水東電站泄洪消能設(shè)施補強加固處理技術(shù)

張仁凌，楊 頻，柯 榕

（福建水口發(fā)電集團有限公司尤溪流域分公司，福建 尤溪，365100）

1 工程概況

水東水電站位于福建省尤溪縣閩江支流尤溪河上，由攔河壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和開關(guān)站等主要建筑物組成。工程規(guī)模為二等大（2）型工程，大壩、泄水建筑物等主要建筑物為2級建筑物，相應(yīng)的設(shè)計、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為重現(xiàn)期100年（設(shè)計洪水流量和相應(yīng)下泄流量均為6 010 m3/s）和重現(xiàn)期1 000年（校核洪水流量8 630 m3/s，相應(yīng)下泄流量為8 323m3/s）。攔河壩為整體式碾壓混凝土重力壩，最大壩高為63 m，壩頂長196.62 m。泄洪設(shè)施為布置在河床中央的溢流壩，溢流前沿凈寬60 m，共4孔，每孔凈寬15 m，溢流堰采用WES型堰。泄洪消能方式采用寬尾墩、階梯式溢流面、戽池聯(lián)合消能工。

大壩自1993年投入運行以來，共調(diào)節(jié)了43場洪峰流量大于1 000 m3/s的洪水，特別是1994年宣泄重現(xiàn)期近百年的洪水（下泄流量為5 397 m3/s）。在泄洪高速水流沖擊作用下，溢流面丙乳砂漿勾縫及階梯頂部斜坡倒角處出現(xiàn)局部破壞，消力戽噴錨混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部沖毀，有可能危及大壩安全。為確保大壩的長期安全運行，有必要對這些缺陷進行補強加固。大壩泄洪消能設(shè)施補強加固平面圖見圖1。

2 消力戽補強加固

2.1 補強加固方案

針對水東大壩消力戽出現(xiàn)的局部沖刷缺陷，大壩原設(shè)計單位福建省水利水電勘測設(shè)計研究院對消力戽補強加固提出了3個方案。方案1：修建下游圍堰形成干地，澆筑C25混凝土方案；方案2：水下澆筑C25混凝土整體處理方案；方案3：水下澆筑C25混凝土局部處理方案。通過技術(shù)經(jīng)濟比較，認為干地施工方案具有可實施性好、施工質(zhì)量易于控制、工程投資較省等優(yōu)點，因此最終確定采用方案1。

由于方案1需要在大壩下游修建圍堰并抽干基坑積水，從而導(dǎo)致大壩運行條件改變，上下游水位差增大。在補強加固方案選擇時，根據(jù)DL 5108-1999《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》及DL 5077-1997《水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范》，對水東大壩下游抽干施工期的壩體典型碾壓層面和壩基面抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力進行了復(fù)核計算。

圖1 水東大壩泄洪消能設(shè)施補強加固平面圖Fig.1 Plane of reinforcement of discharge facilities in Shuidong dam

計算結(jié)果表明：大壩下游修建圍堰抽干施工期間，壩體碾壓混凝土層面抗滑穩(wěn)定和壩基面抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，僅在壩基面上游面處出現(xiàn)很小的垂直拉應(yīng)力。為保證大壩安全運行，補強加固施工期間水庫水位控制不超過138.50 m。

2.2 下游圍堰填筑

根據(jù)本工程特點及現(xiàn)場施工條件，圍堰采用土石圍堰。水東電站4臺機組滿發(fā)時的下游水位為105.10 m，考慮風(fēng)浪爬高和安全超高后，確定圍堰的堰頂高程為106.00 m，并在迎水面填筑高50 cm、寬450～500 cm的土石防浪墻。填筑前通過水庫調(diào)度停機3～5 d，將下游水位控制在103.00 m左右，先用自卸汽車從右岸進占拋填塊石，拋填高程為104.0 m，拋填寬度為6.0 m。拋填塊石后，在下游迎水面填筑砂礫石填補塊石縫隙，然后進行土工布鋪墊，并在其外部覆蓋6.0 m的粘土斜墻形成防滲層，最后在迎水面堰腳拋填厚100～150 cm的塊石護面，以確保堰體穩(wěn)固。在圍堰背水面填筑砂礫石和粘土混合體，形成二道防滲層，以加強抗?jié)B能力。

在圍堰104.0～106.0 m高程上，采用分層上料填筑，每層厚度不超過50 cm，填筑順序為先粘性黃土，后兩側(cè)砂礫石，并用機械碾壓密實?？紤]到堰頂?shù)慕煌ㄐ枰?，最終填筑的圍堰頂寬為18 m，堰體迎水坡比為1∶3，背水坡比為1∶1.5。圍堰斷面示意圖見圖2。

圖2 圍堰斷面示意圖Fig.2 Sketch of cofferdam section

2.3 基坑排水及清淤

圍堰填筑并進行機械碾壓夯實后進行基坑排水，按照基坑水量約10萬m3計算，配備8臺100QW100-25-11型排污泵排水，基坑排水采取緩慢降低水位，在排水過程中加強對堰體變形監(jiān)測和巡視檢查，以確保圍堰安全。

為加強新舊混凝土面及與底板基礎(chǔ)面的粘結(jié)，需對消力戽底板基巖進行清理。清理時用高壓水槍結(jié)合人工將消力戽底板基巖面的淤積物、松動塊清理干凈，并采用切割機、沖擊鉆、煤氣噴槍等設(shè)備，對原始河床的光滑面進行人工鑿毛處理。

2.4 消力戽底板混凝土澆筑

底板混凝土的設(shè)計強度為C25，底板頂面高程為90.60 m。施工期間，根據(jù)結(jié)構(gòu)及施工分倉需要，將底板分為10塊進行施工澆筑。上下方向在壩下0+062.700 m、左右岸方向沿壩0+079.500 m、壩0+097.500 m、壩0+115.500 m、壩0+133.500 m分別設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫兼作施工縫。底板混凝土澆筑順序按照1→6→7→5→10→3→8→2→4→9區(qū)塊進行，先淺后深、先兩邊后中間的順序進行，4、9號底板混凝土層較厚，進行分層、分倉澆筑，以確保混凝土施工整體質(zhì)量。

圖3 消力戽底板分塊澆筑示意圖Fig.3 Sketch of block pouring for bucket floor

2.5 消力戽左右岸擋墻混凝土澆筑

消力戽左右岸擋墻基礎(chǔ)清除至完整堅硬巖石面，然后澆筑左右岸擋墻C25混凝土。根據(jù)擋墻結(jié)構(gòu)及施工分倉需要，在壩下0+062.700 m設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫。擋墻面層雙向布置分布鋼筋?20@200 mm×?16@200 mm，并設(shè)置D75PVC排水管，間排距2 m。由于兩岸擋墻較高，采用分層施工。擋墻底部鋼筋深入消力戽底板，并與底板鋼筋綁扎成一體。為確保與尾坎混凝土連接成整體，通過打錨桿方式對尾坎接觸面進行鉆孔植筋。左岸擋墻外側(cè)平均坡度1∶0.19～1∶0.5，右岸擋墻外側(cè)平均坡度1∶0.13～1∶0.5。

3 溢流面補強加固

3.1 補強加固方案

對溢流面破損、預(yù)制塊勾縫脫落缺陷，大壩原設(shè)計單位提出了2個修補方案。方案1：采用UW-3環(huán)氧砂漿結(jié)合HK-961環(huán)氧增厚涂料修復(fù)；方案2：采用環(huán)氧混凝土結(jié)合C60環(huán)氧砂漿修復(fù)。通過技術(shù)經(jīng)濟比較，最終確定采用方案1。

施工前，對溢流面破損情況進行詳細調(diào)查復(fù)核，根據(jù)現(xiàn)場破損情況，確定選用HK-963-J水下環(huán)氧灌漿料、HK-彈性環(huán)氧砂漿、HK-966彈性抗沖磨涂料、HK983環(huán)氧錨固劑及HK-G-2低粘度環(huán)氧材料進行溢流面修復(fù)工作。

3.2 溢流面常態(tài)混凝土缺陷處理

施工工藝：基面處理→噴涂底膠→填筑彈性環(huán)氧砂漿→壓平處理。

首先用切割機將修補邊界切割規(guī)整，再用風(fēng)鎬或手釬將混凝土基面松動部分鑿除（對于深度不足0.5 cm的區(qū)域鑿至0.5 cm），清除混凝土基面的薄弱層、松散顆粒，用高壓水反復(fù)沖洗后用煤氣烤槍烘干；待干燥后在基面上噴涂一道環(huán)氧樹脂底膠，表干后填筑彈性環(huán)氧砂漿。對于深度≥5 cm混凝土蜂窩，則先拌制環(huán)氧樹脂細石混凝土分層填入坑槽，每層不超過5 cm厚，必要時表面設(shè)置模板。修補邊緣用角向磨光機打磨深5 mm的連接槽，用彈性環(huán)氧砂漿將周邊和表面修補密實平順。

3.3 預(yù)制塊勾縫脫落處理

施工工藝：基面處理→填筑彈性環(huán)氧砂漿（填充灌漿）→彈性抗沖磨材料抹面保護。

鑿除縫口破損勾縫丙乳砂漿材料5～6 cm深，清除預(yù)制塊底部的碎屑、雜物，再用高壓水反復(fù)沖洗基面后用煤氣烤槍烘干；對于深度≥30 cm縫，埋設(shè)灌漿鋼管，對接縫松散區(qū)和空腔采用HK-963-J水下環(huán)氧灌漿料進行填充灌漿，固結(jié)24 h后，割除灌漿管，用HK-彈性環(huán)氧砂漿填平缺孔；對于深度＜30 cm縫，則拌制環(huán)氧樹脂細石混凝土，分層填入勾縫內(nèi)，每層不超過5 cm厚直至修填平整；縫面采用HK-966彈性環(huán)氧抗沖磨材料抹面，抹面施工不少于三道，且兩側(cè)壓邊不小于5 cm。

3.4 階梯溢流面預(yù)制塊邊角局部破損處理

施工工藝：破損面清理→鉆孔→錨固鋼筋→固定模板→澆筑環(huán)氧混凝土→表面及周邊平順→養(yǎng)護。

圖4 階梯溢流面預(yù)制塊邊角破損處理示意圖Fig.4 Sketch of damage repairment for precast block corner of stepped ovesflow surface

先用液壓打磨刷和高壓水槍對混凝土表面進行清洗，再用切割機將修補邊界切割規(guī)整，對于深度不足5 cm的區(qū)域鑿至5 cm。按20 cm間距布設(shè)?20的錨筋孔，孔深0.1 m，用高壓水槍對錨筋孔沖洗、用煤氣烤槍烘干后，用983錨固劑錨固錨筋；制作角鋼狀的模板用鋼架固定于相應(yīng)的破損部位；拌制環(huán)氧樹脂細石混凝土分層填入坑槽，每層不超過5 cm厚直至修填平整；拆模后打磨平整，用彈性環(huán)氧砂漿將周邊和表面修補密實平順。施工面養(yǎng)護期為12 h，養(yǎng)護期間的環(huán)氧混凝土應(yīng)避免硬物撞擊、刮擦及水浸等。

4 補強加固過程中大壩安全監(jiān)測情況

為及時了解施工期間大壩運行狀況，掌握大壩在特殊運行工況下的變化規(guī)律，在施工前1個月至施工后3個月，即2013年8月～2014年6月期間，加強大壩安全監(jiān)測和現(xiàn)場檢查。

監(jiān)測結(jié)果見圖5?，F(xiàn)場檢查和監(jiān)測結(jié)果表明，補強加固期間，大壩變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等未發(fā)現(xiàn)有明顯異常變化。

圖5 大壩安全監(jiān)測測值過程線Fig.5 Measured values of dam safety monitoring

5 結(jié)語

通過本次水東大壩泄洪消能設(shè)施補強加固處理，溢流面預(yù)制塊間及預(yù)制塊與碾壓混凝土間的聯(lián)結(jié)作用得到增強，大壩消力戽底部及壩趾防護結(jié)構(gòu)得到加強，大壩泄洪消能設(shè)施整體抗沖刷性能得到進一步提高。

本次消力戽補強加固采用構(gòu)筑下游圍堰、創(chuàng)造干地施工條件的方法，溢流面補強加固采用彈性環(huán)氧砂漿進行整體修復(fù)的方法。結(jié)果表明該方法具有實施性好、施工質(zhì)量易于控制等優(yōu)點，為類似工程的補強加固積累了經(jīng)驗，具有良好的工程借鑒意義。

[1]李繼業(yè),邱春華,程亮.水庫除險加固工程設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013.

[2]嚴祖文,彭雪輝,張延億.病險水庫除險加固風(fēng)險決策[M].北京:中國水利水電出版社,2011.