松樹(shù)水庫(kù)溢洪道加固方案分析

張 華

（遼寧省瓦房店市松樹(shù)水庫(kù)管理局，遼寧瓦房店116300）

松樹(shù)水庫(kù)溢洪道加固方案分析

張 華

（遼寧省瓦房店市松樹(shù)水庫(kù)管理局，遼寧瓦房店116300）

以遼寧省松樹(shù)水庫(kù)為研究對(duì)象，對(duì)其溢洪道裂隙發(fā)育現(xiàn)狀進(jìn)行了分析總結(jié)，并以此為基礎(chǔ)通過(guò)分析對(duì)如何進(jìn)行溢洪道裂隙的除險(xiǎn)加固展開(kāi)探究。

水庫(kù)；溢洪道；裂隙發(fā)育；除險(xiǎn)加固

1 工程概況

松樹(shù)水庫(kù)位于遼寧省大連市瓦房店市松樹(shù)鎮(zhèn)境內(nèi)的復(fù)州河上游段，水庫(kù)始建于1970年，控制流域面積302.4km2，設(shè)計(jì)灌溉面積1231hm2，壩址以上河道長(zhǎng)45km，是一座以城市供水及防洪為主的大（Ⅱ）型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐工程由攔河壩、溢洪道、輸水洞3部分組成。水庫(kù)溢洪道型式為寬頂堰，堰頂高程為104.34m，堰頂寬度為42m，最大泄量1652m3/s。水庫(kù)運(yùn)行至今五十多年來(lái)，先后經(jīng)受了多次大洪水考驗(yàn)，起到了很好的工程實(shí)效，但溢洪道溢流堰面表層混凝土在水流長(zhǎng)時(shí)間沖刷及季節(jié)變化導(dǎo)致的溫度改變等因素影響下，多處出現(xiàn)裂縫，堰面表層存在碳化與蜂窩麻面的現(xiàn)象，需及時(shí)對(duì)溢洪道進(jìn)行除險(xiǎn)加固，以免出現(xiàn)安全事故。

2 溢洪道溢流面裂隙分析

2.1 裂隙發(fā)育現(xiàn)狀

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，溢流面裂隙主要發(fā)育在溢洪道閘室段與泄槽段。其中閘室段主體為混凝土結(jié)構(gòu)，在溢流面上共發(fā)現(xiàn)具有威脅性的裂隙6條，同時(shí)溢流面還有沖蝕與破損的現(xiàn)象，止水老化、開(kāi)裂；泄槽段側(cè)墻結(jié)構(gòu)為漿砌石，用砂漿進(jìn)行抹面作業(yè)，至今雖未出現(xiàn)明顯的質(zhì)量問(wèn)題，但表面碳化現(xiàn)象嚴(yán)重，止水老化、開(kāi)裂。

2.2 裂隙成因

（1）依據(jù)《水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》與《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)施工規(guī)范，對(duì)于有抗沖耐磨特性的水工施工，混凝土強(qiáng)度的等級(jí)不可小于C25［1］。而松樹(shù)水庫(kù)原溢流道采所采用的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為R250即C20混凝土強(qiáng)度，明顯低于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法很好的滿足實(shí)際使用需求。

（2）溢流面混凝土表層厚度為100mm，在最初設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)置縫分塊，這使得溢流面在較大的四季溫差變化下，特別是冬季寒流的影響下底部基巖與砌體對(duì)其產(chǎn)生約束效果而出現(xiàn)裂隙。

（3）依據(jù)國(guó)家現(xiàn)有“水利工程溫度作用設(shè)計(jì)原則”，當(dāng)壩體底板遭受來(lái)自底部基巖的約束作用時(shí)，必須在其頂板面布設(shè)鋼筋網(wǎng)，各個(gè)方向的配筋率以0.1%為佳，每1m距離上配置的鋼筋數(shù)量不得超過(guò)5根，鋼筋直徑不得低于16mm［2］。而松樹(shù)水庫(kù)溢洪道溢流面表層鋼筋網(wǎng)配置規(guī)格為φ12@30cm，各方向配筋率不足0.05%，無(wú)法達(dá)到溫度裂隙擴(kuò)張所需求的鋼筋配置要求，為裂隙的出現(xiàn)提供了可能。

（4）根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，裂隙出現(xiàn)的位置多為施工縫所在，這說(shuō)明對(duì)施工縫處理的不恰當(dāng)是引起裂隙出現(xiàn)的主要原因之一。此外，最初混凝土施工時(shí)，為在其中摻入引氣劑而使得固結(jié)后混凝土層含氣量較低，抗凍性能不佳，亦是導(dǎo)致溢流面表土層出現(xiàn)問(wèn)題的原因之一。

綜上所述，溢流面裂隙出現(xiàn)的原因?yàn)橐缌髅婊炷翆蛹捌滗摻钆渲脧?qiáng)度不足；溢流面最初設(shè)計(jì)時(shí)為設(shè)置縫分塊；施工中施工縫處理不當(dāng)和初期施工工藝存在缺陷等，從而使得溢流面在溫度變化下受到溫度應(yīng)力的干擾而出現(xiàn)問(wèn)題，需對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效的除險(xiǎn)加固。

3 溢洪道堰面加固方案選擇

3.1 方案介紹

基于要求溢洪道加固后現(xiàn)有裂隙得到妥善修復(fù)且避免新裂隙出現(xiàn)的同時(shí)溢洪道自身強(qiáng)度與抗沖刷能力及抗凍性有所增強(qiáng)的前提，對(duì)松樹(shù)水庫(kù)溢洪道的加固提出2種方案。

方案1：對(duì)水流速度較低區(qū)域（溢洪道上部）的裂縫采取常規(guī)手段進(jìn)行加固，對(duì)水流速度較快（溢洪道直線段到鼻坎）的區(qū)域先去除30cm的原有混凝土層隨后對(duì)上部鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新布設(shè)［3］。

方案2：對(duì)水流速度較慢的區(qū)域采取與方案1相同的方法，對(duì)水流速度較快的區(qū)域則不去除原有混凝土層改用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）對(duì)裂隙進(jìn)行填充。充填時(shí)需注意應(yīng)先對(duì)表層的碳化部分進(jìn)行清除，待表面潔凈后方可進(jìn)行作業(yè)。

3.2 方案比較

施工方案的選擇必須在充分結(jié)合工程實(shí)際狀況的前提下，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、可行性等多方面因素，先對(duì)上述2個(gè)方案作出比較以選擇最優(yōu)方案。

方案1：采用常規(guī)治理方法，久經(jīng)實(shí)踐，技術(shù)上可行；采用該方案進(jìn)行治理，單位面積的治理費(fèi)用約為360元，整個(gè)工程需加固3400m2，費(fèi)用共計(jì)122.3萬(wàn)元。不足：對(duì)舊有混凝土面的清除作業(yè)較為繁瑣且重新澆筑混凝土后仍存在出現(xiàn)裂隙的可能。

方案2：采用新型裂縫加固處理技術(shù)，該技術(shù)操作較為簡(jiǎn)便且已經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，具有可行性；單位面積的治理費(fèi)用約為55元，整個(gè)工程需花費(fèi)187萬(wàn)元。不足：進(jìn)行有效施工需提前進(jìn)行一定的培訓(xùn)且該新型材料可能存在抗老化性能的問(wèn)題，需在后期實(shí)際中進(jìn)行檢驗(yàn)。

2種方案工程量的比較見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)2方案經(jīng)濟(jì)性、實(shí)際加固效果、施工便捷性等多方面的綜合對(duì)比，選定方案2作為最終施工方案。

4 溢洪道加固方案設(shè)計(jì)

4.1 堰面的加固設(shè)計(jì)

加固作業(yè)起始于堰面直線段，整個(gè)表面采用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）進(jìn)行刷涂，刷涂面積為3400m2。施工時(shí)需注意因裂縫中多存在水滲出的現(xiàn)象進(jìn)而會(huì)對(duì)柔性抗沖磨的高分子材料（CW）的刷涂造成干擾，需先對(duì)裂縫進(jìn)行封閉的防滲處理。具體施工為先沿裂縫發(fā)育方向開(kāi)槽，隨后在槽底充填堵漏材料和柔性防水材料并回填丙乳砂漿，最后用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）進(jìn)行刷涂。

表1 松樹(shù)水庫(kù)溢洪道加固方案比較

（1）開(kāi)槽。沿裂縫發(fā)育方向開(kāi)設(shè)燕尾槽，并用鋼絲對(duì)槽內(nèi)表面的雜物進(jìn)行清除。若槽內(nèi)存在滲水現(xiàn)象則在槽底再開(kāi)設(shè)2cm×2cm的方形槽一個(gè)，并在其內(nèi)充填堵漏材料，確保不再出現(xiàn)滲水后將燕尾槽吹干等待使用。

（2）止水材料填充。使用SR—2型止水材料，充填厚度為2cm，充填時(shí)必須確保燕尾槽內(nèi)干燥整潔，止水材料須一層一層刷涂，且必須為前一層自然干燥后才可刷涂下一層。

（3）充填丙乳砂漿。進(jìn)行充填時(shí)需先在槽底與兩側(cè)槽壁涂刷一層丙乳砂漿后方可進(jìn)行。

（4）表層防護(hù)。溢洪道堰面上部裂隙處于非水流沖刷區(qū)內(nèi)，只需在裂縫兩側(cè)50m范圍內(nèi)刷涂柔性抗沖磨的高分子材料（CW），其余處于水流沖刷區(qū)內(nèi)的裂縫，需對(duì)整個(gè)壩體表層涂抹防護(hù)材料。

4.2 溢洪道側(cè)墻及閘墩加固設(shè)計(jì)

（1）側(cè)墻加固設(shè)計(jì)。溢洪道側(cè)墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)，表層砂漿抹面，多年使用中碳化現(xiàn)象極為顯著，鑒于其處于水流較快的區(qū)域，采用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）進(jìn)行刷涂，圖層厚度為4mm，總涂抹面積為近1100m2。

（2）閘墩加固設(shè)計(jì)。閘墩混凝土的碳化情況見(jiàn)表2。

表2 混凝土閘墩碳化情況調(diào)差

此次對(duì)閘墩表層混凝土碳化的加固處理采用丙乳砂漿進(jìn)行［4］。相較于傳統(tǒng)加固方法，丙乳砂漿的防滲、防腐等性能更加優(yōu)越，且抗拉強(qiáng)度相比于普通的水泥砂漿提升一倍，粘結(jié)性則提升了2倍以上，而且丙乳砂漿無(wú)毒、生產(chǎn)成本低廉、施工工藝簡(jiǎn)單，提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)對(duì)于施工安全性亦有顯著提升。

具體施工時(shí)應(yīng)對(duì)碳化的混凝土表層進(jìn)行打毛處理，待表層清降整潔后方可刷涂丙乳砂漿，涂層厚度以4～6mm為佳，總刷涂面積為3300m2［5］。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化比較后獲得的溢洪道裂隙治理方案，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)有效消除了堰面中存在裂縫，并在一定程度上增強(qiáng)了溢洪道的強(qiáng)度與抗寒性能，在消除原有安全隱患的同時(shí)，很好地保證了溢洪道原有功能的正常發(fā)揮。自除險(xiǎn)加固作業(yè)完成至今，水庫(kù)運(yùn)行狀況一直良好，未出現(xiàn)任何異常問(wèn)題。

［1］崔華存.小型病險(xiǎn)水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方案［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（03）：62-64.

［2］肖源鴻，徐炯鵬，陳孝軍.于橋水庫(kù)溢洪道閘墩裂縫處理工藝［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010（02）：81-82.

［3］李雪梅.芻議溢洪道加固的施工方法［J］.黑龍江水利科技，2014（04）：108-109.

［4］蔣方好.石門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程實(shí)錄［J］.土工基礎(chǔ)，2014（05）：20-23.

［5］李高民.小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固新增溢洪道設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2011（01）：83-86.

圖4 最大損傷點(diǎn)位置分布

圖4 為有限元軟件得到的重力壩損傷點(diǎn)分布情況，應(yīng)力分布圖中灰度越深，損傷程度越大。因此黑色部分是壩體最易受損部位，此處對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)為67。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：應(yīng)該對(duì)67號(hào)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固處理，以提高重力壩的疲勞壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

由于混凝土大壩結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，單憑人為觀測(cè)很難獲得其最大疲勞點(diǎn)的分布情況，目前一般采取動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)的方法獲得其損傷分布。本文綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，首先對(duì)混凝土疲勞分析過(guò)程進(jìn)行研究，闡述了疲勞破壞與靜載破壞的區(qū)別。隨后重點(diǎn)分析了線性疲勞累積損傷和非線性疲勞累積損傷的機(jī)理。并依據(jù)混凝土壽命模型對(duì)大壩進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：應(yīng)該對(duì)67號(hào)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固處理，以提高重力壩的疲勞壽命。

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TV651.1

B

1672-2469（2015）12-0096-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.033

張 華（1969年—），女，工程師。