鹽鍋峽水電站非常溢洪道底板修補(bǔ)技術(shù)

李生成，趙吉明，趙暉

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司隴電分公司，甘肅永靖，731601）

1 工程概況

鹽鍋峽水電站是黃河干流上最早建成的一座大型水力發(fā)電站，位于甘肅省永靖縣境內(nèi)，距下游蘭州市約70 km。攔河壩為混凝土重力壩，全長321.00 m，壩頂高程1624.20 m，壩頂寬度15.90 m，最大壩高57.20 m。溢流壩布置在大壩右岸，其中溢Ⅰ～溢Ⅴ壩段采用底流消能，壩下設(shè)兩級消力池；溢Ⅵ壩段為與岸坡地形相適應(yīng)，減少開挖，采用陡槽型式，為非常溢洪道，采用挑流消能。泄洪孔凈寬12.00 m，堰頂高程為1609.00 m。溢Ⅵ壩段壩后護(hù)坦高程為1593.00 m，全長99.3 m，末端以鼻坎型式將水舌挑射至下游河道消能，左右兩側(cè)為混凝土邊墻。

非常溢洪道自投運(yùn)以來，使用次數(shù)較少，但底板混凝土破損比較嚴(yán)重，于1991年進(jìn)行了全面大修。處理方法是：對溢流壩面及陡槽邊墻，采用素噴漿處理，噴層厚3～5 cm；對陡槽底板，采用干硬性砂漿處理，水泥標(biāo)號(hào)為525號(hào)普通硅酸鹽水泥，厚度約5 cm。大修后運(yùn)行了20多年，2012年黃河上游發(fā)生20多年來最大的洪水，鹽鍋峽水電站開閘泄洪歷時(shí)54 d，汛后對非常溢洪道進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)底板局部破壞嚴(yán)重，有大小沖坑6處，總面積達(dá)320 m2，平均深度0.11 m；溢流面麻面總面積32 m2。2013年汛前對其進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)處理。

2 底板混凝土損壞原因分析

2.1 溫度影響

根據(jù)鹽鍋峽水電站設(shè)計(jì)資料，壩址區(qū)年平均氣溫10.3℃，最高氣溫曾達(dá)43.0℃，最低氣溫-20.3℃。由于混凝土的“熱脹冷縮”，非常溢洪道底板混凝土的體積也會(huì)隨著增大或縮小。當(dāng)混凝土體積的變化受到左右兩岸墻體及相鄰混凝土塊的約束時(shí)，混凝土內(nèi)便產(chǎn)生了溫度應(yīng)力。這種溫度應(yīng)力使非常溢洪道底板表面產(chǎn)生大小不等的溫度裂縫。

2.2 凍融破壞

鹽鍋峽壩址區(qū)屬大陸性氣候，受蒙古高原氣壓控制，寒冷時(shí)段較長，從當(dāng)年11月中開始，積水逐漸結(jié)冰，一直到次年3月底才能全部消融。由于非常溢洪道閘門關(guān)閉不嚴(yán)，有少量漏水，一到冬季便在溢洪道內(nèi)結(jié)成冰。滲水進(jìn)入非常溢洪道底板的裂縫內(nèi)，冬季結(jié)冰使裂縫進(jìn)一步增大。經(jīng)多年反復(fù)的凍脹作用，非常溢洪道底板表面的裂縫不斷增大，使混凝土表面產(chǎn)生破裂，強(qiáng)度也進(jìn)一步降低。

2.3 水流沖刷

鹽鍋峽水電站非常溢洪道的運(yùn)行方式是：當(dāng)溢Ⅰ～溢Ⅴ泄洪閘門全開仍不能滿足泄洪要求時(shí)，才使用非常溢洪道泄洪，但每年汛前或閘門前泥沙淤積超過1 m時(shí)，就需要提門排沙。根據(jù)鹽鍋峽水電站設(shè)計(jì)資料，平均含沙量為2.94 kg/m3，實(shí)測最大含沙量為360 kg/m3，最大流速為27.7 m/s。高速含沙水流對混凝土破損部位形成了直接沖刷。多次反復(fù)沖刷使混凝土損壞的面積和深度越來越大，由此形成了非常溢洪道底板的局部損壞和沖坑。

3 施工方案選擇

在制定補(bǔ)強(qiáng)施工方案的過程中，提出了兩種施工方案，并進(jìn)行了比較選擇：

方案一：采取和上次施工相同的方案進(jìn)行修補(bǔ)。即先清理沖坑、鼓脹脫空部位，再采用水泥標(biāo)號(hào)為525號(hào)的普通硅酸鹽水泥干硬性砂漿進(jìn)行回填。

方案二：采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。即先清理沖坑、鼓脹脫空部位，用混凝土復(fù)合界面劑涂刮，再用C25混凝土回填、環(huán)氧砂漿抹面及環(huán)氧涂料涂刮。

考慮到環(huán)氧砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗沖等指標(biāo)都要強(qiáng)于普通混凝土，基本符合非常溢洪道在汛前或閘門前泥沙沖淤時(shí)，底板要承受高速含沙水流沖刷的要求，決定采用方案二。但是，無論采用哪種施工方案，如何處理好新舊混凝土之間的粘結(jié)、減少和避免新舊混凝土邊界之間的縫隙，都是本次施工的重點(diǎn)。而要解決上述問題，就需要控制好各個(gè)施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量。

4 關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制

4.1 施工放線

混凝土沖坑部位開挖前，先繪制開挖輪廓線，要求輪廓線構(gòu)成凸多邊形，相鄰兩線夾角大于90°，平面薄層修補(bǔ)邊緣成齒槽型，立面修補(bǔ)成楔形。

4.2 沖坑、鼓脹脫空部位清理

（1）將混凝土表面損壞、沖蝕破壞部位用電動(dòng)切割機(jī)沿開挖輪廓線切成規(guī)矩施工面。

（2）鼓脹脫空部位、沖坑深度大于3 cm不足11 cm的部位挖至11 cm后用電鎬進(jìn)行鑿毛，用高壓風(fēng)、水清洗，基面干凈、無油污和其他有害雜質(zhì)。

（3）將混凝土沖坑深度大于11 cm的部位用電鎬進(jìn)行鑿毛，用高壓風(fēng)、水清洗，基面干凈、無油污和其他有害雜質(zhì)。

4.3 混凝土復(fù)合界面劑涂刮

（1）先將混凝土基面的浮塵和雜物用高壓水沖洗干凈，保證混凝土表面濕潤且無積水。

（2）在老混凝土表面均勻涂刮一層HK-903混凝土復(fù)合界面劑，漿料厚度不小于1 mm，在漿料初凝前澆筑新混凝土，間隔時(shí)間不得超過60 min。

4.4 混凝土澆筑

（1）沖坑部位用C25混凝土回填，回填高度控制到低于原底板不超過2 cm為宜，剩余部分用環(huán)氧砂漿回填。施工接縫做成45°斜面，邊緣不得形成深度小于3 cm的邊口。

（2）在進(jìn)行混凝土拌和時(shí)，每拌一次根據(jù)配合比要求準(zhǔn)確稱量各種材料的用量，然后進(jìn)行機(jī)械拌和。對拌和的混凝土，按規(guī)范要求抽樣進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)測定。對于較淺混凝土的澆筑，人工鋪平，用平板振搗器振搗密實(shí)，再用抹子壓平周邊處。周邊處理應(yīng)特別注意拍實(shí)，以保證砂漿密實(shí)、光滑、平整。

（3）澆筑完的混凝土經(jīng)振搗收抹后停1～3 h，立即加蓋一層塑料薄膜，經(jīng)36～48 h后，除去塑料薄膜，加蓋土工膜，按水工混凝土養(yǎng)護(hù)規(guī)程及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)至28 d后再進(jìn)行環(huán)氧砂漿施工。

4.5 環(huán)氧砂漿抹面及環(huán)氧涂料涂刮

（1）修補(bǔ)前要對施工面進(jìn)行鑿毛，并將松動(dòng)的混凝土面拆除，然后用清水沖洗干凈，若有水銹，可用鋼絲刷去除，表面用噴燈烘干。

（2）按材料使用說明要求，在拌和HK-UW-3樹酯時(shí)，按A∶B=4∶1（重量比）的比例將B組分倒入A組分中攪拌兩分鐘，使其均勻。

（3）環(huán)氧砂漿填補(bǔ)前，在修補(bǔ)基面先涂刷一層配好的環(huán)氧基液，基液要薄，潤濕即可。用手觸摸不粘手并能拔絲時(shí)（約30 min）再填補(bǔ)環(huán)氧砂漿。

（4）將混合好的樹脂組分倒入骨料中攪拌均勻，動(dòng)作要迅速。將拌和好的環(huán)氧砂漿迅速置于要處理的部位，振搗、壓實(shí)、表面抹平。

（5）若破壞部位較深，應(yīng)分層覆蓋環(huán)氧砂漿，每層以5～8 mm為宜，每層必須反復(fù)抹壓，總厚度不超過3 cm為宜。

（6）環(huán)氧砂漿修補(bǔ)完成后，養(yǎng)護(hù)溫度控制在（20±5）℃，養(yǎng)護(hù)期5～7 d。修補(bǔ)部位在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)不應(yīng)有水浸泡或其他沖擊。

（7）在修補(bǔ)滿足質(zhì)量和體型要求的基礎(chǔ)上，首先對修補(bǔ)區(qū)環(huán)氧砂漿與老混凝土接觸面10 cm范圍內(nèi)進(jìn)行打磨，高壓風(fēng)、水清洗，待表面干燥后涂刷環(huán)氧基液1道，然后再涂刷HK961增厚環(huán)氧涂料1道，涂層總厚度不小于1 mm。

4.6 現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：混凝土試塊做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；對新老混凝土接觸面現(xiàn)場做拉拔試驗(yàn)，要求：①新、舊混凝土粘結(jié)強(qiáng)度必須達(dá)2.5 MPa以上；②拉拔時(shí)，若芯樣從老混凝土斷開，粘結(jié)力無論多少均視為合格；③試驗(yàn)取其中有效的三組作為試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)方法：混凝土拌和后現(xiàn)場取試塊，達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間后送試驗(yàn)室做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。對新、舊混凝土粘結(jié)強(qiáng)度做拉拔實(shí)驗(yàn)，混凝土澆筑前預(yù)埋?12 mm螺栓六組，后澆筑混凝土。用空心鉆機(jī)鉆孔?100 mm，深度透過原混凝土10～100 mm做拉拔實(shí)驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果：混凝土試塊抗壓強(qiáng)度結(jié)果為31.2 MPa、31.1 MPa、31.5 MPa，滿足方案要求；在不同施工面連續(xù)做了三個(gè)新、舊混凝土粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果均達(dá)到2.5 MPa及以上，且斷裂面均在老混凝土面上，滿足方案要求。試驗(yàn)中拉斷巖芯情況見圖1。

5 結(jié)語

圖1 拉拔芯樣Fig.1 Pulling and stripping of the core sample

在這次混凝土破損部位補(bǔ)強(qiáng)施工過程中，嚴(yán)格控制了各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，取得了良好的效果。在2014年的汛前檢查中，非常溢洪道底板未發(fā)現(xiàn)混凝土破損和裂縫等缺陷，補(bǔ)強(qiáng)工程經(jīng)受住了2013年汛期提門沖沙的考驗(yàn)。

本次鹽鍋峽水電站非常溢洪道混凝土破損修補(bǔ)技術(shù)的成功實(shí)踐，為在高寒地區(qū)和高速含沙水流對混凝土直接沖刷的運(yùn)行條件下，破損混凝土的局部補(bǔ)強(qiáng)提供了有益的經(jīng)驗(yàn)?！?/p>

[1]趙吉明.鹽鍋峽水電站大壩安全監(jiān)測資料分析[J].大壩與安全,2009(6):32-36,45.

[2]西北勘測設(shè)計(jì)院.鹽鍋峽水電站技施設(shè)計(jì)[R].

[3]DL/T 5144-2001,水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2002.