不影响结构稳定的，如隧洞、涵管、廊道及地下厂房等，可在背水面堵截，减少或消除漏水以改善混凝土工作环境。 2 对于基础渗漏的处理，以截为主，以排为辅。由于排水虽可降低基础扬压力，但会增加渗漏量，甚至引起渗透变形，故需慎重对待。 3 对于绕坝渗漏的处理，应尽量采取封堵的措施，以减少库水量损失，防止渗透变形，在封堵后仍有漏水时，也可增设排水的措施。 5.6.3 喷射泥凝土施工方法有干式、湿式、半湿式三种。干式是水与干拌材料在喷嘴处混合；湿式是把水和全部原材料一起拌匀后送到喷嘴；半湿式是在喷嘴之前数米处供压力水的施工法。 表5.6.3 干喷与湿喷法技术性能比较 指标 干喷法 湿喷法(风动型) 湿喷法(泵送型) 机械设备 简单 较简单 较复杂 粉尘浓度 较大,一般>50mg/m3 可降低50%～80% 可降低80%以上 耗风景 较大 可降低50%左右 可降低50%以上 回弹率 较大,20%～40% 可降低至10%左右 可降低至5%～10%以下 水灰比 0.4～0.5 0.5～0.55 0.55+塑化剂 压送距离 长,200～300m 短 短 设备情况 容易 困难、中途不用停歇 困难、中途不用停歇 喷泉混凝土抗压强度 较低,一般15～25MPa 提高约50% 提高约30%～50% 水泥用量(kg/m<sup>3</sup>) 400 450～480 480～560 混凝土坍落度(cm) 5～7 8～10 10～12 三种喷混凝土方法比较，在强度、粉尘量、喷出量等方面，湿喷法有利；在管路长度、所需的空间等方面，则是干式施工法有利。 湿喷法与干喷法的技术参数，列表5.6.3。 5.6.4 沥青混凝土浇筑防渗面板，其防渗效果好，适应坝体的变形能力强，自身结构稳定和耐久。沥青混凝土面板裂缝有自愈能力，运用安全可靠，结构简单，工程量小，施工速度快，且能在低温季节施工。 当混凝土大坝上游面裂缝较多，分布范围大时，可采用浇筑沥青混凝土防渗层来处理裂缝。例如，恒仁大坝由于施工质量差、强度低及东北地区温差较大等影响，产生许多裂缝，水库蓄水前就发现2084条裂缝，后来决定对大坝上游面288.3～306.3m高程裂缝采用浇筑10cm厚沥青混凝土防渗层处理,外设6cm厚预制混凝土保护板兼施工模板，结构示意图见图5.6.4，处理面积达6700m2，效果良好。 5.7.6 补灌沥青，指大坝沥青井渗漏的处理。沥青井加热方法，刘家峡大坝采用电加热法和丹江口大坝采用的蒸汽加热法，效果都很好。 5.8.3 坝体两端连接的岸坡存在下列情况时，可能出现绕坝渗漏，威胁坝体安全：①条形山脊，山体单薄，在蓄水位以下存在透水夹层，坡积覆盖层未曾清除，也未作处理；⑨山体地质条件差，岩石破碎，节理发育，渗水量大，山体存有岩溶，井泉或生物洞穴等；②坝端接头防渗措施不完善，未做防渗帷幕或施工质量差，以及施工取土破坏了坝端上游天然覆盖土层等。 图5.6.4 沥青混凝土防渗层结构示意图 1—原坝体表面；2—模板钢筋环；3—预制混凝土模板；4—模板楔口； 5—钢筋Φ16钷深50cm；6—沥青混凝土防渗体 绕坝渗漏的处理主要是加强或增设岸坡上游防渗体(包括垂直防渗和水平防渗)，切断绕渗通道，下游可根据需要补做或增设反滤排水措施。当坝端山体岩石破碎，可采用岸坡粘土贴坡防渗，贴坡范围应扩大到坝端渗水可能影响的范围，也可在坝端山体上游大量抛土截渗。当山体单薄岩石破碎时，可采用水泥灌浆作帷幕，岸坡节理裂缝发育，可考虑用化学材料灌浆。当坝端山包有石灰岩溶洞时，应首先设法堵洞，然后再作防渗处理。在岸坡坝端下游出逸点以下，应做好导渗排水措施。 6 剥蚀修补及处理 6.1.4 掺用引气剂增加混凝土的含气量，改善气泡参数是提高水泥混凝土及砂浆抗浆冻性能的最有效途径。掺用减水剂，特别是掺用高效减水剂，降低温凝土水灰比，也能提高温凝土抗冻性。 掺用优质粉煤灰能改善混凝土和易性、抗渗性和抗裂性、降低干缩。同时掺用减水剂和引气剂，控制粉煤灰掺量在20%以下，也可配制出F300的抗冻混凝土。 6.2.4 在有氯离子的环境中，为了防止钢筋锈蚀，水泥混凝土及砂浆中必须掺用钢筋阻锈剂，而聚合物水泥混凝土及砂浆和硅粉混凝土及砂浆的密实性好、抗渗等级高，氯离子不易侵人，因此只提“也可掺用阻锈剂”。 6.3.4推移质以滑动、滚动及跳动的方式在建筑物过水面上运动，除具有悬移质的摩擦及切削作用外，还有冲砸作用。因此修补推移质磨损破坏应选用冲击韧性好的耐磨材料。抗磨蚀铁矿石骨料的冲击韧性和耐磨性比普通铁矿石和石英岩高，见表6.3.4-1。用上述三种骨料配制的硅粉混凝土的抗冲磨强度试验成果见表6.3.4-2。其中抗磨蚀铁矿石硅粉混凝土的抗冲磨强度最高。因此，宜选用抗磨蚀铁矿石硅粉混凝土作为推移质磨损破坏的修补材料。 表6.3.4-1 三种量料岩石性能试验 性能 岩石品种 普通铁矿石 石英岩 抗磨蚀铁矿石 磨耗率(%) 6.213 2.397 1.786 磨损硬度(cm) 0.110 0.243 0.041 冲击韧性(N·m/cm2) 43.05 20.04 388.81 压碎指标(%) 11.909 3.189 1.741 表6.3.4-2 三种骨料硅粉混凝土对比试验 项目 骨料品种 普通铁矿石 石英岩 抗磨蚀铁矿石 抗压强度(MPa) 74.20 84.90 79.10 抗抗磨强度(h/cm) 5.55 10.35 22.97 相对抗冲磨强度 1.00 1.86 4.14 注：表中普通铁矿石为新疆八一钢厂铁矿石。 选用高强硅粉混凝土及砂浆、高强硅粉铸石混凝土及砂浆以及铸石板等修补悬移质磨损破坏，在实际修补工程中用得较多。高强硅粉混凝土及砂浆，在三门峡大坝泄洪底孔、葛洲坝二江泄水闸、潘家口大坝溢流面反弧段、大伙房水库输水洞出口消能塘等磨损破坏修补工程中都得到应用。 选用高强硅粉混凝土及砂浆、高强抗磨蚀铁矿石硅粉混凝土及砂浆、钢轨嵌高强混凝土等修补推移质磨损破坏，在实际修补工程中应用较多。高强硅粉混凝土及砂浆在四川渔子溪二级水电站排砂洞、映秀湾水电站拦砂闸等推移质磨损破坏修补工程中应用；高强抗磨蚀铁矿石硅粉混凝土在新疆三屯河水库泄洪排砂洞推移质冲磨破坏修补工程中应用；钢轨嵌填高强混凝土在四川石棉二级电站冲砂闸和渔子溪二级水电站排砂洞推移质磨损破坏修复工程中应用，效果均良好。 掺硅粉能明显提高混凝土抗空蚀能力，如果同时掺钢纤维和硅粉，则效果更为显著，三种混凝土的抗空蚀性能比较试验成果见表6.3.4-3。 表6.3.4-3 抗空蚀性能比较试验 混凝土种类 水胶比(%) 硅粉(%) 钢纤维(%) 胶材用量(kg/m2) 空蚀量(g) 抗空蚀强度[h/(kg/m2)] 相对比值 普通 0.31 0 0 450 1.50 44.46 1.00 硅粉 0.31 10 0 450 0.80 83.36 1.90 钢纤维硅粉 0.31 10 0.5 450 0.08 833.63 18.80 从上表可看出，修补空蚀破坏宜选用高强钢纤维硅粉混凝土。 6.4.2 过选用与基底材料弹性模量、线胀系数相近的修补材料，主要考虑了修补材料与基底材料间变形的相互协调性。如果修补材料的线胀系数比基底材料大(如环氧树脂类)，那么在等温差作用下，修补材料的变形将会大于基底材料，导致结合面产生剪应力，造成修补材料鼓起脱落。 7 水下修补 7.2.1 钢围堰在三门峡大坝泄洪底孔进口修补中已成功应用。 7.2.2 沉柜作为静水条件下水下专用检修工具，具有压气排水、柜体稳定、无水环境下检查直观、修补方便等特点。在江苏省万福闸、葛洲坝二江泄水闸等工程修补中已成功应用。 7.3.5 水下钻孔要求供气压力比水上作业大，即供气压力应大于或等于风钻所需正常工作压力、钻孔处静水压力、风压的沿程损失和局部损失的总和。因此，应尽量缩短风管长度，以降低风压损失。 7.3.9 水下灌浆技术运用于修补水下裂缝工程，如丹江口混凝土坝迎水面水平渗水裂缝处理，采用锚固橡胶板结合灌注聚氨酯浆材，效果良好。 7.4.1 水下混凝土浇筑是在水上拌制，在水环境中浇筑和硬化。根据浇筑中隔离环境水影响的技术措施，水下浇筑混凝土方法分为导管法、泵压法、倾注法、开底容器法等。其中导管法，通过不透水的金属导管浇筑水下混凝土，具有质量高、整体性好、浇筑速度快、不受水深和仓面大小的限制，是应用最广泛的水下混凝土浇筑方法。 附录G 导管法浇筑水下混凝土技术要求 G.0.2 首浇混凝土数量不少于2m3，指在开浇阶段通过导管浇筑的首批混凝土管脚堆高不小于50cm，以便导管口能埋在混凝土内的深度不小于30cm，混凝土拌和的坍落度不宜过大，以满足混凝土的坡比为1：4的要求。 首浇混凝土数量按下式计算： Vo=(1/3)πR2h=(1/3)π(h/0.25) 2 h≈2.0m3 (G) 计算示意图见图G.0.2。 图G.0.2 首浇混凝土数量(单位:cm)