安康水電站表孔消力池底板修復(fù)處理研究

王 玨，楊 柳

（國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

安康水電站表孔消力池底板修復(fù)處理研究

王 玨，楊 柳

（國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

安康水電站表孔消力池自運行以來多次出現(xiàn)破損情況，曾先后于1996、2000、2002、2004年和2007年進(jìn)行過5次修復(fù)加固處理，用到了多種工藝和材料，但以上修復(fù)過程并沒有從根本上解決問題。本文對安康水電站消力池的歷次修復(fù)工程進(jìn)行了簡要概述，并對表孔消力池底板現(xiàn)狀進(jìn)行了分析與安全評價，提出了表孔消力池底板修復(fù)的可行設(shè)計方案。

表面抗沖層；消力池；底板；修復(fù)處理

1 工程概況

1.1 安康水電站概況

安康水電站位于陜西省安康市漢濱區(qū)漢江上游，距離安康市城西18km，下游距已建丹江口水電站約260km，上游距已建的喜河水電站約145km。安康水電站是一座以發(fā)電為主，兼有航運、防洪、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益的大型水電樞紐工程。安康水電站于1978年正式開工，1990年12月第一臺機(jī)組發(fā)電，1992年12月全部機(jī)組投產(chǎn)。其樞紐工程由攔河壩、泄洪設(shè)施、壩后式廠房和通航設(shè)施等建筑物組成。大壩為折線形整體混凝土重力壩，壩頂高程338m，最大壩高128m，壩頂長541.5m，平面上分為5段直線共27個壩段。泄洪建筑物包括5個表孔，5個中孔和4個底孔。電站裝有4臺單機(jī)容量為20萬kW的機(jī)組，總裝機(jī)容量為80萬kW，正常蓄水位以下庫容為25.8億m3，正常蓄水位330m，年發(fā)電量28.57億kWh[1]。

1.2 表孔消力池概況

安康水電站表孔1991年汛期開始泄洪過水，正常高水位單孔泄量2113m3/s，消力池長108m，寬91m，縱橫縫將池底板分成36塊，池底板高程229m，尾坎高程243m，池深14m。消力池底板厚均大于7m，最厚處達(dá)到20m，底板表面為1m厚R28300抗沖混凝土，其內(nèi)設(shè)一層抗沖防裂鋼筋網(wǎng)，以下為R28150基礎(chǔ)混凝土，深度大于7m坑槽部位回填R28100混凝土。各塊縱橫縫在面層抗沖混凝土內(nèi)設(shè)銅止水和塑料止水各一道，基礎(chǔ)混凝土縱橫縫內(nèi)設(shè)鍵槽相嵌連接。消力池底板下設(shè)有抽排系統(tǒng)，縱橫排水廊道，橫向廊道騎縫布置，縱向廊道在縫下3.75m處，廊道內(nèi)設(shè)有基礎(chǔ)排水孔，用以降低消力池底板的揚壓力。廊道集水匯入集水井，抽排至尾水渠[2，3]。安康水電站表孔消力池主要負(fù)擔(dān)著5個表孔的消能任務(wù)，而5個表孔承擔(dān)著總流量約52%～62%的下泄任務(wù)[1]。安康水電站表孔消力池平面布置圖如圖1所示。

圖1 表孔消力池平面布置圖

2 表孔消力池底板的缺陷形式及歷次修復(fù)處理工程回顧

2.1 表孔消力池底板的缺陷形式

在高速水流的作用下，表孔消力池底板曾多次出現(xiàn)破壞，致使消力池底板漏水嚴(yán)重。為確保大壩安全運行，表孔消力池分別于1996、2000、2002、2004年和2007年進(jìn)行了5次抽水檢查處理，主要缺陷形式歸納如下[4]：

（1）消力池表面抗沖層（1m厚）和基礎(chǔ)混凝土局部脫開。消力池底板抬高50～70mm，最大抬高100～130mm，消力池底板有不同程度變形。

（2）磨蝕和沖坑。池底板表面磨蝕嚴(yán)重，混凝土的粗骨料局部露出。

（3）消力池底板出現(xiàn)多條裂縫，最長76余米，縫寬1～5mm。

（4）池底板結(jié)構(gòu)縫都有不同程度的張開，其中最嚴(yán)重的是12號與13號壩段之間的結(jié)構(gòu)縫，縫寬達(dá)20mm左右，兩側(cè)錯臺高差達(dá)50mm，縫內(nèi)局部止水破壞，底板廊道內(nèi)漏水。

2.2 表孔消力池底板歷次修復(fù)處理回顧

1996年和2000年兩次修復(fù)處理主要解決消力池底板抗沖層與基礎(chǔ)混凝土脫空及上抬問題；2000、2004年和2007年的修復(fù)處理主要解決伸縮縫止水破壞、混凝土表面裂縫、表面抗磨材料試驗、環(huán)氧脫落修復(fù)等問題[1-5]。

2.2.1 1996年表孔消力池底板修復(fù)處理

消力池底板全范圍布置錨筋，錨筋采用φ28鋼筋，間、排距皆為1.5m，錨筋孔向上游傾斜，傾角75度，孔深2.5m。錨筋孔用膨脹錨固劑錨固，全池共打錨筋3952根，錨筋孔表面采用環(huán)氧砂漿封堵；對消力池底板所有橫縫及池2下游縱縫進(jìn)行接縫灌漿，灌漿壓力控制在0.2MPa以下；對消力池抗沖層與基礎(chǔ)混凝土接觸面裂縫進(jìn)行回填灌漿；表面裂縫采用表面鑿槽，環(huán)氧砂漿回填。

2.2.2 2000年表孔消力池底板修復(fù)處理

2000年抽水后檢查發(fā)現(xiàn)12壩段池2、池3與13壩段池1、池2、池3約有50%的原加固錨筋及11壩段池3、12壩段與13壩段的池4，部分原加固錨筋出現(xiàn)突出混凝土表面20～30mm或未伸出混凝土面，破壞的錨筋總計約有800根。通過鉆孔取芯分析，判斷消力池池3以上分塊在動水及脈動壓力作用下已被抬動脫開，底板抬動問題仍未解決。

此次修復(fù)處理工程在11壩段池2～池4，12和13壩段的池1～池4，15壩段的池2～池4采用J5L40型φ32精扎螺紋鋼筋預(yù)應(yīng)力螺桿錨固，錨筋設(shè)計噸位為30t，張拉鎖定噸位為20t。錨筋長4.2m，內(nèi)錨固段長度2.5m，錨固段漿體材料強度≥C40，自由段漿體材料強度≥C30。總加固面積約4800m2，共布置錨筋1550根；對預(yù)應(yīng)力錨筋加固區(qū)域進(jìn)行池底板面層混凝土與基礎(chǔ)混凝土之間的水平層間縫進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿孔深1.5m，灌漿壓力≤0.2MPa，回填灌漿在錨筋張拉后進(jìn)行。灌漿順序從下游向上游，從中間向兩側(cè)灌漿；進(jìn)行了縱、橫伸縮縫處理及表面裂縫處理。

2.2.3 2002、2004年表孔消力池底板修復(fù)處理

2002年檢查時未發(fā)現(xiàn)底板有抬動情況，所以只做了伸縮縫、裂縫及局部沖坑的處理。但是此次修復(fù)處理工程過多地考慮了止水問題，而忽略了受力問題，所以2002年修補的伸縮縫全部遭到破壞。2004年的修復(fù)處理工程重點關(guān)注于伸縮縫和裂縫的處理，對原已處理過而又重新遭到破壞的裂縫，將V形槽進(jìn)行清理，并回填環(huán)氧砂漿；對新發(fā)生的裂縫，采用無創(chuàng)傷性處理，即采用環(huán)氧膠泥沿縫薄層涂抹。

2.2.4 2007年表孔消力池底板修復(fù)處理

2007年的修復(fù)處理工程著重對出露錨筋孔進(jìn)行封閉處理。對13池3整個板塊表面進(jìn)行了環(huán)氧砂漿修補；在13池5板塊選擇了100m2進(jìn)行了聚脈噴涂抗沖磨試驗。

3 表孔消力池底板損壞原因及現(xiàn)狀分析

3.1 表孔消力池底板損壞原因分析

根據(jù)歷次檢查情況分析其破壞原因主要有以下幾點：

（1）消力池底板抗沖層混凝土與基礎(chǔ)混凝土之間施工上存在缺陷，兩層之間澆筑時間間隔過大，層間結(jié)合不好。

（2）由于消力池內(nèi)存在大量的施工堆渣1300m2和大量鋼筋（約20t），致使高速水流夾渣造成底板表面磨蝕嚴(yán)重。

（3）由于縱橫結(jié)構(gòu)縫縫面原抹環(huán)氧脫落，原埋水平止水局部破壞，池底板上的動水壓力、脈動壓力傳入縫內(nèi)作用于底板，致使底板上抬。動水壓力和脈動壓力是導(dǎo)致消力池底板振動、上抬、裂縫的主要原因。

3.2 表孔消力池底板現(xiàn)狀分析

通過對表孔消力池底板的抽水檢查，結(jié)合歷次修復(fù)加固處理情況和對原設(shè)計試驗及原型觀測成果的分析以及抗浮穩(wěn)定與底板廊道排水能力復(fù)核，對安康表孔消力池底板現(xiàn)狀安全做如下分析：

（1）2007年抽水檢查時未發(fā)現(xiàn)消力池底板有新的整體抬動與大面積沖坑現(xiàn)象，故可以看出消力池底板整體是穩(wěn)定的；2000年時對抗沖面層預(yù)應(yīng)力加固措施是有效的，即消力池底板表層混凝土的現(xiàn)狀暫時是安全的。但由于裂縫和表層止水局部失效，在大流量高速水流沖擊下，底板面層仍存在局部損壞的可能，從而由局部破壞帶動大面積失穩(wěn)破壞。

（2）消力池底板抽排系統(tǒng)現(xiàn)狀評價。從消力池廊道滲漏水監(jiān)測情況分析，自消力池進(jìn)水運行至今，監(jiān)測到的冬季最大漏水量為4000mL/s左右，夏季一般滲漏水在300～400mL/s左右。消力池底板冬季漏水量大于夏季，符合一般工程滲漏水隨季節(jié)（溫度）變化的規(guī)律。經(jīng)消力池廊道深井泵排水能力計算復(fù)核：目前冬季最大滲漏水量，遠(yuǎn)小于原水泵的設(shè)計排水能力。因此，消力池底板抽排系統(tǒng)現(xiàn)狀評價是安全的。

（3）消力池底板表層抗沖混凝土抗浮穩(wěn)定現(xiàn)狀計算復(fù)核及安全評價。消力池底板抗沖面層混凝土抗浮穩(wěn)定計算結(jié)論：在保證止水結(jié)構(gòu)完好、抽排系統(tǒng)運行正常的條件下，計算出的消力池底板面層整體抗浮穩(wěn)定可以滿足現(xiàn)行規(guī)范安全要求。但目前消力池底板結(jié)構(gòu)止水已部分失效，因此未采用預(yù)應(yīng)力加固前的1m表層混凝土不能滿足抗浮穩(wěn)定要求；2000年底板采用高強預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)急加固處理后，其底板表層抗沖混凝土的抗浮穩(wěn)定計算結(jié)果可以滿足規(guī)范安全要求，因此消力池底板表層混凝土?xí)簳r是安全的。

消力池表面抗沖層混凝土（1m厚），雖經(jīng)幾次灌漿修復(fù)和錨固處理，但脫空處的縫隙很難充填密實、縱橫止水局部失效，因此消力池底板存在較嚴(yán)重的安全隱患。當(dāng)泄洪時，在強大的動水水壓力及脈動壓力作用下，局部底板仍會有小幅度的起伏抬動。特別是在高速水流大流量和長時間泄流時，因板塊的止水失效，動水壓力進(jìn)入底板下面，對板塊產(chǎn)生強大的瞬時上舉力，當(dāng)瞬時上舉力大于板塊自重和周圍的咬合力時，板塊就會失穩(wěn)，存在被強大水流揭起的可能。因局部底板抗沖層混凝土的破壞而引起整個底板抗沖層混凝土的大面積破壞的可能性也是存在的。

4 表孔消力池底板修復(fù)

4.1 表孔消力池底板修復(fù)的必要性

雖然安康水電站表孔消力池針對著損壞情況進(jìn)行了五次局部維修處理，用到了多種工藝和材料，但并沒有徹底地解決消力池所有病害，安全隱患依然沒有得到根治。安康水電站自投產(chǎn)以來，漢江流域基本上處于枯水期，只有兩年達(dá)到水文資料多年平均值。根據(jù)漢江上游來水豐枯變化的周期規(guī)律分析，漢江有進(jìn)入豐水期的趨勢，表孔泄洪流量和時間都將會大增，消力池運行遭到破壞幾率也在加大。表孔消力池底板的安全穩(wěn)定情況將會變得更加嚴(yán)峻，直接威脅到廠房、大壩的安全。如果消力池底板破壞，將影響汛期泄洪安全，給電站和電網(wǎng)運行安全帶來極大的影響，造成更加巨大的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于此，因盡早對消力池表面抗沖層進(jìn)行徹底修復(fù)處理。

4.2 表孔消力池底板修復(fù)方案設(shè)計

4.2.1 修復(fù)思路

鑒于安康水電站消力池底板由于表層1m厚的抗沖磨混凝土與底層基礎(chǔ)混凝土結(jié)合不牢，在泄洪時受動水壓力的作用而造成破壞，本次修復(fù)處理將拆除原1m表層抗沖耐磨混凝土，重新澆筑抗沖耐磨混凝土至原消力池體形。消力池修復(fù)的范圍是：沿水流方向樁號表下0+090.00～表下0+198.00；沿壩軸線方向樁號左0+120.50～左0+205.50，且小導(dǎo)墻基礎(chǔ)范圍除外的區(qū)域內(nèi)，具體范圍如圖2所示。

4.2.2 方案布置

消力池底板修復(fù)處理結(jié)構(gòu)布置如圖3所示。

（1）原表層抗沖磨混凝土拆除。為保證安康水電站表孔消力池的運行安全，將與基礎(chǔ)混凝土脫開且已經(jīng)遭到磨蝕并裂縫嚴(yán)重的表層抗沖磨混凝土全部拆除；為保證即將重新澆筑的新混凝土層與基礎(chǔ)混凝土黏結(jié)牢固，再將原基礎(chǔ)混凝土表面向下拆除0.1m。即將整個消力池底板表層從229.0m高程拆除至227.9m高程，總厚度為1.1m。

圖3 表孔消力池修復(fù)方案布置示意圖

（2）新混凝土澆筑。拆除原表層混凝土后，澆筑新混凝土至原設(shè)計體形。

考慮到消力池基礎(chǔ)混凝土為C15（三級配），且已經(jīng)運行20余年，混凝土已經(jīng)完全充分變形，新澆混凝土必須是低彈性模量、低線脹系數(shù)的混凝土；考慮到消力池表層混凝土的抗沖耐磨要求，本次新澆混凝土按規(guī)范選定為C35（三級配）。通過進(jìn)行混凝土配合比試驗，以取得低彈性模量、低線脹系數(shù)、高強度C35（三級配）高性能抗沖磨混凝土的配合比。

在新澆筑抗沖磨混凝土內(nèi)布置兩層φ20@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)，分別距混凝土表層150mm，距混凝土底層100mm。

（3）新老混凝土結(jié)合。為保證消力池原基礎(chǔ)混凝土和新澆筑抗沖磨混凝土密實結(jié)合，形成整體受力結(jié)構(gòu)，采用如下新、老混凝土結(jié)合面綜合處理措施：

1）基礎(chǔ)老混凝土表層鑿毛并沖洗干凈：清除基礎(chǔ)混凝土結(jié)合面上所有損壞的、松動的和附著的骨料、砂漿和雜質(zhì)雜物，并使堅固的部分骨料露出表面，構(gòu)成粗糙面以提高黏結(jié)性。

2）新、老混凝土結(jié)合面涂抹黏結(jié)力較強的界面劑：本方案采用丙乳劑液進(jìn)行噴涂使新老混凝土黏結(jié)在一起。丙乳砂漿中聚合物膜彈性模量較小，可改善水泥漿體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，有抗裂作用、減水作用和密封的作用。能夠達(dá)到防止老混凝土進(jìn)一步碳化，延緩鋼筋銹蝕速度，抵抗剝蝕破壞的目的。

3）新、老混凝土結(jié)合面增設(shè)足夠的連接鋼筋：為了進(jìn)一步保證新老混凝土的結(jié)合，防止因消力池底板局部失穩(wěn)而造成整體破壞的情況發(fā)生，在消力池底板混凝土范圍內(nèi)布置錨筋。錨筋采用φ28鋼筋，間、排距均為1.5m，梅花形布置，下端深入消力池老基礎(chǔ)混凝土2.5m，上端與上層鋼筋網(wǎng)焊接；在距原混凝土表面100mm處，采用φ20@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)。

通過上述綜合處理措施，加強對新混凝土的約束，使其減少變形；加強了新、老混凝土的整體性，使其形成整體結(jié)構(gòu)，達(dá)到新、老混凝土良好結(jié)合的目的。

（4）消力池縱橫縫處理。由于原消力池縱橫縫止水已經(jīng)失效，本次修補將在新澆混凝土消力池內(nèi)部縱橫縫設(shè)置兩道U形銅止水，上層銅止水距混凝土表面400mm，下層銅止水距第一層400mm。消力池范圍內(nèi)未拆除的基礎(chǔ)層老混凝土縱橫縫之間采用柔性材料進(jìn)行防滲處理。

由于原混凝土拆除時有可能遭到坡壞，破壞的地方需要重新設(shè)置止水。破壞的地方在老混凝土上鑿槽，埋入兩道銅止水；與未破壞止水的接頭處銅止水與銅止水進(jìn)行焊接；而銅止水與橡膠止水之間進(jìn)行鉚接，保證止水有效。

為防止兩塊消力池底板由于變形及動水壓力作用而發(fā)生上下錯動，在消力池底板新澆混凝土縱橫縫之間設(shè)置一排φ25連接鋼筋，間距為1.0m，距新澆抗沖磨混凝土表層500mm，以增加底板的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

本文針對安康水電站表孔消力池底板的修復(fù)加固處理過程，對表孔消力池底板在運行過程中存在缺陷的原因進(jìn)行了深入分析，并對其現(xiàn)狀做出了安全評價。在此基礎(chǔ)上，提出了一種用于修復(fù)表孔消力池底板的可行設(shè)計方案。需要指出的是，本文所提出的修復(fù)處理方案沒有改變原消力池的設(shè)計體型，保證了消力池內(nèi)的水流形態(tài)。并且，修復(fù)方案拆除了已經(jīng)脫空的表層混凝土，可徹底根除工程隱患。

[1] 馮超，周洪林，張云海．安康大壩表孔消力池底板破壞原因分析及補強加固處理[J]．大壩與安全，2009，5：52-55．

[2] 李幼木，王宏斌．安康水電站表孔消力池底板缺陷分析及處理[J]．西北水力發(fā)電，2006，22（4）：46-49．

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[5] 雷中俊，安康水電站表孔消力池破損原因分析及加固處理 [J]．水力發(fā)電，2000，11 ：48-49．

王 玨（1982—），男，高級工程師，主要研究方向：水利水電工程勘測設(shè)計、水工建筑物設(shè)計等。E-mail：32170169@qq．com

楊 柳（1990—），男，工程師，主要研究方向：水利水電工程勘測設(shè)計。E-mail：liu-yang@sgxy．sgcc．com．cn

Restoring Treatment Research on the Soleplate of Stilling Basin of Ankan Hydropower Station

WANG Jue， YANG Liu
（Technology Center State Grid Xinyuan Company LTD， Beijing 100161，China）

The stilling basin of Ankan hydropower station has been damaged many times since it was put into operation. From the year 1996 to 2007， the restoration and reinforcement treatment of the stilling basin had been conducted 5 times. Although plenty of techniques and materials have been adopt and utilized， these repairing measures did not eliminate the damaged situation of the soleplate of stilling basin essentially. In this paper， we review all the restoration and reinforcement treatment of the stilling basin that had done before and then analyze the current situation and evaluate the security status of the soleplate of stilling basin.Finally， we put forward an achievable and effective restoration plan of the soleplate of stilling basin.

surface anti-erosion layer; stilling basin; soleplate;restoring treatment