作者：曹建国
1 消能工程概况
大伙房水库主要由主坝、一副坝、二副坝、三副坝、主溢洪道、非常溢洪道和输水洞组成，在输水洞后接有泄洪支洞和水电站。输水洞最大泄流量220m3／s。其中，一支洞直径5.5m，长度92. 3m，洞后接有水电站，其最大泄流量1 80m3/s；二支洞为泄洪支洞，直径4m，长度48. 45m，出口渐变段长12m，出口闸门为两扇2. 25m×2.25m的高压平板滑动闸门，并设有两台油压启闭机。
泄洪支洞出口为消能塘和尾水渠。消能塘长60. 5m．底宽21. 2m，顶宽31m，消能塘边墙坡比为3:1，闸门出口处分水墩底宽7m，高2.2m，底部高程82. 29m，消能塘顶高程98.0m，消能塘后尾水渠底高程91. 0m，长316m，底宽30m，底坡0.09%，边坡1：2。
2.破损情况及成因分析
经普查，消能塘多处出现损坏，损坏特征主要表现为混凝土冲坑、表面剥蚀、集料缺损、冲蚀、汽蚀破坏，钢板冲毁、空鼓、翘起、锚固螺栓冲毁，混凝土内部钢筋外漏、结构缝嵌缝材料缺失、结构缝两侧混凝土缺失，混凝土损坏区域多处出现渗漏、渗流等。这些破坏区域主要集中分布在分水墩、台阶、消力池、台阶与消力池连接部位、台阶或底板与边墙连接部位，详见图1~图2。
输水洞消能塘出现这些破坏是由于过流所产生的冲蚀和空蚀效应。过流所裹挟的砂石、钢板残片、混凝土残渣等物体反复回旋、冲击消能塘内各种结构体，导致这些构件产生反复多次物理性破坏。其中底板与边墙、台阶与边墙连接部位出现较多的混凝土凹坑，台阶与消力池连接部位损坏最严重，分水墩下游底板损坏也非常严重，左墩和右墩下游均出现较大的冲坑，冲坑深度分别为0. 6m和0.3m，尺寸分别为2.Sm×2.Sm和4. 8m×4.8m。分水墩右墩左侧钢板缺失，其下方混凝土缺损体积达到0. 83m3，墩部混凝土与底板交界处伴有小冲坑和渗流缺陷；分水墩左墩右侧钢板缺失，钢板下方混凝土伴有10处小冲坑，平均体积为0. 05H．3。
原钢板在第一次修补锚固时采用了锚固螺栓固定的形式，长期过流产生的底板振动、钢板振动导致螺栓套筒、紧固杆松动，加之长期处于水下环境，水的电化学侵蚀作用致使螺帽在防锈层被水磨损剥落后逐渐锈蚀、失去紧固作用，螺杆松动，这些松动累积最终导致锚固螺栓失效，进而钢板翘起，局部折断或整张在焊接处断裂被水冲掉。
混凝土内部缺陷和裂缝导致在多处破损部位有细小水流渗出，水流长期侵蚀，导致了混凝土结构内部钢筋严重锈蚀，锈胀作用又加重了混凝土顺筋破坏。这些破坏主要集中在台阶与消力池连接部位、结构缝附近、底板与边墙连接部位、台阶与边墙连接部位。
3 防冲抗磨修补处理的对策及原理
3.1 磨损与空蚀缺陷处理的材料及施工工艺
经研究，采用聚合物混凝土和特种砂浆填补B类、C类混凝土磨损与空蚀的部位，修补养护后在混凝土及砂浆表面刮涂抗冲磨材料进行表面防护。主要工艺如下：表面清理打磨、凿毛、去除老化混凝土一高压清洗一原有钢筋除锈、阻锈一聚合物混凝土或砂浆填补凹坑部位一找平一涂刷底涂剂一修补孔洞一刮涂抗冲磨材料（增设胎基布加强）一养护。
3. 2 钢板修复与钢筋除锈
钢板的修复原则为：首先去除缺损的钢板，更换同厚度、同型号的新板材，改用直径大于原锚固螺栓的锚固钢筋进行锚固，锚固后钢筋与钢板焊接为一体，经应力计算，采用长度大于计算值的锚固深度，新更换钢板表面采用新型防腐蚀、耐冲刷材料涂装，延长使用寿命。对外漏钢筋进行物理除锈后再使用化学方法除锈，表面涂装防腐材料后进行其他处理。
3.3结构缝修复
台阶混凝土结构缝缺损的修补原则为：去除失效的嵌缝材料，更换成新型的闭孔泡沫板，重新填补缝两侧混凝土，同时在修复好的混凝土表面涂刮抗冲磨材料进行防护。
4 主要材料及施工技术
4.1 手刮聚脲及潮湿型界面剂
手刮聚脲具有优异的防渗、抗冲磨及防腐等多种功能，可以适应混凝土开裂与耐老化等。主要物理力学性能如表1所列。
潮湿型界面剂是专与手刮聚脲配套使用的，为双组分树脂材料。其成膜物质与混凝土表面有很高的黏结强度（经测试，常规施工条件下2. SMPa以上，室温条件下达到SMPa以上），能增强与混凝土结合面的黏结，增强手刮聚脲材料与基层的附着力。
4.2 特种抗冲耐磨聚合物钢纤维砂浆及配套界面剂
特种抗冲耐磨聚合物钢纤维砂浆不仅具有聚合物水泥砂浆优异的黏结、抗裂、抗冻、防渗、防腐、抗氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能，而且具有超高的强度、抗冲耐磨、抗裂及抗气蚀性能。其性能指标见表2，
Hl．C-N界面剂为有机聚合物溶液，与混凝土表面有很高的黏结强度（3MPa以上），能增强新1日混凝土结合面的黏结，提高基层强度，增强新材料与基层的附着力。
4.3 主要材料的作用机理及选用理由
特种砂浆中聚合物胶粉提供较好的前期强度及与老旧混凝土之间的黏结强度；超细微粉组分可以增强材料的整体强度及抗冲磨性能；超细钢纤维使材料的整体性较好、提高抗冲磨性能，增加材料的韧性和抗剪性能；高效减水剂及特种骨料的应用使材料需水量减少，增加材料的密实度，根据现场采样试验可知，该砂浆具有优异的黏结、抗裂、抗冻、防渗、抗冲耐磨、耐老化等性能。
输水洞出水口高速水流以及裹挟的泥沙对消能塘分水墩和台阶的冲击很大，运行以来消能塘混凝土多处部位出现严重破损，在20世纪八九十年代，南京水科院分别对破损部位进行了修补加固，在分水墩及台阶部位使用了硅粉混凝土及硅粉砂浆，从现场普查的情况可知，经过硅粉混凝土及硅粉砂浆修补过的部位具有较好的耐冲蚀性能，经多年运行，砂浆表面出现少量磨蚀痕迹，砂浆与老混凝土的黏结也非常牢固，分水墩表面的钢板经过多年运行，缺损和松动严重，而在当年钢板缺失部位使用硅粉砂浆修补后的表面破坏并不明显，由此可见，硅粉砂浆的修补效果非常好。特种砂浆是在原有硅粉砂浆的基础上，最新研制的新一代特种砂浆，配方中增加了聚合物胶粉、超细钢纤维、特种
骨料，新一代特种砂浆具有更多优异性能，且与原有硅粉砂浆为同一体系，使用该砂浆将有利于实现抗冲磨、耐冲击、抗裂、优良的黏结性等诸多修补要求，另外，经同条件养护（修补施工环境水温度为3℃）的试块测试结果可知，在较低的温度环境中，该砂浆仍然可以达到较高的工作性能。
手刷聚脲具有优异的防渗、抗冲磨及防腐等多种功能，可以适应混凝土开裂，耐老化性好。由于它优异的力学性能、耐老化及施工方便、不需要专门的设备等特点，在该工程的防渗、抗冲磨等方面可以作为主要耐磨材料使用。
4.4 典型修补处理方案及施工工艺
4.4.1混凝土冲坑处理
出现较大混凝土冲坑的部位主要分布在分水墩下游底板处，对该部位混凝土冲坑及砂浆缺损部位的修补处理施工工艺具体如下：
基面处理一清洗一原有钢筋进行除锈、阻锈处理一植筋一浇筑新混凝土一砂浆缺损的修补一防冲保护一养护。
4.4.2分水墩、台阶的补强加固处理与防冲、抗磨损处理
对于台阶、分水墩混凝土脱空部位（剥蚀或凹坑深度大于3 c:m的部分）采用聚合物混凝土进行回填、养护，布置水平筋进行加固处理。，对于分水墩混凝土与底板混凝土之间采用垂直底板的植筋补强加固，灌注聚合物混凝土，修补后混凝土表面以及砂浆脱落部位抹布特种砂浆，直角部位变为圆角过渡。插筋采用直径20mm的螺纹钢筋，特种砂浆锚固，锚固深度大于43.5cm，锚筋间距20cm，锚筋之问焊接直径8mm的联系筋，形成钢筋网，混凝土保护层厚度不小于5cm。
对分水墩混凝土缺损及钢板缺损的主要处理工艺流程如下：
基面处理一清洗一防腐处理一植筋一浇筑新混凝土一砂浆缺损的修补一灌浆一防冲磨保护一养护。
5 测试与效果评价
5. 1 现场采样测试结果
为了跟踪观测修补施工质量，不同养护条件下测试了三组试件，由表3中数据可见砂浆的性能指标均在较高数值。
5.2运行效果
对修补后的混凝土质量检查采取了现场目视、锤击等外观检查，结果证明修补材料与混凝土结合密实，无表面裂缝。输水洞消能塘修补工程开始于201 1年4月，结束于2011年5月。共使用丙乳180kg，界面剂50kg，特种砂浆1.2t。修补后消能塘恢复运行，运行以来没有发现以往出现的共振、呜叫等现象，通过近几年的运行观测，修补工程达到了预期效果。
结合室内试验和实际工程综合分析，丙乳混凝土在混凝土冲坑修补中应用效果良好。特种抗冲耐磨聚合物钢纤维砂浆在抗冲磨、黏结强度、抗冻和抗渗方面都体现出了一定的优越性；在温度较低的条件下施工，养护后的砂浆同样能够达到预定性能。
应用实例表明，特种抗冲耐磨聚合物钢纤维砂浆在水利混凝土及砂浆缺陷修补工程中具有一定的应用前景。
6摘要
大伙房水库输水洞消能工程因为过流速度较快及水流长期侵蚀等影响，导致消能塘出现了混凝土缺失、分水墩钢板冲毁、钢板空鼓、混凝土钢筋外漏和严重锈蚀等问题．．针对分水墩钢板、混凝土以及消能台阶破损情况，采用丙乳、高强抗冲磨材料、特种抗冲耐磨聚合物钢纤维砂浆等材料对缺陷进行了全面处理。消能塘出水口分水墩及台阶混凝土表面冲蚀、剥蚀、破损严重，使用这些材料进行综合性修补处理后，该消能工程恢复使用，运行效果良好。
