水工混凝土建筑物补强加固技术综述

陆志华，李 焰

（1.杭州每步材料科技有限公司，浙江杭州，310015；2.葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北宜昌，443002）

0 引言

近年来，随着我国经济的迅猛发展，基础设施建设、能源建设都发生了翻天覆地的变化，我国一举成为世界基建大国、基建强国。水电能源作为头号清洁能源，也得到了大力发展。我国兴建了大量的水利水电工程，水工混凝土建筑物作为工程中的重要组成部分，发挥着重要的作用。水工混凝土建筑物与一般市政工程、工业及民用建筑物相比，处于户外自然环境中，为无装饰性保护的裸露工程，在荷载和恶劣环境的交变、持续作用下，混凝土更容易发生老化现象，会不可避免地出现缺陷，给建筑物带来一定的安全隐患。对于水工混凝土建筑物缺陷，应辩证科学地看待，采取科学合理的方式做好预防措施、影响分析、检测和技术处理，从而保障水工混凝土建筑物安全并延长其使用寿命。

1 缺陷类型与成因探究

1.1 简析水工混凝土缺陷的主要类型

根据不同的区分标准，水工混凝土建筑物缺陷有多种类型，但按危害来分大致可分为两类：一类是能对建筑物造成实质性危害的缺陷，这类缺陷通常会影响建筑物的安全运行，严重的会造成建筑物的破坏、事故，具体表现有贯穿裂缝、大渗漏水、串漏架空、严重剥蚀和低强混凝土等，在实践中，这类缺陷必须给予足够重视，及时补强处理，控制其对水工混凝土建筑物的危害，保证水工混凝土建筑物安全运行；另一类是对建筑物没有实质性危害的缺陷，仅对建筑物的美观和耐久性有影响，如浅表裂缝、非溢流面不平整和局部架空等，这类缺陷的紧急程度不如实质性危害缺陷，一般在常规性维保中处理即可。

1.2 水工混凝土缺陷的主要成因

水工混凝土建筑物受基础约束、冲刷冲磨、气温、气候骤变等影响都会产生缺陷，而每一种缺陷有时又是由多方面原因造成的。

1.2.1 水工混凝土裂缝

裂缝是水工混凝土最常见的缺陷之一，主要成因颇为复杂，国内外进行了多项系统研究，掌握了一定的裂缝形成规律。一般来说，业内公认的成因有如下几方面：

（1）温度应力影响。混凝土水化过程属放热反应，而混凝土热膨胀系数又是温度应力最大的影响因素之一，结构较大的水工混凝土建筑物中，裂缝的产生往往与温控措施不力和温度应力过大有关。随着对温控和温度应力认识的加深，各方对此也较为重视，早期的乌江渡水电站、后期的三峡电站二期工程、龙滩电站都充分考虑了温度应力的影响，在设计上做足了预案，并在现场做好了预防措施，裂缝控制取得了一定成效。

（2）约束应力影响。水工混凝土建筑物通常建造在基岩上，混凝土浇筑后，在硬化过程中，存在从自身压应力到拉应力再到压应力的转换，基岩虽不完全是刚体，但对浇筑块也有一定的约束应力，在混凝土自身应力转换过程中，易引发裂缝或者贯穿裂缝。近年来，在除险加固工程中，大坝在原有基础上加高时，老混凝土的约束也是造成裂缝的原因之一，也应引起足够重视。

（3）基础不均匀沉陷。一些项目大坝施工前期工作不充分，对基础的探查不够明晰，施工过程中对软弱破碎层的处理也不够妥当，大坝浇筑后，盖重增加，产生不均匀沉降，从而导致坝基不均匀沉陷，造成坝体裂缝出现。

（4）结构型式与分缝不合理。水工混凝土建筑是一个复杂宏大的大体积混凝土结构，按不同功能存在大量不同的结构型式，各种结构型式需协调组合才能发挥最优质的作用。若结构型式不当，则易造成应力集中区，从而为裂缝产生提供机会，这类缺陷在宽缝重力坝、支墩坝中较易出现。

（5）施工影响。早年施工人员素质不一、机具落后、工艺落后等影响导致裂缝的现象也常存在。近年来，随着施工工艺的进步、各类机具的研发改进以及现场人员素质的大幅提高，施工导致裂缝的现象已得到实质性改善。

1.2.2 水工混凝土建筑物渗漏

水工混凝土建筑物的主要任务就是挡水，渗漏缺陷的出现会从根本上削弱挡水建筑物的主要功能，带来一系列不利影响，进一步破坏水工建筑物的耐久性，甚至危及建筑物的安全运行。如丰满水电站旧坝，最大渗漏量曾达到16380 L/min，渗漏导致坝体出现大量溶蚀破坏，造成极大的安全隐患，目前已拆除重建。通常渗漏主要由混凝土内部缺陷引起，如内部存在孔洞、裂缝和伸缩缝止水失效等，形成渗漏通道，基础帷幕破坏是引起基础渗漏的主要原因。

1.2.3 水工混凝土建筑物冻融破坏

冻融破坏在北方较为常见，主要是施工过程中选材不当、工艺不到位等因素造成混凝土质量下降，水工混凝土在投入运行后处于干湿循环状态，冬季在外界气温正负交替变化作用下，混凝土内部孔隙水的冻结膨胀压、渗透压及水中盐类的结晶压力等产生疲劳应力，使混凝土破坏。反复循环的次数越频繁，造成破坏的几率就越大，破坏程度越严重。

1.2.4 冲刷磨损和气蚀

冲刷磨损和气蚀主要出现在水工泄水建筑物中，高速水流通过时，水流中夹杂着悬移质或推移质，则冲刷磨损较易出现，且同时还会伴有空蚀缺陷产生。气蚀现象的主要成因是混凝土表面不平整或者水流流态异常，此时水流与过流表面不吻合，产生负压区，进而导致表面气蚀的出现。如刘家峡水电站中由导流洞改建的泄洪洞，出口成“龙抬头”形式，投入运行后，先后几次产生了气蚀破坏，对项目造成了一定的影响。

2 加固材料分类

根据材质，加固材料可分为无机类、有机类和复合材料，在水工混凝土建筑物补强加固中，根据缺陷类型不同，可单独选用加固材料，也可复合使用。

2.1 常见材料

根据材质，缺陷修复材料可分为无机材料、有机高分子材料和复合材料，其用途也有较大的差异。无机材料以水泥基类材料最具代表性，有机高分子材料中最为常见的有聚氨酯材料、聚脲材料、环氧材料和丙烯酸盐材料等，复合材料有水泥-水玻璃复合材料、聚氨酯-水玻璃复合材料等。

2.1.1 水泥基类材料

水泥基类材料是一种以硅酸盐水泥为基料，配以硅砂和多种特殊活性的化学物质所组成的灰色粉末状无机防水材料，用于提高混凝土面的防渗能力，可大面积涂刷处理。水泥基材料于20世纪70年代在国外盛行，1990年开始进入我国市场，有XYPEX、凯顿、膨内传等品牌系列，曾在天生桥水电站、安康水电站、大坳水利枢纽和三峡水电站等工程修补中应用。

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处理的有涂膜类材料、嵌缝类材料和灌浆类材料。

涂膜类材料属于柔性防水材料范畴，通常有单组分潮气固化材料和双组分材料两类，用于大面积防渗涂刷，但由于抗紫外线能力差的缺点，常用于洞室内防渗处理，如山西万家寨引黄工程总干线7号、8号隧洞N2土洞段及岩洞段内防渗处理。

灌浆类聚氨酯材料是由复合聚醚多元醇与多元异氰酸酯反应合成、由异氰酸酯封端的化学灌浆材料，是一种快速高效的防渗堵漏材料。根据其性状不同，可简单分为水溶性（或称为亲水性，如LW、HW）、油溶性（或称为疏水性，如9105型）两类，其与水反应后可形成不溶于水且具有一定弹性或强度的固结体。其作为水电水利工程的主要防渗堵漏材料，自20世纪70年代就应用在我国水工混凝土建筑物渗漏处理中，一直沿用至今，已在三峡水电站、乌东德水电站、白鹤滩水电站、大朝山水电站和糯扎渡水电站等数百项工程中成功应用。

2.1.3 环氧类材料

环氧类材料根据其基本用途不同，可分为环氧涂料、环氧胶泥、环氧植筋胶、环氧砂浆、环氧混凝土和环氧灌浆材料等常用补强加固材料。

环氧涂料、环氧胶泥是由改性环氧树脂、环保型活性稀释剂和亲水性脂肪族胺类复合固化剂、纳米耐磨无机填料、抗紫外线填料助剂等组成的新型有机高分子材料，具有力学性能好、抗悬移质磨损强、耐候性好、对潮湿不敏感等优点，推荐用于混凝土表面的抗冲磨保护处理及不平整气泡、麻面等缺陷处理，也可用于混凝土表面整体的涂装处理。2000年麦斯特公司出品的1438型环氧胶泥首次在三峡水电站使用，并取得了较好的应用效果，随后国内开始研发生产该类材料，并在向家坝水电站、乌东德水电站、糯扎渡水电站和观音岩水电站泄水建筑物中得到了大规模应用。

环氧砂浆、环氧混凝土是由改性环氧树脂、环保型活性稀释剂和亲水性脂肪族胺类复合固化剂、粗颗粒耐磨无机填料（石英砂、金刚砂、铸石粉和石英石等）、抗紫外线填料助剂等组成的新型高分子合金材料，具有力学性能好、抗冲磨性能好、耐候性好、对潮湿不敏感、抗冻性能好等优点，推荐用于混凝土面的抗冲磨保护处理及蜂窝麻面等缺陷处理，也可用于混凝土结构补强处理。国内从小浪底工程开始，陆续在向家坝水电站、乌东德水电站、二滩水电站和观音岩水电站等水工混凝土建筑物的抗冲磨保护中大面积推广应用该材料，取得了较好的效果。

按JC/T 1041-2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》标准分类，环氧灌浆材料分为L型和N型，水工混凝土建筑物补强加固处理用L型较多，俗称低粘度高渗透型环氧灌浆材料，其应用已较为成熟。国内主要品牌有PSI501、CW、HK-G和中化-798等，已在三峡水电站、向家坝水电站、小湾水电站、锦屏一级水电站和大岗山水电站等工程中成功应用。

2.1.4 丙烯酸盐材料

丙烯酸盐作为一种防渗堵漏灌浆材料，主要推荐用于受灌体为土体的防渗堵漏处理，尤其在帷幕防渗灌浆中应用效果较好。

2.1.5 复合材料

在加固处理中，考虑经济性或为获取某种力学特性，通常会将两种材料进行物理混合后使用，将此类材料称为复合材料。如复合灌浆中的聚氨酯-水玻璃复合浆材，与单独使用聚氨酯浆材相比，可大大提高浆材的强度；聚氨酯-环氧树脂复合灌浆既保持了聚氨酯良好的堵水性能，又有环氧树脂粘结强度高的特点。

2.2 缺陷选材原则

缺陷类型不同，选材的原则也有较大的差异，应综合考虑缺陷形成机理、修复材料适应性与施工环境等，并根据项目实际综合评估选择。选材原则和常见的材料类型见表1。

3 补强加固技术的分类与应用

3.1 裂缝补强处理

在裂缝补强加固前，需对裂缝的危害进行评估，确定补强处理标准、补强处理时机和补强处理方法。

表1 缺陷选材原则表Table 1 Principle of materialselection for different defects

3.1.1 裂缝划分标准

水工混凝土裂缝应根据缝宽和缝深进行分类，按国内相关标准和技术规范，通常分类见表2，实际情况中如不能与表2对应，则应根据靠近、从严的原则进行归类。

表2 裂缝划分标准表Table 2 Classification standard of cracks

3.1.2 裂缝补强处理评估

通常按其所处部位的工作或环境条件分为3类：一类为室内或露天环境；二类为迎水面、水位变动区或有侵蚀地下水环境；三类为过流面、海水或盐雾作用区。在裂缝处理前，通常需对裂缝做危害评估，确定其属于实质性危害还是非实质性危害，并结合实际情况进行评估。同时应结合裂缝产生原因分析判断裂缝的发展过程和最终状态，应用理论计算方式进行校核，分析在最终的应力状态下，裂缝对水工建筑物运行的影响，综合判断是否需要处理。国内相关标准也对其作了界定（见表3），在实际工程中可参考使用。

3.1.3 裂缝补强处理方法

根据水工混凝土建筑物的特性，通常分为水位线以上和水位线以下，水位线以上裂缝处理可分表面处理、内部结构处理和锚固处理（见表4），水位线以下的水下处理有专门的工艺和方法。

表3 裂缝评估处理原则Table 3 Evaluation of crack treatment

表4 裂缝补强处理方法Table 4 Treatment methods for cracks

3.2 渗漏处理

渗漏是一类常见的缺陷，在水工混凝土建筑物全生命周期内都存在。水工混凝土建筑物在建运行前的渗漏处理易于运行后，且处理效果较好，对于运行后的渗漏，随着坝区水位升高，水工混凝土受荷载作用，处理难度较大。

3.2.1 渗漏处理原则

（1）渗漏处理宜在水工建筑物投入使用前，低水位、无水情况下处理；

（2）渗漏宜在迎水面处理，并遵行“上堵下排、堵排结合”原则；

（3）背水面处理时，应遵行“先排后堵、排堵结合”原则；

（4）对于大坝横缝等重要部位的渗漏，应采用专门的工艺方法处理。

3.2.2 渗漏形式分类及处理

渗漏形式分类及处理见表5。

3.2.3 渗漏处理效果检查方法

水工混凝土渗漏处理后有不同的检查方法，通常有表观检查、厚度检查、钻孔取芯绘制柱状图检查、孔压水试验检查、拉拔试验检查和按设计要求检查等。实际工程中应按处理部位补强要求选择检查方法，有相应规范的应按规范执行。

3.3 混凝土剥蚀处理

水工混凝土建筑物因长期处于自然环境中，混凝土在气温、饱和水条件、荷载和恶劣环境的交变下，容易发生冻融剥蚀、钢筋锈蚀剥蚀、冲磨和空蚀缺陷，这些缺陷的存在会对混凝土造成进一步的危害。

3.3.1 冻融剥蚀

冻融剥蚀缺陷常发生在温差变化较大、有冰冻气象条件的环境，在混凝土含有饱和水部位、水位变化区、过流面或泄水建筑物尤为突出。按其破坏形式、判定原则及处理方法，相关标准做了如表6的分类。

表5 渗漏形式分类及处理Table 5 Classification and treatment of seepage

3.3.2 钢筋锈蚀剥蚀

钢筋作为水工混凝土建筑物中的骨架构造，在运行过程中受有害介质、温度、湿度、水流冲磨破坏等因素影响，会造成钢筋锈蚀溶胀，从而对混凝土产生剥蚀作用。按相关标准将其危害程度及处理原则划分如表7。

表6 冻融划分及处理Table 6 Classification and treatment of freeze thaw

表7 钢筋锈蚀划分及处理Table 7 Classification and treatment of steel corrosion

3.3.3 冲磨和空蚀

水工泄水建筑物中，运行后过流面不平整、冲磨、空蚀缺陷较为常见。我国水系主要分布在西南和西北方向，江河中泥沙含量很高，尤其是黄河，堪称泥沙含量世界第一。各大水系中的泥沙含量不同，黄河水系中以悬移质为主，而西南水系多属山溪性河流，河道狭窄，在暴雨等外力下，易将推移质带入水系中，进而成为造成水工混凝土建筑物过流面破坏的主要介质，给泄水建筑物造成危害。

混凝土表面冲磨与空蚀通常不是单一出现的，在复杂的水流中，推移质和悬移质通常会同时存在，只是占比及破坏程度不同，在这些主要介质作用下，冲磨和空蚀会同时产生、相互促进。在实际工程应用中，不能单一地按缺陷表现形式来简单判断，应综合分析河流所处水系、水工混凝土建筑物所在库区的汛期泥沙含量组成、汛期过流时长和频次等，判断其冲磨和空蚀形成的主要介质和原因。

成功处理冲磨和空蚀的方法应建立在清楚判断主要介质、修补环境和设计要求的基础上，不同的外部条件下，处理方法也有所差异，常用的判定依据和处理方法如表8所示。

表8 冲磨与空蚀划分及处理Table 8 Classification and treatment of abrasion and cavitation

3.4 混凝土结构补强处理

混凝土结构补强处理包含内容较广，本研究仅对水工混凝土建筑物中的结构补强部分进行探讨。水工混凝土建筑物中需进行结构补强的缺陷通常有混凝土内部不密实、低强混凝土、需要特殊加固的结构等。

3.4.1 混凝土内部不密实

混凝土内部不密实通常采用钻孔法和超声波法进行检测，国内目前还没有统一的判定标准，需根据各个项目实际情况和设计要求制定判定处理依据。混凝土内部不密实常采用灌浆处理法，在灌浆处理时，优先采用水泥灌浆，化学灌浆作为补充。对于重要部位，如泄水建筑物中的高速水流区，有条件则建议将不密实混凝土局部凿除；对于一般部位，没有外观要求且面积较大区域，可凿除后采用同标号或提高一个标号的二级配混凝土回填，或采用喷射混凝土处理。

3.4.2 低强混凝土

低强混凝土一般认为是实际标号未达到设计强度要求的混凝土，在实际工程中，通常采用取样抽查和无损检测两种方法检查。根据所处部位，其处理方法也有所区别，建筑物结构或构件的低强混凝土可采用增大截面法及粘贴钢板、碳纤维法等进行处理，大体积低强混凝土可采用置换混凝土法处理。无论采用何种方法处理，关键是如何保证修复材料与建筑物联结牢固，不会发生脱落、破损，保证结构完整性，满足设计要求。

3.4.3 特殊结构加固

水工混凝土建筑物中，部分混凝土构件由于受弯和受压，结构强度或刚度等不满足设计要求，需采用特殊措施进行加固处理，加固范围可以按整体构件或其中某独立区域段确定，也可按指定的结构、构件或连接确定，但均应考虑该结构的整体牢固性。结构加固分为直接加固和间接加固两类，在水工混凝土建筑物结构加固中，两种方法均会使用，应按实际条件和使用要求选择。常见的结构缺陷和处理方法见表9。

表9 结构缺陷分类及处理Table 9 Classification and treatment of structural defects

3.5 混凝土结构水下修补处理

混凝土结构水下修补处理属于水下专项技术，与水上施工差异较大，通常需要潜水员配合作业。水下修复加固技术包括水下清理、水下切割凿除、水下钻孔、水下锚固和水下贴铺等，已在多项工程中得到成功应用。实际工程应用中，需根据工程情况采用相应技术进行处理，见表10。

表10 水下修补处理技术分类Table 10 Classification of underwater repair technologies

4 加固理论与规范

4.1 加固理论

自1824年波特兰水泥问世以来，混凝土作为一种优良的建筑材料在各个行业得到广泛应用。我国从葛洲坝、丹江口、新安江、大广坝和黄龙滩等大中型水电工程修建中积累和总结出了一系列有效检测与处理缺陷的方法。国内外研究机构对各类缺陷的成因也做了深入研究，取得了一系列成果，但目前加固论著中以预应力法、增大截面积法、粘贴钢板或碳纤维法等系统理论研究居多，水工混凝土缺陷系统研究的成册出版论著较少，多为单类别缺陷研究，以各专业委员会论文集为主，国内有代表性的水工混凝土建筑专业论文集有《水工混凝土建筑物检测、评估与修补加固年会论文集》《水工及水电站建筑物专业委员会年会论文集》《地基与基础工程专业委员会化学灌浆分会年会论文集》等。近年来随着项目实践，多部具有指导意义的规范也由相关设计和施工单位相继编写出版，为后续工程提供了规范性依据。

4.2 近年出版的规范

对于水工混凝土建筑物中涉及到的缺陷处理，从缺陷评估、修复材料、施工工艺和施工后检测等方面陆续总结出了多项规范成果，这些规范在后续的工程应用中起到了较好的指导和规范作用。

4.2.1 缺陷评估类规范

水工混凝土建筑物投入运行前及运行中，为了做好水工混凝土建筑物的维护工作，规范其存在缺陷的检测、评估程序和方法，保证及时、准确地处理缺陷，特制定此类规范。此类规范针对性、专业性较强，主要规范见表11。

表11 缺陷评估类主要规范Table 11 Main standards on defect evaluation

4.2.2 修复材料类规范

水工混凝土建筑物缺陷处理中通常会涉及到诸多材料，在实际应用中，由于归口标准和应用规范不一，会造成多种检测结果或不符合设计要求的结果，给工程施工中的材料合格判定带来一定困扰。国内目前已细分了多类材料的检测规范或规程，有的规程给出了具体的性能指标，有的仅提供检测依据和方法，在项目实践中，应根据实际情况应用。如聚氨酯灌浆材料标准，其部分指标仅包含堵水型，而未包含目前市场上使用也比较广泛的补强型，因此在材料选择时，除了借鉴产品标准外，还应根据设计要求与实际工程应用目的进行选择。现有主要相关规程、规范见表12。

表12 修复材料类主要规范Table 12 Main standards on repair material

4.2.3 施工类规范

水工混凝土建筑物加固处理时，因专业性强，若没有规范的流程，不能保障缺陷处理效果。目前已编制颁布的水工混凝土建筑物缺陷处理施工规范见表13。

5 部分工程案例

5.1 小湾水电站坝体混凝土裂缝处理

小湾水电站为双曲拱坝，坝高294.5 m，装机4200 MW，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。在廊道巡查中发现数条横河向裂缝，经检查发现，裂缝分布范围广、规律性强。为了满足拱坝结构运行安全要求，选用环氧材料作为补强处理材料，采用“低压慢灌”的工艺进行专项化学灌浆补强处理，灌浆后采用多种检查手段对补强效果进行验证，结果均满足设计要求，为类似大体积水工混凝土建筑物出现裂缝时采用化学灌浆补强处理提供了借鉴经验。

5.2 泸定水电站泄洪洞混凝土裂缝修补施工

泸定水电站2号泄洪洞洞身混凝土浇筑施工完成后出现裂缝，包括表层干燥裂缝、贯穿性渗水裂缝，渗水裂缝伴随有钙析现象。为保证泄洪洞的安全运行，根据工程实际情况及相关技术规范和设计要求，对缝宽小于0.2 mm的表层干缝不予处理，对缝宽大于0.2 mm的干缝及所有贯穿性渗水裂缝采用化学灌浆方法进行修补。施工完毕后采用表观检查和取芯检查结合的方式确认处理效果，发现干缝充填饱满、渗水缝无渗水，各项指标均符合要求。

表13 施工类规范Table 13 Main standards on construction

5.3 三峡水利枢纽左岸电站厂房结构缝渗漏处理

三峡水利枢纽左岸电站厂房为坝后式厂房，下游二期围堰、左岸厂房基坑及左岸电站尾水渠进水后，电站厂房下游副厂房和44.0 m高程交通操作廊道的部分机组段间永久结构缝出现渗水。为使电站厂房后续运行时有一个安全、干燥、清洁的运行环境，对该渗漏结构缝采用了“以堵为主、堵排结合”的处理方案，以LW聚氨酯灌浆材料作为封堵材料，采用高精度钻孔和拔管施工法等新颖的灌浆施工工艺，成功有效地处理了结构缝渗水，且未损坏结构缝任何止水片，灌浆处理取得了理想效果。

5.4 大朝山水电站大坝横缝漏水化学灌浆处理

大朝山电站9～10号坝段横缝827 m高程处自库区蓄水后就出现漏水现象，经查验主要为横缝损坏，且自2006年后有渗漏逐年增大的趋势，最大观测值达到125 L/min，急需进行封堵处理。根据大坝实际情况，采用坝顶骑缝钻设倒垂孔、灌注LW材料的方式进行隔离止水，灌浆过程采用拔管灌浆工艺进行。经坝顶倒垂孔灌注后，827 m高程廊道原漏水引流管无渗水，827 m、832 m、860 m、871 m高程廊道观测点均没有发现渗漏情况。

5.5 向家坝水电站泄洪消能建筑物抗冲磨保护处理

向家坝水电站泄洪消能建筑物分别于2012年、2013年、2014年、2015年进行了水工混凝土区集中抗冲磨保护处理。泄洪消能建筑物于2012年初投入运行，由于泄洪坝段仍处于施工期，施工产生的废弃物（如钢管、废旧钢筋和混凝土骨料等）掉落到中孔和消力池中，成为消力池的主要磨蚀介质源。由于向家坝水电站泄水建筑物采用了“高低跌坎底流消能”形式，掉入消力池中的杂物在横轴旋滚水流作用下磨蚀更为明显。汛后检查发现，中孔部分有轻微磨蚀，消力池底板跌坎前池部分有少量混凝土粗骨料外露，跌坎立面有部分磨损。首次保护处理时，按“多磨少补、宁磨不凿”的原则，采用环氧胶泥、环氧砂浆对混凝土表面进行抗冲磨保护处理。2013年汛后抽干检查发现，中表孔总体良好，有部分划痕及砸坑，消力池底板前池环氧砂浆有明显磨损，对底板混凝土起到了较好的保护作用。2013年、2014年、2015年连续采用同样的方法对泄水建筑物进行保护处理，并加大了保护处理面积，取得了满意的效果。

5.6 二滩水电站泄洪洞抗冲磨处理

二滩水电站1号泄洪洞2号掺气坎下游至出口段底板、边墙，在高速水流及其推移质的不断冲刷作用下，洞身混凝土出现了大面积损坏，其中：底板混凝土衬砌大面积损坏，局部完全损毁，外露基岩；边墙4 m以下区域磨损严重，大多外露粗骨料，4 m以上区域磨损程度较轻，大多外露细骨料、无混凝土乳皮、手感粗糙，需进行抗冲磨修复保护处理。经对比筛选，最终确定1号泄洪洞底板修复采用C60硅粉混凝土衬砌，边墙4 m以下范围采用环氧砂浆修复保护处理，处理后经过多个汛期，未出现修补的环氧砂浆块脱落、损坏现象。

5.7 纳子峡水电站面板接缝表面冻融破坏处理

纳子峡水电站位于高海拔寒冷地区，面板接缝表面采用三元乙丙橡胶板作为防护盖板。大坝运行一年后，对水库水面以上面板进行检查时发现，面板垂直缝及周边缝表面止水塑性填料不饱满，变形较为严重，表面防护盖板存在沿两侧固定端撕开破损现象，防护盖片接头搭接部位出现开裂或撕裂破损，水库蓄水前已处理过的水位变幅区面板裂缝存在防渗胶带、弹性涂层与混凝土面开裂剥离现象。为防止面板混凝土冻融破坏，采用涂刷保护法进行处理，恢复表面止水鼓包结构，采用聚脲+胎基布直接粘贴覆盖处理工艺，解决了因面板变形带来的表面止水结构破坏，有效保护了表面混凝土。

5.8 漫湾水电站水垫塘冲蚀水下处理

漫湾水电站水垫塘自1993年度汛以来，经过近12个汛期的运行，发现其底板产生了严重的冲蚀、磨损，形成了冲坑、冲沟、钢筋裸露和架空等缺陷。受运行条件的限制，每天只能在夜间停机5～6 h进行修复处理，且要求水下修复处理后1～2 h就能进行发电，修复面不能被发电水流破坏。2003年，分别采用PBM和快硬水下不分散混凝土进行修补，采用水面机械拌和、吊罐法浇筑快速施工工艺。运行两个汛期后检查发现，PBM完全满足要求，快硬水下不分散混凝土抗冲蚀性能稍差。

6 加固技术展望

6.1 材料

水工混凝土建筑物加固补强处理材料经过几十年的发展，从无机材料、高分子有机材料到无机-有机复合材料，基本品种都覆盖了修复加固应用领域。国内外对比发现，我国在材料研发及应用方面已取得了许多成功的经验，但仍有一定的提升空间。

6.1.1 材料研发环保化

水工混凝土建筑物缺陷处理中，聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸盐和水玻璃四大类是应用最多、最广泛的材料，这四类材料除水玻璃外均为有机高分子材料，曾一度让人“谈虎色变”，被贴上了“化学=有毒、有害、危险”的标签，这是不科学的认识。在材料实际应用中，有机高分子材料早年由于技术局限、生产工艺落后，确实有一定的不环保性，但随着工艺技术的提高，研发生产符合环保要求的材料成为大势所趋，各科研机构及企业从低毒、无毒原则及耐久性原则出发做了大量的研究工作，取得了一定的成果。如水溶性聚氨酯灌浆材料采用高闪点稀释剂，可使整个体系挥发性更小；环氧砂浆、环氧胶泥材料采用致敏性更低的活性稀释剂等。人们认识和研发环保型材料是一个长期持久的过程，也是今后各家科研机构、企业努力的方向。

6.1.2 材料资料规范化

以聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸盐为代表的有机高分子材料在项目应用中，施工单位属跨专业应用，对各种材料特性认识有限，存在一定的使用安全风险，且难以保证施工质量。使用时除供应商提供的说明书外，其余资料信息少之又少，而说明书中列出的信息仅为简单的特点、性能指标和简略施工方法等，对现场参考意义有限。因此，参照国外成熟经验，应为现场提供“两书一表”，即产品说明书、施工作业指导书和化学品安全技术信息表（SDS）。说明书和作业指导书可从力学指标及工艺方面为现场提供参考，SDS可从材料理化参数、燃爆性能、对健康的危害、安全使用贮存、泄漏处置和急救措施等16个方面提供详实的描述，为现场安全施工提供参考。三份资料可为现场安全施工、保质施工提供有效支撑，目前国内虽尚未强制要求执行，但随着相关法律、法令的健全，提供“两书一表”将会成为一个常态化要求。

6.1.3 材料应用细分化

我国基建项目较多，涉及的行业也较多，材料在不同行业的混凝土加固中应用时，存在引用标准不准、适用标准不当等问题，原因之一是我国的标准目前尚未有专门规定对材料应用领域进行细分或禁止，虽在GB/T 51320-2018《建设工程化学灌浆材料应用技术标准》中对丙烯酰胺灌浆材料做了尝试性规定（因其毒性禁止使用），但其他标准还未有类似的细分和规定。在后续的工作中，应鼓励科研机构、专业企业多参与制定、修编细分标准，为工程应用选材提供参考，国家也应出台相关要求，对需要强制性要求的领域采用强条规定。

6.2 工艺技术

6.2.1 工艺技术规范化

水工混凝土建筑物加固处理时，由于评估检测标准不一、施工过程不规范、施工后检测方法不统一，易造成工艺流程不规范、评判标准参差不齐。因此，施工规范化、标准化就显得尤为重要。对比美国和日本，我国的规范更加贴近施工，仅原则性规定了流程，强制条文很少，较符合目前的国情，只是根据项目具体情况有所侧重。建议在后续的项目执行中，加强工艺技术规范化的宣贯、落实，尽可能采用并参照已有的规范、规程执行，使相关技术工艺更好地应用于工程建设。

6.2.2 工艺技术人员队伍专业化

水工混凝土建筑物缺陷处理专业性、技术性极强，除选择合适的材料和工艺技术外，专业队伍、专业人员的选择也非常重要。在施工过程中，施工质量的保障与操作人员密不可分。施工人员流动性强、专业性差是目前的现状，经济指标通常是项目单位选择作业队伍的重要依据，作业队伍低价中标是常态，任由其发展将成为恶性循环，最终损害业主及项目的利益。在后续的工作中，国家应出台相关政策，鼓励、扶持专业技工人员培养和资格认定，行业内应加强作业公司的资质管理；其次，应从入门标准上设置区分度，改变唯商务指标选择的现状，让真正技术实力、专业实力强的施工公司参与进来，促进工艺技术人员专业化的良性发展。

6.3 设备

6.3.1 “以人为本”理念在设备研发中的体现

设备在施工过程中扮演着不可替代的角色，是施工组织的重要组成部分。在以往的施工中，更多关注设备的效率、效能，随着工业技术的发展，设备研发从以往的效率、效能转向自动化、集成化、环保节能化，同时可靠性、安全性、舒适性也得到了高度重视，甚至提出了全生命周期设备的概念。水工混凝土缺陷加固处理中，应用的设备属于中小型甚至微型设备，如化学灌浆泵。因施工场地等限制，设备需具备便于搬运、对环境适应性好等特点，因此敞开式简单设备较为常见，在廊道、输水隧洞等相对密闭空间中，对操作人员和环境环保均不利。新型革新设备对配料、加料、压浆系统在密闭性方面做了重大改进，不仅有利于施工人员的安全操作，也有利于环保，“以人为本”的理念在设备研发中也得到了体现。

6.3.2 绿色机械概念

绿色机械是近年提出的一个新名词，报废后的机械将造成环境污染，而不污染环境的报废机械称为绿色机械。施工必然会有机械设备，设备从投入使用到报废都会对环境产生不可避免的影响。在项目结束后，除可以转场继续使用的设备外，现场会滞留各式各样报废的机械设备，大到吊装设备，小到缺陷处理的灌浆设备等，如何使这些设备在报废后不对环境造成污染，这就给设备研发厂家提出了新的要求。为保护人类的生存环境，研究绿色机械是必要的，未来绿色机械将更加普遍。