巖灘擴(kuò)建引水渠水下混凝土損壞處理

覃 杰，陸勝林

（1.大唐巖灘水力發(fā)電有限責(zé)任公司，廣西壯族自治區(qū)南寧市 530001；2.江蘇神龍海洋工程集團(tuán)有限公司，江蘇省泰州市 214500）

1 工程概況

巖灘水電站是一座以發(fā)電為主、兼有航運(yùn)等綜合利用效益的水電樞紐工程。樞紐主要建筑物由攔河壩、壩后發(fā)電廠房、開關(guān)站和垂直升船機(jī)組成。壩頂總長525m，最大壩高110m，總庫容33.55億m3。水電站一期工程裝機(jī)容量1210MW，擴(kuò)建工程裝機(jī)容量600MW，現(xiàn)總裝機(jī)容量為1810MW。一期工程于1995年全部投產(chǎn)發(fā)電，擴(kuò)建工程于2014年6月20日投產(chǎn)發(fā)電。

擴(kuò)建工程主要建筑物如進(jìn)水口、引水隧洞、地下廠房、主變壓器室及尾水隧洞均屬1級(jí)建筑物，次要建筑物如廠房運(yùn)輸洞、尾水閘門運(yùn)輸洞、排風(fēng)洞等均屬3級(jí)建筑物。工程地下廠房洞室群布置于一期廠壩工程右岸山體內(nèi)，地面高程為170～350m。主廠房區(qū)頂面高程為266～316m，上游小溝呈東西向發(fā)育，為廠房引水明渠進(jìn)水口地段，下游為義悟大溝，臨河側(cè)為一期廠壩多臺(tái)階開挖邊坡，廠區(qū)山坡地形，左低右高，上游和下游起伏變化較大。地下廠房區(qū)巖體風(fēng)化較淺，全風(fēng)化層厚約5m，強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5m，弱風(fēng)化層不厚。此外，沿F48斷層和石英脈侵入帶出現(xiàn)帶狀和局部深層風(fēng)化，沿F48斷層弱風(fēng)化深度達(dá)153.9m（zk1166），最低高程為131.12m。進(jìn)口引水明渠右側(cè)和洞臉邊坡上部強(qiáng)風(fēng)化巖體和坡頂覆蓋層不厚，未發(fā)現(xiàn)有不利的軟弱夾層影響邊坡的整體穩(wěn)定性，但存在不利于高邊坡穩(wěn)定的地質(zhì)因素。施工中自上而下需及時(shí)采取大面積掛網(wǎng)錨噴混凝土和部分錨固（含局部預(yù)應(yīng)力錨固）支護(hù)處理；對(duì)弱風(fēng)化以上強(qiáng)風(fēng)化和覆蓋層宜采取清挖和擋護(hù)及排水處理。

2 檢查情況

2015年11月3日起，6號(hào)機(jī)組停機(jī)檢修，11月5日，機(jī)組流道4臺(tái)水泵連續(xù)抽水28h未能抽干，正常情況8h可抽干。11月6日，經(jīng)海洋公司潛水檢查，發(fā)現(xiàn)尾水支洞檢修閘門無法落到底，下尾水疊梁門抽干水后，機(jī)組流道內(nèi)有近1000m3的石塊或碎石碴，尾水隧洞襯砌完好。11月11日，水下檢查5、6號(hào)機(jī)組攔污柵前底板上塊石、樹枝等雜物堆積，6號(hào)機(jī)組中孔攔污柵前底板堆積最高達(dá)8m，5號(hào)機(jī)組攔污柵前底板堆積高度2～3m；6孔合計(jì)堆積石碴約550m3。攔污柵前10m范圍內(nèi)底板及基巖上塊石堆積較高，原集水坑底高程190.7m，現(xiàn)在為202.1m，堆積最高達(dá)11.4m，淤積石碴約有1800m3。5、6號(hào)機(jī)組攔污柵底板前塊石、樹枝等雜物堆積嚴(yán)重，攔污柵前20m至前沿212m高程平臺(tái)，1∶3坡基巖表面堆積有塊石及被沖破的掛網(wǎng)噴混凝土塊。引水渠右側(cè)1∶3坡混凝土面完好無損。R4道路表面及兩側(cè)沒有發(fā)現(xiàn)被沖損部位。引水渠前沿左側(cè)216.0m高程平臺(tái)巖坎端頭鋼筋籠位置被沖毀，鋼筋籠方量121.5m3。216.0m高程平臺(tái)與212.0m高程平臺(tái)之間形成了一溝槽，溝底208.0m高程左右，溝槽寬約17m，長約33m。沖刷面積約596.0m2，沖刷量約1297.8m3，引水渠前沿左側(cè)216.0m高程平臺(tái)底部淘空，淘空底部208.0m高程左右，頂部215.0m高程左右，中部位淘空深度3.66m，淘空長度10m，淘空方量約200m3。引水渠前沿左側(cè)216.0m高程平臺(tái)及218m高程平臺(tái)內(nèi)側(cè)掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)坡往下游約10m范圍損壞，噴混凝土內(nèi)部被淘空，損壞中間部位淘空深度為1.7m中間部位護(hù)坡離底2.2m被沖刷，淘空方量約40m3。引水渠前沿212.0m高程平臺(tái)上游側(cè)鋼筋籠塊石臺(tái)階基本完好無損。引水渠前沿212.0m高程平臺(tái)表面掛網(wǎng)噴混凝土局部破損。

檢修期間，對(duì)5號(hào)、6號(hào)機(jī)組尾水隧洞進(jìn)行了放空檢查，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，尾水隧洞內(nèi)堆積石塊或碎石碴為石英巖，而尾水出口巖石主要為輝綠巖；同時(shí)5號(hào)、6號(hào)機(jī)組攔污柵提出水面進(jìn)行檢查，5號(hào)機(jī)組3扇攔污柵受損較輕，6號(hào)機(jī)組3扇攔污柵受損情況較嚴(yán)重，均表現(xiàn)為攔污柵振動(dòng)[1]，被石塊撞擊、擠壓，導(dǎo)致柵條彎曲變形[2]。

由引水渠水下檢查、尾水隧洞及攔污柵檢查現(xiàn)場檢查結(jié)果，進(jìn)行分析并初步推斷：由于引水渠前端彎段左側(cè)受沖刷破壞，被沖刷的大塊石堆積于攔污柵前，較小的塊石和碎石碴被發(fā)電水流挾帶沖破攔污柵、經(jīng)發(fā)電機(jī)組后堆積至尾水隧洞內(nèi)。

在全面了解情況后，修復(fù)工作分為清渣和混凝土澆筑兩個(gè)主要步驟。

3 清碴處理

水下清碴清理分兩步進(jìn)行，首先用電站門機(jī)上的抓污機(jī)對(duì)5號(hào)、6號(hào)機(jī)組攔污柵前淤積體上的樹枝雜物進(jìn)行清理，同時(shí)采用抓斗船舶對(duì)攔污柵前塊石進(jìn)行清理。抓污機(jī)清理出來的雜物由自卸汽車運(yùn)輸至義午溝棄碴場。抓斗船舶清理出來的塊石由托底船舶運(yùn)輸?shù)揭嫌螏靺^(qū)1km外拋投。

抓污機(jī)清理完成后，組織水下清理施工人員分兩班組作業(yè)，每班組由4、5名潛水員組成一個(gè)班組，每個(gè)班組每天潛水作業(yè)4人次以上?？紤]到清理出來的塊石由電站壩上門機(jī)起吊設(shè)備起吊，兩個(gè)潛水作業(yè)班組作業(yè)面距離不宜太遠(yuǎn)，施工時(shí)根據(jù)潛水員減壓時(shí)間進(jìn)行交替作業(yè)，同時(shí)不影響抓斗船舶施工。機(jī)械清理采用抓斗船舶先對(duì)6號(hào)機(jī)組攔污柵前原有基巖深坑部位進(jìn)行抓挖塊石清理，潛水作業(yè)則對(duì)5號(hào)機(jī)組攔污柵底板進(jìn)行清理。潛水員人工清理主要是對(duì)攔污柵底板上的塊石雜物進(jìn)行清理，清理時(shí)由潛水員將塊石搬入吊籃內(nèi)，吊籃裝滿后由潛水員通過潛水電話通知船舶上指揮人員對(duì)壩上起吊設(shè)備人員進(jìn)行指揮起吊，等到吊籃起吊離底30cm左右后，由潛水員檢查確保起吊過程中塊石不滑脫后，潛水員離開吊籃起吊垂直部位，進(jìn)入安全區(qū)域后，再起吊吊籃出水。將吊籃內(nèi)塊石吊放在壩頂運(yùn)輸塊石車內(nèi)，清理上岸的塊石雜物由自卸車負(fù)責(zé)運(yùn)輸卸載。對(duì)于攔污柵底板上塊石較大，潛水員無法搬動(dòng)時(shí)，采用鐵鏈條捆綁大石，然后用壩頂門機(jī)直接吊出水面。

4 水下混凝土加固處理

4.1 加固處理方案概述

根據(jù)引水渠前端彎段左側(cè)受沖刷破壞處實(shí)際情況進(jìn)行水下混凝土澆筑加固處理，見圖1。水下澆筑混凝土采用商品混凝土，澆筑時(shí)砼泵車設(shè)在218m高程平臺(tái)下游大壩壩頂上，大壩壩頂?shù)?18m高程平臺(tái)采用鋼管腳手架搭設(shè)斜坡平臺(tái)，混凝土由泵管通過腳手架平臺(tái)經(jīng)油桶平臺(tái)到澆筑平臺(tái)上集料斗內(nèi)，混凝土再由集料斗通過導(dǎo)管到澆筑部位。

2016年1月11日，開始水下混凝土加固處理，前后分5次完成水下C30混凝土澆筑1579m3，于2016年3月13日完成澆筑。

4.2 基面處理

通過GPS測量定位，在水下混凝土澆筑部位拋設(shè)浮標(biāo)，便于抓斗船施工作業(yè)。抓斗船舶將基面表面塊石進(jìn)行水下抓撈清理，抓斗船舶清理完成后由潛水員對(duì)基面表面進(jìn)一步進(jìn)行人工清理，確?；炷僚c基面結(jié)合良好。抓出的塊石運(yùn)到指定地點(diǎn)拋棄。

4.3 水下鉆錨筋孔

基面清理完成后，通過GPS測量定位，確定鉆孔的位置，采用風(fēng)鉆水下施鉆，每一個(gè)錨筋孔施鉆完成后，用高壓水槍進(jìn)行清孔，然后安裝錨筋，直到全部完成。

圖1 進(jìn)水渠前段支護(hù)水下?lián)岆U(xiǎn)修復(fù)施工圖（比例尺：1∶200）Fig.1 construction drawings for underwater emergency rescue and repair in the front section of the inlet canal support（Scale：1 ∶ 200）

4.4 水下立模

潛水員根據(jù)水下定位鋼筋拉繩索，在繩索兩邊用風(fēng)鉆鉆孔安裝用于模板固定的錨筋，錨筋直徑25mm，錨入深度0.5m。澆筑混凝土模板采用鋼模與木模板結(jié)合。混凝土澆筑到臺(tái)階部位時(shí)，潛水員按設(shè)計(jì)要求水下插筋，澆筑臺(tái)階混凝土模板采用鋼模。鋼模對(duì)接由潛水員水下進(jìn)行螺栓拼接。澆筑臺(tái)階寬度模板訂制，模板水下固定后進(jìn)行封模，即對(duì)模板下部接觸不緊密部位由潛水員采用袋裝混凝土方法進(jìn)行封堵，確保水下模板的嚴(yán)密性。

4.5 混凝土澆筑

4.5.1 澆筑前的準(zhǔn)備

混凝土澆筑采用單導(dǎo)管法，單導(dǎo)管移動(dòng)澆筑法具有澆筑質(zhì)量高、整體性好、澆筑速度快、不受水深和倉面大小限制、所需設(shè)備一般工地都能自制等優(yōu)點(diǎn)，而且能在保證整體性的條件進(jìn)行移動(dòng)的特點(diǎn)。

混凝土澆筑時(shí)的坍落度根據(jù)現(xiàn)場條件及試驗(yàn)確定，水下混凝土坍落度一般18～22cm，臨近結(jié)束時(shí)酌量放大，以保證后注入的混凝土能自動(dòng)攤平；做好泵管鋪設(shè)工作；對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行密閉試驗(yàn)，密閉情況良好的導(dǎo)管才投入使用。

水下混凝土陸上運(yùn)輸采用混凝土罐車，澆筑時(shí)由混凝土罐車將攪拌樓拌制的混凝土沿現(xiàn)場道路，送到混凝土汽車泵，混凝土汽車泵再將混凝土輸送到倉面水上施工澆筑平臺(tái)上的混凝土集料斗里。本工程采用鋼板卷成直徑250mm的導(dǎo)管，采用法蘭、螺栓及橡膠墊片對(duì)接導(dǎo)管。在澆灌過程中，導(dǎo)管能上下升降，亦可根據(jù)澆筑進(jìn)度進(jìn)行左右移動(dòng)。施工中混凝土粗骨料的最大粒徑不大于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/4，亦不超過4cm。

4.5.2 水下混凝土澆筑

水下混凝土澆筑的步驟從倉面最深處開始澆筑，若澆筑整個(gè)倉面高程無太大高差時(shí)遵循從上游往下游依次交替澆筑，保證整個(gè)倉面水下混凝土均勻上升。

導(dǎo)管剛開始澆筑時(shí)，由潛水員下潛到建基面，在要澆筑的導(dǎo)管旁，指揮平臺(tái)上施工人員首先控制好導(dǎo)管底部高程，一般導(dǎo)管距基面200mm左右，混凝土集料斗中必須備料大于2.1m3混凝土，宜為2.5m3混凝土。開料時(shí)，混凝土沿溜槽往導(dǎo)管流動(dòng)時(shí)，泵送混凝土同時(shí)向集料斗內(nèi)輸送混凝土。

導(dǎo)管移動(dòng)的要點(diǎn)要依據(jù)確定的導(dǎo)管管腳混凝土堆積高度，結(jié)合潛水員水下探摸情況，進(jìn)行導(dǎo)管緩慢移位。

4.5.3 水下施工縫處理

在210m高程臺(tái)階澆筑時(shí)留設(shè)了施工縫，由潛水員在施工縫層面上放置直徑20mm的插筋，插筋長度1.5m，插入已澆混凝土內(nèi)0.75m，插筋間距1.0m。水下混凝土達(dá)到20MPa后由潛水員對(duì)水下混凝土表面進(jìn)行高壓水槍清掃，并用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿毛后，繼續(xù)下道工序施工。

4.6 拆模

水下混凝土澆筑完成兩天后拆模。拆模由潛水員用水下切割工具進(jìn)行水下拆除，起吊由船舶上起吊設(shè)備起吊。

5 復(fù)查

進(jìn)水口混凝土損壞處理于2016年3月15日完工，工程施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過一年運(yùn)行，2017年5月20日對(duì)其進(jìn)行復(fù)查，復(fù)查情況如下。

（1）引水渠口門區(qū)緊急加固部位210.0m高程平臺(tái)混凝土完好，未發(fā)現(xiàn)沖刷損壞情況，如圖2所示。

（2）引水渠口門區(qū)緊急加固部位212.0m高程平臺(tái)混凝土完好，未發(fā)現(xiàn)沖刷損壞情況，如圖3所示。

（3）引水渠口門區(qū)緊急加固部位214.0m高程平臺(tái)混凝土完好，未發(fā)現(xiàn)沖刷損壞情況，如圖4所示。

（4）引水渠口門區(qū)緊急加固部位216.0m高程平臺(tái)混凝土完好，未發(fā)現(xiàn)沖刷損壞情況，如圖5所示。

圖2 引水渠口門區(qū)緊急加固部位210.0m高程平臺(tái)混凝土Fig.2 Diversion canal entrance area at 210.0m platform site emergency reinforcement concrete

圖3 引水渠口門區(qū)緊急加固部位212.0m高程平臺(tái)混凝土Fig.3 Diversion canal entrance area at 212.0m platform site emergency reinforcement concrete

圖4 引水渠口門區(qū)緊急加固部位214.0m高程平臺(tái)混凝土Fig.4 Diversion canal entrance area at 214.0m platform site emergency reinforcement concrete

圖5 引水渠口門區(qū)緊急加固部位216.0m高程平臺(tái)混凝土Fig.5 Diversion canal entrance area at 216.0m platform site emergency reinforcement concrete

6 結(jié)束語

2015年11月3日，發(fā)現(xiàn)巖灘擴(kuò)建工程進(jìn)水口處出現(xiàn)異常；2016年3月15日，完成損壞混凝土處理；已經(jīng)過一年多的運(yùn)行，2017年5月20日，復(fù)查發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理的損壞處運(yùn)行狀況良好。

通過巖灘擴(kuò)建工程進(jìn)水口混凝土損壞處理工程的實(shí)施，可以得到如下思考：

（1）水利水電工程大部分作為水下工程，水下工程一旦出現(xiàn)隱患難于第一時(shí)間感知，且容易引起次生破壞，失事后果嚴(yán)重，基于此，工程施工期應(yīng)該嚴(yán)格保證施工質(zhì)量，為工程健康運(yùn)行提供強(qiáng)力支撐。

（2）水利水電工程運(yùn)行管理單位應(yīng)對(duì)大壩及壩基進(jìn)行安全監(jiān)測[3]、定期進(jìn)行現(xiàn)場檢查和特殊情況下的專業(yè)檢查，將隱患消除于萌芽階段。

（3）水利水電工程運(yùn)行管理單位現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)引起重視，冷靜思考，采用原型觀測資料分析的方法[4]，采取科學(xué)合理的技術(shù)措施進(jìn)行修復(fù)處理，保障工程的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1] 閻詩武. 水電站攔污柵的振動(dòng)[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2001（2）：74-77.YAN Shiwu. The vibration of trashracks hydropower station [J].Hydro-Science and Engineering，2001（2）：74-77.

[2] 何今盛，楊玉祥. 涔天河水電站發(fā)電引水管攔污柵損壞原因分析及預(yù)防措施[J]. 中南水力發(fā)電，2001（2）：60-62.HE Jinsheng，YANG Yuxiang. Centian river hydropower Station diversion pipe damage reason analysis and preventive measures of trashracks [J]. Zhongnan Hydroelectric Power generation，2001（2）：60-62.

[3] 顧沖時(shí)，吳中如.大壩與壩基安全監(jiān)控理論和方法及其應(yīng)用[M].南京：河海大學(xué)出版社，2006.GU Chong，WU Zhongru. Theory and method of dam and dam foundation safety monitoring and application [M]. Nanjing ：Hohai University press，2006.

[4] 吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.WU Zhongru. The theory and application of safety monitoring for hydraulic structures and its application [M]. Beijing ： Higher Education Press，2003.