陜西隴縣段家峽水庫溢流堰維護措施分析

王志剛，楊愛國

（隴縣段家峽水庫灌溉管理處，陜西 隴縣 721200）

1 工程概況

段家峽水庫位于千河干流上游15公里處的寶雞市隴縣曹家灣鎮(zhèn)段家峽村，是一座以灌溉、防洪為主，兼顧水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利工程。壩址以上千河長度51 km，平均比降18.6‰，控制流域面積634 km2，流域內(nèi)多年平均降水量696 mm，水庫承擔著下游8萬畝耕地，5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，42個村莊，2座縣城，5.5萬人等供水。

段家峽水庫樞紐工程為Ⅲ級水工建筑物，主要由均質(zhì)土壩、側(cè)槽式溢洪道和輸水洞組成。壩高43 m、壩頂長187.5 m、壩頂寬12 m，壩基寬262.5 m，壩頂高程1090 m，壩基高程1047 m；大壩迎水坡坡比 1 ∶3、1 ∶2.75、1 ∶1.25、背水坡坡比 1 ∶2.75、1 ∶3、1 ∶2，總庫容 1832.4萬 m3，其中調(diào)洪庫容744萬立方米，興利庫容1038萬m3，死庫容167萬m3，截至2006年底已淤積245萬m3，死庫容全部淤積，有效庫容淤積78萬m3。側(cè)墻式溢洪道位于大壩右肩，總長258.77 m，溢洪道側(cè)墻為漿砌石鋼筋混凝土護面，溢流堰實用堰型，堰頂高程1083 m，堰長95 m，溢洪道槽寬19.2 m～24.1 m，末端為挑流消能，最大泄水流量1070 m3/s。輸水洞建在大壩左端，由放水塔、輸水洞和閘門組成。放水塔為漿砌石圓柱形，內(nèi)徑4 m，壁厚0.5 m，塔高20 m，塔內(nèi)設檢修閘門一道，配備15 kW、50 t手電兩用螺桿啟閉機一臺。輸水洞為內(nèi)徑2 m的鋼筋混凝土壓力涵洞，全長170.4 m，最大放水流量42 m3/s。出口建有工作閘，其型式為弧形鋼閘門。水庫正常高水位1083 m，水面長度為4 km，水面平均寬度270 m，水面面積1.08平方公里。

2 存在的主要問題和成因分析

段家峽水庫溢洪道溢流堰為混凝土面，經(jīng)過多年運行，表面產(chǎn)生了嚴重的凍融，溶蝕破壞，混凝土面出現(xiàn)了麻面、露石、松動、剝落等老化現(xiàn)象，最大剝落面長2.35 m，高1.32 m，深0.16 m，上述問題的存在嚴重影響運行安全。

2.1 空蝕破壞

由于本工程修建于70年代，受當時施工設備、技術(shù)等因素的限制，施工質(zhì)量要求不高，特別是模板接縫不平，致使溢流堰表面混凝土不平整，溢流時，高速水流與邊界分離，形成空洞，導致混凝土表面產(chǎn)生空蝕破壞。

2.2 凍融破壞

段家峽水庫壩址處冬季最低氣溫-18℃,加之溢流堰表面混凝土不平整，冬季易產(chǎn)生凍融破壞。

2.3 滲溶破壞

混凝土是一種多項非均勻材料，內(nèi)部存在很多空隙和毛細孔，水分可以通過這些空隙和毛細孔滲透侵入。該工程施工用的是硅酸鹽水泥，水泥結(jié)石中的主要成分在Ca（OH）2的極限濃度下才能夠穩(wěn)定存在于固相中，并與液相保持平衡。當水汽滲透到混凝土內(nèi)時，Ca（OH）2從水泥石中溶析出來并不斷讓水汽帶走，使其濃度降低，從而失去平衡，迫使在Ca（OH）2飽和溶液中才能穩(wěn)定的其它水化物不斷分解，不斷被滲水帶走，導致水泥石的結(jié)構(gòu)孔隙不斷增多增大，使混凝土強度不斷降低，逐漸變疏松。

3 處理措施

為了消除段家峽水庫溢流堰存在的隱患，確保水水庫安全正常運行，發(fā)揮水庫防洪減災、灌溉蓄水能力，決定對段家峽水庫溢流面進行維修養(yǎng)護，經(jīng)多種方案進行比選，最后確定采用掛網(wǎng)噴射混凝土的方法進行處理。因為它不需模板，施工快速、簡捷，能及早發(fā)揮承載作用，具有強度增長快、粘結(jié)力強、密度大、抗?jié)B性好的特點。與模筑混凝土相比，其物理力學性能多有所改善。

3.1 原材料選用

水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥；細骨料采用堅硬耐久潔凈的中砂，細度模數(shù)大于2.5，砂中小于0.075 mm的顆粒小于20%，含水率5%～7%；粗骨料采用最大粒徑小于15 mm，級配連續(xù)的堅硬耐久的碎石；速凝劑質(zhì)量穩(wěn)定，摻量小于水泥用量的5%；錨桿采用Φ22的螺紋鋼筋制作，錨桿縱橫向間距2 m，錨桿長度1.5 m；掛網(wǎng)鋼筋為單層Φ10螺紋鋼筋，縱橫向間距0.2 m。

3.2 配合比選用

注漿錨桿水泥砂漿為M10水泥砂漿，砂漿配合比：水泥:砂為1∶1～1∶2，水灰比為0.38～0.45；噴射混凝土強度等級采用C25混凝土，配合比根據(jù)原材料性能、噴射工藝通過試驗選定，膠骨比為 1 ∶4～1 ∶5，水膠比為 0.4～0.5，砂率為 45%～60%；噴射混凝土塌落度為80 mm～130 mm。

3.3 施工處理方法

（1）原溢流面處理：對原溢流面松動混凝土進行鑿除，然后對溢流面進行鑿毛，用高壓水槍對溢流面進行沖洗。

（2）錨孔測量放線：按設計立面圖要求，將錨孔位置準確測量放線在原溢流面上，做好標記，孔位誤差不得超過±10 mm。

（3）鉆孔：采用φ50 mm鋼管搭設腳手架，采用手持式鑿巖機鉆孔，鉆孔與原溢流面傾角為30°。為確保錨孔直徑及深度，要求實際使用鉆頭直徑不得小于設計孔徑，實際鉆孔深度大于設計深度0.2 m以上，鉆進達到設計深度后，不立即停鉆，穩(wěn)鉆1～2分鐘，防止孔底達不到設計孔徑，鉆孔傾角誤差保持在±1.0°內(nèi)，方位誤差保持在±2.0°內(nèi)。在鉆孔完成后，對鉆孔孔壁的沉碴清理干凈，然后用高壓空氣（風壓0.2 MPa～0.4 MPa）將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外，遇錨孔中有承壓水流出時，等水壓、水量變小后，在該位置設置排水孔，然后下安錨筋、注漿。

（4）錨桿安裝、注漿

錨桿安裝前，要確保每根錨桿順直，除銹、除油污，安裝前再次認真核對錨孔編號，確認無誤后再用高壓風吹孔，人工緩緩將地錨體放入孔內(nèi)，用鋼尺量出孔外露出長度，計算孔內(nèi)錨桿長度（誤差控制在±10 mm范圍內(nèi)），確保錨固長度。錨桿安裝完畢后進行注漿，注漿采用二次高壓注漿，從孔底開始，以排氣孔不再排氣且孔口漿液溢出濃漿作為注漿結(jié)束的標準，注漿壓力大于2.5 MPa，如一次注不滿或注漿后產(chǎn)生沉降，要補充注漿，直至注滿為止。

（5）掛網(wǎng)

錨桿施工完畢且注漿達到強度達到設計強度70%后即可進行掛網(wǎng)施工。鋼筋網(wǎng)在現(xiàn)場由人工按設計要求進行綁扎，鋼筋網(wǎng)與原溢流面間隙為10 cm；錨桿端部與鋼筋網(wǎng)點進行焊接，鋼筋網(wǎng)用鉛絲綁扎。

（6）噴射混凝土

噴射混凝土采用濕拌法，噴射混凝土釆用強制式攪拌機攪拌，其攪拌時間應大于1.5分鐘，做到隨拌隨用，停放時間小于于30 mm，在運輸、存放過程中不得淋雨、浸水及混入雜物。噴射前對噴射面進行檢查，用高壓風水槍沖洗噴面，并采用壓力風清掃巖面，埋設控制噴射混凝土厚度的標志，噴射時將拌好的混凝土通過壓漿泵送至噴嘴，再用壓縮空氣進行噴灌，噴射砼前先噴一層水泥砂漿，待終凝后再噴射砼，先將溢流面損壞部位深度較大的凹洼處噴平，然后進行大面積噴射。作業(yè)前先用水灰比為1∶2的水泥漿潤滑噴射機的料斗及輸料管路，作業(yè)開始時先送風，后開機，再給料，風壓0.9 MPa，水壓0.4 MPa；混凝土或砂漿進入噴射機料斗后，起動主機的同時調(diào)整噴射機的噴射速度，根據(jù)配合比控制速凝劑添加量，作業(yè)分段、分層由下而上往復噴射，噴嘴應連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)形移動，噴層厚度應均勻。分段施工時，在前段噴射砼接頭處預留斜面，斜面寬度為20 cm～30 cm，噴射時使噴嘴與受噴面間保持1.5 m～2.0 m距離，噴射角度盡可能接近90°，以獲得最大壓實和最小回彈，回彈率小于15%。一次噴射砼的厚度以砼不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響砼的粘結(jié)力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量，一般控制在3 cm～5 cm。分層噴射時，后層混凝土應在前層混凝土終凝1小時后進行，先用風、水清洗噴層表面后再噴射。噴射施工完畢時，先停速凝劑輸送泵，后停主機，最后關(guān)風閥。本工程沿溢流面每間隔20 m設縱向伸縮縫1道，縫寬20 mm，用瀝青麻絮進行塞縫處理。噴射砼終凝2小時后及時進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不小于14 d[1]。

（7）溢流面壓光

本工程為溢流面維修養(yǎng)護，溢流面對混凝土表面平整度要求高，由于噴射混凝土表面較粗糙，因此本工程要考慮噴射砼表面處理問題。我們采取的方法是在最后一層混凝土噴射完畢后，在表面噴射一層2 cm厚的M10水泥砂漿，不加速凝劑，然后迅速采用人工進行壓光。

4 結(jié)語

隴縣段家峽水庫承擔著著重要的防洪任務，它的運行安全，直接關(guān)系到下游5.5萬人的生命財產(chǎn)安全。因此確保它的運行絕對安全。針對段家峽水庫溢洪道溢流面出現(xiàn)的問題，我們采取了掛網(wǎng)噴射混凝土的維修養(yǎng)護方法，取得的較好的效果，處理后段家峽水庫溢洪道溢流面經(jīng)受了2018年7月11日水庫來水351.9 m3/s，庫水位為1084.51 m（為段家峽水庫建庫以來最高水位庫水位），泄洪流量為352.36 m3/s的洪水檢驗，工程運行正常，溢流面完好，確保了段家峽水庫的安全正常運行。