Behandlungs- und Präventionsmaßnahmen für Betonrisse im Hochwasserabflusstunnel des Wasserkraftwerks
1.1 Überblick über das Hochwasserentlastungstunnelprojekt des Wasserkraftwerks Shuanghekou im Mengjiang-Flussbecken
Der Hochwasserentlastungstunnel des Wasserkraftwerks Shuanghekou im Mengjiang-Flussbecken der Provinz Guizhou ist einem Stadttor nachempfunden. Der Tunnel ist insgesamt 528 m lang, die Ein- und Ausfahrtshöhen betragen 536,65 m bzw. 494,2 m. Nach der ersten Wasserspeicherung im Wasserkraftwerk Shuanghekou wurde bei einer Vor-Ort-Inspektion festgestellt, dass bei einem Wasserstand im Stausee oberhalb der Oberkante des Tunnelbogens Wasser aus den Bauwerksfugen und den Beton-Kaltfugen der Bodenplatte des langen, geneigten Schachts austrat. Die Menge des austretenden Wassers stieg mit dem Wasserstand im Stausee kontinuierlich an. Gleichzeitig traten auch Wasseraustritte an den Beton-Kaltfugen der Seitenwände und den Bauwerksfugen im geneigten Schachtabschnitt Longzhuang auf. Nach Untersuchungen durch zuständiges Fachpersonal wurde festgestellt, dass die Hauptursachen für das Wassersickern in diesen Bereichen in den ungünstigen geologischen Gegebenheiten der Gesteinsschichten in den Tunneln, der mangelhaften Behandlung der Arbeitsfugen, der Entstehung von Kaltfugen beim Betonieren sowie der unzureichenden Verfestigung und Verpressung der Tunnelpfropfen liegen (Jia et al.). Aus diesem Grund schlugen die zuständigen Fachkräfte die chemische Verpressung der Sickerstellen vor, um das Sickern effektiv zu unterbinden und die Risse zu behandeln.
1.2 Behandlung der Risse im Hochwasserabflusstunnel des Wasserkraftwerks Shuanghekou im Mengjiang-Flussbecken
Alle ausgespülten Bereiche des Hochwasserentlastungstunnels des Wasserkraftwerks Luding bestehen aus HFC40-Beton. Die meisten durch den Dammbau verursachten Risse befinden sich in diesem Bereich. Statistisch gesehen konzentrieren sie sich hauptsächlich im Abschnitt 0+180 bis 0+600 des Damms. Die Risse treten vorwiegend an der Seitenwand in einem Abstand von 1 bis 7 m von der Bodenplatte auf und sind meist etwa 0,1 mm breit, insbesondere in den einzelnen Lagerhallen. Die Risse sind im mittleren Bereich am häufigsten anzutreffen. Der Winkel zwischen Rissbeginn und Horizontalebene beträgt mindestens 45°. Die Risse sind unregelmäßig geformt und weisen eine rissige Struktur auf. Austretendes Wasser tritt meist nur in geringen Mengen aus, wobei die meisten Risse lediglich an den Fugen feucht erscheinen und Wasserflecken auf der Betonoberfläche sichtbar sind. Deutliche Wassereintrittsspuren sind selten. Spuren von leichtem Wasseraustritt sind kaum vorhanden. Durch Beobachtung der Rissentwicklung lässt sich feststellen, dass Risse im Frühstadium 24 Stunden nach dem Betonieren und dem Entfernen der Schalung auftreten. Anschließend erreichen sie nach etwa sieben Tagen ihren Höhepunkt und breiten sich bis 15–20 Tage nach dem Ausschalen langsam weiter aus.
2. Behandlung und wirksame Vorbeugung von Betonrissen in Hochwasserentlastungstunneln von Wasserkraftwerken
2.1 Chemisches Verpressverfahren für den Überlauftunnel des Wasserkraftwerks Shuanghekou
2.1.1 Einleitung, Eigenschaften und Konfiguration der Werkstoffe
Das Material der chemischen Suspension besteht aus PCI-CW, einem hochpermeabilitätsmodifizierten Epoxidharz. Es zeichnet sich durch hohe Kohäsionskräfte aus, härtet bei Raumtemperatur aus und weist nach der Aushärtung geringe Schrumpfung auf. Gleichzeitig besitzt es eine hohe mechanische Festigkeit und stabile Wärmebeständigkeit, wodurch es sich hervorragend zur Wasser- und Leckageabdichtung eignet. Dieses Verstärkungsmörtelmaterial findet breite Anwendung bei der Instandsetzung und Verstärkung von Wasserbauprojekten. Darüber hinaus bietet es die Vorteile einer einfachen Verarbeitung, ausgezeichneter Umweltverträglichkeit und Umweltfreundlichkeit.
2.1.2 Bauschritte
Zuerst werden die Fugen gesucht und Bohrungen durchgeführt. Die im Überlauf gefundenen Risse werden mit Hochdruckwasser gereinigt, die Betonoberfläche umgedreht und die Ursache sowie die Verlaufsrichtung der Risse ermittelt. Anschließend wird eine Kombination aus Schlitz- und Schrägbohrung angewendet. Nach Abschluss der Schrägbohrung werden Bohrung und Riss mit Druckluft und Hochdruckwasserpistole geprüft und die Rissgröße dokumentiert.
Zweitens: Löcher, Dichtungslöcher und Fugen abdichten. Die zu erstellenden Verpresslöcher erneut mit Druckluft reinigen und Ablagerungen am Grabenboden und an den Lochwänden entfernen. Anschließend den Verpresslochverschluss einsetzen und am Rohrdurchlass markieren. Verpress- und Entlüftungslöcher kennzeichnen. Nach dem Anordnen der Verpresslöcher die Hohlräume mit PSI-130 Schnellabdichtungsmittel abdichten und die Abdichtung zusätzlich mit Epoxidharz verstärken. Nach dem Verschließen der Öffnung eine 2 cm breite und 2 cm tiefe Nut in Richtung des Betonrisses ausmeißeln. Nach dem Reinigen der ausmeißelten Nut und dem Spülen mit Hochdruckwasser die Nut mit Schnellabdichtungsmittel abdichten.
Nach erneuter Überprüfung der Belüftung der verlegten Rohrleitung wird mit dem Verpressen begonnen. Dabei werden zunächst die ungeraden, schräg angeordneten Bohrlöcher verfüllt. Die Anzahl der Bohrlöcher richtet sich nach der tatsächlichen Baulänge. Beim Verpressen muss der Zustand der benachbarten Bohrlöcher berücksichtigt werden. Sobald diese verpresst sind, muss das gesamte Wasser aus den Bohrlöchern abgelassen werden. Anschließend wird das Verpressrohr angeschlossen und verpresst. Gemäß diesem Verfahren wird jedes Bohrloch von oben nach unten und von unten nach oben verpresst.
Behandlungs- und Präventionsmaßnahmen für Betonrisse im Hochwasserabflusstunnel des Wasserkraftwerks
Abschließend noch ein Hinweis zum Verpressungsende. Der Druckstandard für die chemische Verpressung von Betonrissen im Überlaufbecken entspricht dem in der Planung vorgegebenen Standardwert. Generell sollte der maximale Verpressdruck 1,5 MPa nicht überschreiten. Das Verpressungsende wird anhand der Injektionsmenge und des erreichten Verpressdrucks bestimmt. Grundvoraussetzung ist, dass nach Erreichen des maximalen Verpressdrucks kein weiteres Verpressmaterial mehr als 30 mm tief in das Bohrloch eindringt. Ab diesem Zeitpunkt können die Rohrverbindung und die Verfüllung mit dem Verpressschlamm erfolgen.
Ursachen und Behandlungsmaßnahmen für Risse im Hochwasserabflusstunnel des Wasserkraftwerks Luding
2.2.1 Analyse der Ursachen des Hochwasserabflusstunnels des Wasserkraftwerks Luding
Erstens weisen die Rohstoffe eine geringe Kompatibilität und Stabilität auf. Zweitens ist der Zementanteil im Mischungsverhältnis hoch, was zu einer übermäßigen Hydratationswärme des Betons führt. Drittens bewirkt der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient der Gesteinskörnungen in Flussbecken bei Temperaturänderungen eine Verschiebung der Zuschlagstoffe und der sogenannten Koagulationsmaterialien. Viertens stellt HF-Beton hohe Anforderungen an die Bautechnik, ist im Bauprozess schwer zu beherrschen, und die Kontrolle von Rüttelzeit und -methode entspricht nicht den Normen. Hinzu kommt, dass durch den Hochwasserentlastungstunnel des Wasserkraftwerks Luding eine starke Luftströmung entsteht, die zu niedrigen Temperaturen im Tunnelinneren und damit zu einem großen Temperaturunterschied zwischen dem Beton und der Umgebung führt.
2.2.2 Behandlungs- und Vorbeugungsmaßnahmen für Risse in Hochwasserabflusstunneln
(1) Um die Belüftung im Tunnel zu reduzieren und die Temperatur des Betons zu schützen, um den Temperaturunterschied zwischen dem Beton und der äußeren Umgebung zu verringern, kann am Ausgang des Auffangtunnels ein gebogener Rahmen aufgestellt und ein Segeltuchvorhang aufgehängt werden.
(2) Unter der Voraussetzung, dass die Festigkeitsanforderungen erfüllt werden, sollte das Betonverhältnis angepasst werden. Dabei sollte die Zementmenge so weit wie möglich reduziert und gleichzeitig die Menge an Flugasche erhöht werden, um die Hydratationswärme des Betons und damit die innere und äußere Temperaturdifferenz zu verringern.
(3) Die Wasserzugabe ist computergesteuert, um das Wasser-Zement-Verhältnis beim Betonmischen exakt einzuhalten. Dabei ist zu beachten, dass die Temperatur am Rohmaterialaustritt während des Mischvorgangs möglichst niedrig sein muss. Beim Betontransport im Sommer sind entsprechende Wärmedämm- und Kühlmaßnahmen zu treffen, um die Erwärmung des Betons während des Transports effektiv zu reduzieren.
(4) Der Vibrationsprozess muss während des Bauprozesses streng kontrolliert werden. Die Vibrationswirkung wird durch den Einsatz von flexiblen Wellenvibrationsstäben mit Durchmessern von 100 mm und 70 mm verstärkt.
(5) Die Geschwindigkeit, mit der der Beton in das Lager einströmt, ist streng zu kontrollieren, sodass seine Anstiegsgeschwindigkeit höchstens 0,8 m/h beträgt.
(6) Die Frist für das Entfernen der Betonschalung wird auf das Einfache der ursprünglichen Frist, d. h. von 24 Stunden auf 48 Stunden, verlängert.
(7) Nach dem Entfernen der Schalung ist umgehend Fachpersonal mit den Spritzarbeiten zur Betoninstandhaltung zu beauftragen. Das Instandhaltungswasser sollte mindestens 20 °C warm sein, und die Betonoberfläche muss feucht gehalten werden.
(8) Das Thermometer wird im Betonlager vergraben, die Temperatur im Beton wird überwacht und der Zusammenhang zwischen der Temperaturänderung im Beton und der Rissbildung wird effektiv analysiert.
Die Analyse der Ursachen und Sanierungsmethoden der Hochwasserentlastungstunnel des Wasserkraftwerks Shuanghekou und des Wasserkraftwerks Luding ergab, dass die Risse im ersteren Tunnel auf ungünstige geologische Bedingungen und eine unzureichende Behandlung der Bauwerksfugen, Kaltfugen und Hohlräume während des Betonierens zurückzuführen sind. Die durch mangelhafte Verdichtung und Verpressung verursachten Risse im Hochwasserentlastungstunnel lassen sich durch chemisches Verpressen mit hochpermeablen, modifizierten Epoxidharzen wirksam beheben. Die durch die übermäßige Wärme der Betonhydratation verursachten Risse im letzteren Tunnel können durch eine angemessene Reduzierung der Zementmenge und den Einsatz von Polycarboxylat-Fließmitteln und Beton der Güteklasse C9035 behandelt und wirksam verhindert werden.
Veröffentlichungsdatum: 17. Januar 2022
