西泉眼水庫(kù)輸水洞加固工程安全評(píng)價(jià)

劉艷芳

(哈爾濱市西泉眼水庫(kù)管理處，黑龍江阿城150300)

西泉眼水庫(kù)位于松花江右岸一級(jí)支流阿什河上游。水庫(kù)樞紐工程由礫質(zhì)黏土心墻土石壩、河床式溢洪道、輸水洞和壩后引水式電站四部分組成。輸水洞在溢流壩的右側(cè)，結(jié)合右邊墻布設(shè)灌溉發(fā)電輸水洞。其進(jìn)口與溢流壩為一體，灌溉洞穿過溢流壩體后在溢流壩陡坡段右側(cè)衡重式擋土墻墻體內(nèi)通過，尾門閘室后接溢流壩渥琦段，泄水入消力池，灌溉洞全長(zhǎng)47.42 m。在輸水洞出口閘室段前設(shè)有分岔支洞，做為發(fā)電引水洞的進(jìn)口，發(fā)電引水洞全長(zhǎng)127.72 m，在溢洪道右邊墻衡重臺(tái)墻體內(nèi)穿過，沿右岸山崖布設(shè)分岔管，分別輸水到水電站廠房各個(gè)水輪機(jī)組。

1 輸水洞加固設(shè)計(jì)

1.1 原輸水洞工程概況及存在的主要問題

經(jīng)多年期運(yùn)行，輸水洞表現(xiàn)出嚴(yán)重的安全隱患，據(jù)近年安全鑒定階段得出的結(jié)論，輸水洞存在的主要病險(xiǎn)包括:

1)輸水洞洞身施工質(zhì)量差，混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)洞身漏水嚴(yán)重。

3)尾水門后混凝土在高速水流沖擊下破壞較為嚴(yán)重。

針對(duì)原輸水洞建筑物存在的上述問題，本次應(yīng)急維修加固工程對(duì)原輸水洞采取加固處理措施，主要包括:

1)灌溉洞及發(fā)電洞部分洞段混凝土表面鑿毛3～5 cm，替換原洞內(nèi)銹蝕鋼筋，采用聚合物細(xì)石混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。伸縮縫處預(yù)鑿8 cm×32 cm空隙，掛置鋼筋，更換原止水為紫銅止水，設(shè)置分縫板，回填混凝土摻加聚丙烯纖維。灌溉洞出口泄槽邊墻混凝土類似溢洪道做補(bǔ)強(qiáng)、防護(hù)處理。

2)發(fā)電洞部分洞段內(nèi)襯12 mm厚鋼板，鋼板表面防腐處理，鋼板與洞壁之間預(yù)鑿2～5 cm厚空隙，鋼板與洞壁之間回填灌漿與接觸灌漿。

3)拆除重建輸水洞工作門啟閉機(jī)室。

1.2 輸水洞工程布置

經(jīng)本次加固，除發(fā)電洞下游35.5 m長(zhǎng)洞段采取內(nèi)襯12 mm厚鋼管外，其它洞段均采取洞壁混凝土補(bǔ)強(qiáng)處理，因此，輸水洞工程布置與原狀相差很小。

灌溉主洞長(zhǎng)47.42 m，發(fā)電引水支洞到下游分叉段前長(zhǎng)約92 m，采用洞內(nèi)混凝土表面鑿毛3～5 cm，替換原洞內(nèi)銹蝕鋼筋，采用聚合混凝土補(bǔ)強(qiáng)厚度3～5 cm。變形縫處預(yù)鑿8 cm×32 cm空隙，用紫銅止水替換原止水，設(shè)置分縫材料。發(fā)電引水支洞下游分叉段后長(zhǎng)35.5 m，采用鋼板襯砌，內(nèi)襯12 mm厚鋼板，鋼板與洞壁之間預(yù)鑿2～5 cm的空隙，空隙內(nèi)回填灌漿，與鋼板接觸部分回填接觸灌漿。鋼板表面進(jìn)行防腐處理，替換原洞內(nèi)銹蝕鋼筋。

1.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)2005年鑒定結(jié)論，閘室穩(wěn)定性及地基應(yīng)力分布滿足規(guī)范要求，洞身強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)、出口邊墻穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。本次加固設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)輸水洞洞身混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度重新復(fù)核結(jié)果表明，洞身配筋率滿足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL/T191—96)要求。本次加固對(duì)洞身采取混凝土補(bǔ)強(qiáng)和鋼襯處理。

洞身補(bǔ)強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)采用C25 W4 F200，防護(hù)層與基層黏結(jié)強(qiáng)度＞1 MPa，強(qiáng)度、抗?jié)B和抗凍設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

灌溉主洞的發(fā)電引水支洞下游分叉段后長(zhǎng)約36 m，本次加固內(nèi)襯12 mm厚鋼板，內(nèi)襯鋼板采用16 Mn鋼，鋼板與洞壁之間預(yù)鑿8 cm的空隙，空隙內(nèi)回填灌漿，與鋼板接觸部分回填接觸灌漿，鋼板表面進(jìn)行防腐處理。由于輸水洞洞身強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，故無需對(duì)鋼板內(nèi)襯進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)核，但未見鋼板襯砌范圍如何確定的相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2 混凝土施工質(zhì)量

2.1 伸縮縫的處理施工

伸縮縫的修補(bǔ)處理工序:伸縮縫鋼板及混凝土拆除→紫銅止水片安裝→錨筋及鋼筋安裝→立?！郾├w維混凝土澆筑。

施工時(shí)，混凝土鑿除深度8 cm，若遇有強(qiáng)度較低的混凝土，繼續(xù)鑿毛，直至露出堅(jiān)硬的混凝土面，并用水清洗干凈。紫銅止水片，按設(shè)計(jì)尺寸，型式進(jìn)行焊接和安裝。錨筋用Φ12螺紋鋼，錨筋安裝在紫銅止水片兩側(cè)，在錨筋上焊接Φ8鋼筋網(wǎng)，錨筋間距均為30 cm，縱向鋼筋間距均為24 cm，鋼筋間距紫銅止水1 cm，保護(hù)層4 cm。聚丙烯纖維混凝土在輸水洞內(nèi)配制，混凝土配合比按C25F200配比進(jìn)行，聚丙烯纖維的摻量為水泥重量的3.5%，底部直接澆筑。澆筑后人工抹面，兩側(cè)從模板上預(yù)留的下料口澆筑，面頂部難于施工，而采用灌注砂漿的回填密實(shí)。

伸縮縫施工完成后，經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主聯(lián)合檢查，伸縮縫無滲水現(xiàn)象。

2.2 輸水洞洞壁聚合物混凝土補(bǔ)強(qiáng)

輸水洞洞壁聚合物混凝土補(bǔ)強(qiáng)包括0+000 m～0+ 48.12 m和0+028 m～1+028.32 m。工程量分別為11.5 m3和21.6 m3。

聚合混凝土的配比和施工工藝與溢洪道混凝土補(bǔ)強(qiáng)工程相同。先將洞壁表面的水銹、游泥等附著物鏟除清理干凈。需要鑿除的部位，鑿除濃度2～3 cm，以露出新鮮的混凝土，然后用水清洗干凈，按照涂刷界面膠，涂抹聚合物混凝土的順序施工。對(duì)混凝土破損較深的部位，用聚合物混凝土修整，較深的用聚合物砂漿修整。

施工過程中經(jīng)監(jiān)理見證，取混凝土抗壓試塊4組，最大值為28.5 MPa，最小值為27.8 MPa，平均值為27.7 MPa?；炷翉?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 灌漿工程施工質(zhì)量

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，發(fā)電引水支洞下游分叉段后長(zhǎng)約36 m，采用鋼板襯砌，鋼板與洞壁之間預(yù)鑿8 cm的空隙，空隙內(nèi)回填灌漿，與鋼板接觸部分接觸灌漿。

3.1 回填灌漿

回填灌漿在鋼襯上預(yù)留灌漿孔，孔內(nèi)有絲扣?；靥罟酀{不分區(qū)段，端部封堵嚴(yán)密?；靥罟酀{分為兩個(gè)次序進(jìn)行。自較低的一端開始，向較高的一端推進(jìn)。一序孔灌注水灰比為0.6(或0.5)∶1的水泥漿，二序孔灌注水泥砂漿，摻砂量≤水泥重量的200%.灌漿壓力0.3～0.5 MPa，以控制鋼襯變形不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值為準(zhǔn)。在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5 min結(jié)束灌漿。

回填灌漿施工結(jié)束7 d后，在吸漿量較大的底孔位置，按照監(jiān)理指定位置，布設(shè)3個(gè)檢查孔，注入2:1的漿液，在初始10 min內(nèi)漿液注入量均未超過10 L。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，回填灌漿施工質(zhì)量合格。

3.2 接觸灌漿

回填灌漿結(jié)束14 d后，進(jìn)行鋼襯接觸灌漿。灌漿壓力0.1 MPa，灌漿材料采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，漿液濃度按1∶1、0.8∶1、0.6(或0.5)∶1三個(gè)比級(jí)配制。鋼襯接觸灌漿孔的位置在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)錘擊檢查確定，主要在洞頂部，共設(shè)灌漿孔7個(gè)，孔徑14 mm。灌漿按照自下而上、從低到高的順序進(jìn)行。在0.1 MPa灌注壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5 min結(jié)束。

灌漿結(jié)束7～14 d后經(jīng)采用錘擊法進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查，脫空范圍和程度滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，鋼襯回填灌漿和接觸灌漿施工工藝基本符合規(guī)范規(guī)定，施工質(zhì)量基本滿足設(shè)計(jì)要求，建議補(bǔ)充灌漿施工質(zhì)量檢測(cè)成果。

4 鋼板襯砌施工質(zhì)量

4.1 施工程序

基面清理→鋼板防腐→鋼板安裝及焊接。

4.2 施工工藝

4.2.1 鋼板防腐

4.2.1.1 表面處理

鋼材表面應(yīng)無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條狀的輕微色斑，手工和動(dòng)力工具除銹適用于涂層缺陷局部修理其表面清潔度等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB8923規(guī)定的St3級(jí)。表面粗糙度在Rz60～100 μm范圍內(nèi)。除銹完畢，用壓縮空氣吹凈表面的灰塵和附近的積砂。涂裝前如發(fā)現(xiàn)基體金屬被污染或返銹，應(yīng)重新處理以達(dá)到要求的表面清潔度等級(jí)。

4.2.1.2 涂裝

1)除銹處理經(jīng)質(zhì)檢員檢查合格后，才能進(jìn)行涂裝。

2)首先進(jìn)行底層涂料噴涂達(dá)到規(guī)定厚度，待完全干燥固化后才允許噴涂中間漆、面漆。

3)涂料涂裝宜在氣溫5℃以上進(jìn)行，涂裝場(chǎng)地應(yīng)通風(fēng)良好。當(dāng)構(gòu)件表面潮濕或遇塵土飛揚(yáng)、烈日直接暴曬等情況下，不得進(jìn)行涂裝。

4)涂裝施工人員應(yīng)嚴(yán)格按作業(yè)指導(dǎo)書及涂料說明書的規(guī)定進(jìn)行施工，如有疑問應(yīng)及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員解決。

5)涂裝前首先檢驗(yàn)使用的涂料符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，合格產(chǎn)品方能使用。

4.2.1.3 涂漠厚度控制

1)施工時(shí)，應(yīng)按使用量進(jìn)行涂裝，及時(shí)用測(cè)厚儀測(cè)定涂層厚度漆膜厚度應(yīng)分布控制在兩個(gè)85%以上，即要求85%以上的測(cè)量測(cè)得的膜厚值必須達(dá)到超過規(guī)定的膜厚值，余下的不到15%的測(cè)點(diǎn)測(cè)得的膜厚值不得低于規(guī)定膜厚值的85%。

2)對(duì)于其它要求按“水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范”執(zhí)行。4.2.2 鋼板運(yùn)輸通道的選擇

采購(gòu)的鋼板按照輸水洞襯砌的尺寸加工防腐后，倒運(yùn)至至7#擋土墻背水側(cè)，汽車吊垂直運(yùn)輸至輸水洞出口處，再用叉車水平倒運(yùn)進(jìn)輸水洞作業(yè)面處。

4.2.3 鋼板安裝、焊接

安裝順序?yàn)橄劝惭b兩側(cè)的鋼板、然后安裝頂部鋼板，連接倒角鋼板，最后從里向外倒退安裝底部鋼板。

利用叉車及腳手架、手拉葫蘆安裝調(diào)整鋼板，鋼板位置達(dá)到設(shè)計(jì)位置后，利用膨脹螺栓點(diǎn)焊定位。

用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)進(jìn)行鋼板焊接。焊接順序?yàn)橄瓤v縫，再立縫，最后焊接橫縫。

4.3 原材料檢測(cè)

輸水洞鋼板襯砌工程量為43.9 t，使用鋼板為鞍鋼出產(chǎn)的16 Mn鋼板。施工前對(duì)鋼板原材料進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，原材料質(zhì)量合格。

4.4 施工質(zhì)量檢測(cè)

輸水洞鋼板襯砌施工過程中，未出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

施工時(shí)監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)見證，對(duì)鋼板襯砌施工焊接焊縫按照位置進(jìn)行了超聲波無損檢測(cè)，結(jié)果顯示焊接質(zhì)量合格。

施工時(shí)監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)見證，對(duì)鋼板襯砌防腐處理進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果顯示焊接質(zhì)量基本合格。

施工過程中，黑龍江省水利工程質(zhì)量檢測(cè)中心站對(duì)鋼板焊接、鋼板防腐等施工質(zhì)量進(jìn)行了隨機(jī)抽檢，檢測(cè)結(jié)果合格。

4.5 施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

鋼板襯砌施工原材料合格，施工工藝合理，鋼板焊接與防腐處理基本滿足設(shè)計(jì)要求，施工中未出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

5 輸水洞加固工程安全評(píng)價(jià)意見和建議

1)對(duì)輸水洞存在的問題，設(shè)計(jì)采取洞壁混凝土補(bǔ)強(qiáng)、發(fā)電引水支洞鋼襯與灌漿、重做分縫止水、重建進(jìn)口工作閘門啟閉室等加固方案，是合適的。

2)洞身混凝土結(jié)構(gòu)分縫止水設(shè)計(jì)合理，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

3)補(bǔ)強(qiáng)混凝土采用C25W4F200，強(qiáng)度、抗?jié)B與抗凍設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，施工方法和工藝合理，強(qiáng)度、抗凍檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

4)發(fā)電引水支洞鋼襯回填灌漿和接觸灌漿施工工藝基本符合規(guī)范規(guī)定，施工質(zhì)量基本滿足設(shè)計(jì)要求，建議補(bǔ)充檢測(cè)資料。

5)輸水洞鋼襯設(shè)計(jì)基本滿足規(guī)范要求，原材料合格，施工工藝合理，檢測(cè)結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)要求。

［1］ 西泉眼水庫(kù)大壩安全鑒定評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.大壩安全管理中心，2005.

［2］ 西泉眼水庫(kù)應(yīng)急維修加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.黑龍江省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2007.