新材料在馮家山水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

唐曉峰 魏小彬 張 強(qiáng)

（寶雞市馮家山水庫管理局 陜西 寶雞 721300）

1 水庫概況

馮家山水庫位于關(guān)中西部陳倉、鳳翔、千陽三縣區(qū)交界處的馮家山峽谷，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、城市、工業(yè)供水為主，兼作防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大（Ⅱ）型水利工程。水庫樞紐由大壩、輸水洞、泄洪洞、溢洪洞、非常溢洪道、電站、寶雞二電廠取水口等工程設(shè)施組成。水庫于1970年7月動工興建，1974年3月下閘蓄水，當(dāng)年灌溉受益，1982年1月竣工，可灌溉寶雞、鳳翔、岐山、扶風(fēng)等7個(gè)縣136萬畝農(nóng)田。

水庫運(yùn)行近三十多年來，工程老化，年久失修，存在諸多病害問題。按照省、市水利主管部門的要求，組織了相關(guān)技術(shù)人員對馮家山水庫大壩進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的安全鑒定，結(jié)論認(rèn)為：馮家山水庫大壩為三類壩，即：水庫為病險(xiǎn)庫。

依據(jù)上級部門初步設(shè)計(jì)的批復(fù)精神，結(jié)合馮家山水庫工程實(shí)際情況，項(xiàng)目建設(shè)從2002年4月28日開工，在各參建方的緊密配合下，水庫安全運(yùn)行和項(xiàng)目實(shí)施按照“兩不誤、兩確保、兩促進(jìn)”的原則，經(jīng)過共同努力，主體工程2005年8月基本完工，其他工程也相繼于2006年12月完工。該庫大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，除險(xiǎn)加固工程竣工后壩高75m，總庫容4.27億m3，有效庫容2.86億m3，是目前關(guān)中最大的蓄水工程。

對樞紐主體工程的改造，既注重了重大技術(shù)方案的優(yōu)化科學(xué)應(yīng)用，為今后運(yùn)用管護(hù)考慮，也不放過一些細(xì)小的新材料、新工藝創(chuàng)新應(yīng)用?；仡櫩偨Y(jié)除險(xiǎn)加固工程中所采用的新材料，對今后工程運(yùn)行管理水平的提高，類似水庫除險(xiǎn)加固工程具有很好的指導(dǎo)作用和很強(qiáng)的借鑒性。現(xiàn)就該庫新材料在除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用簡要進(jìn)行論述。

2 新材料的應(yīng)用

2.1 閘門止水、支鉸軸等應(yīng)用新材料

馮家山水庫在溢洪洞進(jìn)口閘門改造中，對閘門的止水裝置，吸取以往管護(hù)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，本次將檢修拱形閘門止水裝置設(shè)在門葉上游面，側(cè)止水水封采用L型水封，底止水采用刀型橡膠水封。對溢洪洞、泄洪洞出口弧形工作閘門，將原膠木軸套改用SLB自潤滑軸承，克服了以前膠木軸承支鉸抱死而難以啟閉的現(xiàn)象。在本次金屬結(jié)構(gòu)改造中，對閘門支鉸軸、吊耳軸、支承輪軸等表面采用鍍鉻材料防腐，第一層為乳白鉻，第二層為硬鉻。

2.2 閘門門葉采用噴鋅防腐

在水庫工程管護(hù)中，加強(qiáng)對水工建筑物尤其是水工鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)，提高防腐蝕質(zhì)量，對減輕或防止有害物質(zhì)對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，延長其使用壽命具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該庫所屬的溢洪洞、泄洪洞及輸水洞計(jì)七扇閘門表面防腐在除險(xiǎn)加固前大多采用的是鋁粉橡膠水漆涂刷材料、X06—4型紅丹乙烯耐水漆和X55-1鋁粉乙烯耐水漆，這些涂刷材料保護(hù)層薄、防腐年限短，導(dǎo)致閘門銹蝕加劇特別是易積水部位銹蝕斑點(diǎn)嚴(yán)重。對上述存在的問題，結(jié)合除險(xiǎn)加固改造，經(jīng)對防腐材料（涂漆、噴鋅、電化學(xué)保護(hù)）多方案比較，后選用噴鍍鋅層的辦法進(jìn)行防腐。整個(gè)過程步驟：備選各種材料——閘門除銹——運(yùn)用氣噴法噴鍍鋅層，鋅層厚度為0.15mm～0.2mm，但有時(shí)要根據(jù)防腐物體的具體部位和所處的環(huán)境做適當(dāng)?shù)脑鰷p，最后用油漆封閉即可。

噴鋅效果：經(jīng)實(shí)際運(yùn)用，與刷防腐材料比較，雖然環(huán)氧瀝青漆消耗材料（0.8kg/m2）比噴鋅保護(hù)消耗材料（2.0 kg/m2）用量少，價(jià)格低廉，但噴鋅保護(hù)基體附著力好，不脫落，不起皮，防腐涂料無龜裂、粉化、剝落現(xiàn)象；噴鋅保護(hù)周期長，運(yùn)行管理費(fèi)用低，而涂刷材料運(yùn)行效果則相反。

2.3 壩體鉆孔回填應(yīng)用膨潤土

在大壩觀測設(shè)施改建中所建立的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，首次采用傳感器造孔埋設(shè)，套管跟進(jìn)，分段用膨潤土回填孔的辦法進(jìn)行，即用二次膨脹系數(shù)高的膨脹泥球回填，比一般膨脹泥球回填質(zhì)量高。我們按照要求精選了高膨脹值的膨潤土，一般采用膨脹率大于35%的膨脹土就認(rèn)為合格。為此我們做了試驗(yàn)，測試了陰干后的泥球水解膨脹率，比做泥球前的膨脹率下降了1/3～1/2。為保證回填質(zhì)量選用了高膨脹土值（59%）的膨脹土。經(jīng)測試，泥球后的膨脹率為38%～40%，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)做法的回填質(zhì)量高出一倍以上，這一做法可說屬省內(nèi)水庫首創(chuàng)。另外，信號纜線埋設(shè)先用砂保護(hù)，后用土回填，可防鼠害、積水，維修時(shí)不損傷纜線，這些都是打破常規(guī)的做法。

2.4 壩體反濾巧用土工合成材料

土工合成材料一般是用于巖土工程和土木工程的聚合物材料或聚合物工程材料，它廣泛應(yīng)用于水利、堤壩、機(jī)場、環(huán)保等許多領(lǐng)域。土工織物是土工合成材料中主要產(chǎn)品之一，在工程中可起到過濾、排水、隔離、防護(hù)加強(qiáng)作用。馮家山水庫大壩加高培厚壩腳反濾首次大面積采用的土工布，它的規(guī)格為200g/m2，厚度為大于或等于1.7mm，最大幅寬5m，卷長隨工程需要而定。所覆蓋的面積大約為350m2，接縫采用人工搭接的辦法進(jìn)行，經(jīng)實(shí)際運(yùn)用觀察，符合設(shè)計(jì)要求，效果良好。

2.5 植筋應(yīng)用新材料

在泄洪洞出口啟閉機(jī)閘臺梁柱施工中，要在原立柱砼基礎(chǔ)上打孔后內(nèi)植鋼筋。植筋現(xiàn)在雖是一種常用技術(shù)，但要看它在什么部位和其承載力是多少，恰恰在泄洪洞出口立柱砼植筋，它的部位和承載力既要承載啟閉機(jī)，又要承載閘房等荷載。在植筋的過程中，所用的鋼筋直徑大小不存在問題，關(guān)鍵是填充什么樣材料符合設(shè)計(jì)要求，所受的承載力達(dá)到最優(yōu)。經(jīng)研究，填充材料采用了國外進(jìn)口的在砼固定鋼筋的植筋劑，即中國喜利得廠家生產(chǎn)的植筋劑。這種材料適合在所有種類的新舊混凝土上做植筋工程，使用這種藥劑時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)保持在5℃以上，孔內(nèi)必須填滿藥劑，絕不可包有空氣。經(jīng)拉撥試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)用，拉撥力達(dá)到150kN，工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，質(zhì)量良好，取得了費(fèi)省效宏的好效果。

2.6 閘位計(jì)、水位計(jì)及荷重儀選型先進(jìn)超前

閘位計(jì)就是測量閘門提升、下降及停止的傳感器；水位計(jì)是反映閘前、閘后水位變化情況的儀器；荷重儀則是監(jiān)測閘門啟閉機(jī)在運(yùn)行過程中，荷載是否超限而進(jìn)行報(bào)警的設(shè)備。它們?nèi)齻€(gè)儀器是測量閘門啟閉機(jī)在運(yùn)行過程中，三個(gè)重要參數(shù)之一，是確定閘門運(yùn)行工況的準(zhǔn)確性、可靠性和精確度。選用什么樣的儀器傳感器既顯得不落后，又能代表當(dāng)前水利發(fā)展水平，還能符合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位協(xié)商，查閱有關(guān)資料，對不同的啟閉機(jī)閘門的運(yùn)行方式，選擇了不同的閘門開度儀、荷重儀、水位計(jì)。如：溢洪洞臺車式啟閉機(jī)拱形事故檢修閘門開度儀選用徐州電子技術(shù)研究所生產(chǎn)SZC-1M型。本系列閘門開度測控儀采用先進(jìn)的單片機(jī)系列及配套器件和相應(yīng)軟件技術(shù)，可配用JB接觸式軸角編碼器進(jìn)行閘門開度測量，且具有數(shù)字顯示、繼電器觸點(diǎn)輸出和多種接口輸出功能。其特點(diǎn)是只需四個(gè)按鍵即可完成報(bào)警數(shù)據(jù)預(yù)置，同時(shí)具有斷電記憶功能。JBK/GDK-2主令控制閘門開度傳感器，配套使用的編碼器有接觸式絕對型編碼器（國產(chǎn)）和光電式絕對型編碼器（德國FRABA公司生產(chǎn)）。本產(chǎn)品集傳感器與主令控制為一體，為雙保險(xiǎn)測量控制裝置，它能有效地提高閘門的可靠性。JBK/GDK-2主令控制閘門開度傳感器是由編碼器、變速箱、高度表、限位開關(guān)、凸輪等組成，閘門荷重測控儀選用徐州電子技術(shù)研究所生產(chǎn)SHC-1M型。本系列荷重測量儀采用先進(jìn)的單片機(jī)系列芯片和相應(yīng)軟件技術(shù)，配用各種壓（拉）力傳感器可完成荷重的測量，它具有數(shù)字顯示、繼電器觸點(diǎn)輸出和多種接口輸出功能。其特點(diǎn)是只需四個(gè)按鍵即可完成各種報(bào)警數(shù)據(jù)預(yù)置和測量參數(shù)的定標(biāo)，同時(shí)具有斷電記憶功能。本儀器使用方便、工作穩(wěn)定，可長期連續(xù)工作。

3 運(yùn)行效果分析

經(jīng)過實(shí)際蓄水檢測，馮家山水庫除險(xiǎn)加固工程完工后，閘門止水效果有明顯改進(jìn)，啟閉靈活；經(jīng)噴鋅處理的閘門不起皮、不生銹，運(yùn)行效果良好。選用高膨脹率的膨潤土回填后，壩體運(yùn)行工況良好；壩體反濾材料采用新型土工布后，不僅便于施工，還大大節(jié)約了成本。新型植筋劑的應(yīng)用，提高了工程運(yùn)行保證率，鞏固了工程結(jié)構(gòu)，質(zhì)量良好。選用先進(jìn)的閘位計(jì)、水位計(jì)及荷重儀，提高了閘門監(jiān)測儀器運(yùn)行的準(zhǔn)確性、精度和穩(wěn)定性，且方便了日常管理。

總之，新材料在馮家山水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用，大大提高了水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)，更大程度的發(fā)揮了馮家山水庫的綜合效益，收到了很好的效果，值得其他相似水庫除險(xiǎn)加固工程參考和借鑒。

4 結(jié)語

馮家山水庫經(jīng)過幾年的除險(xiǎn)加固工程建設(shè)，徹底摘掉了病險(xiǎn)庫的帽子。在除險(xiǎn)加固工程中通過新材料的應(yīng)用，使水庫除險(xiǎn)加固方案科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理，從而有力地確保了除險(xiǎn)加固工程質(zhì)量和進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。陜西水利