某小型水庫(kù)溢洪道及泄洪洞的加固設(shè)計(jì)分析

許 勇 （舒城縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽 六安 231300）

1 引言

目前我國(guó)的中小型水庫(kù)多修建于上世紀(jì)60年代，由于當(dāng)時(shí)的歷史原因、技術(shù)力量、施工技術(shù)有限，加之運(yùn)行的年限已久，導(dǎo)致這些水庫(kù)出現(xiàn)了包括防洪能力不足、大壩填筑質(zhì)量不良、裂縫、異常滲流、整體穩(wěn)定性不足、抗震能力不足、金屬結(jié)構(gòu)和啟閉機(jī)不滿足要求等病險(xiǎn)[1]。

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，“國(guó)盛水利興”已成為共識(shí)，在這個(gè)背景下，加快中小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工作，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善民生有著重要的意義[2]。

溢洪道及泄洪洞作為水庫(kù)樞紐工程的重要組成部分，在水庫(kù)樞紐的加固工作中占有重要的地位，本文以某病險(xiǎn)水庫(kù)的溢洪道及泄洪洞的加固設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，詳述了對(duì)其進(jìn)行加固的設(shè)計(jì)方案及施工方案。

2 工程概況

某水庫(kù)樞紐工程主要由主壩、岸邊溢洪道、泄洪洞、灌溉兼發(fā)電隧洞等建筑物組成，水庫(kù)總庫(kù)容6412萬(wàn)m3，工程規(guī)模為中型，工程等別屬Ⅲ等，主壩、溢洪道等主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。工程以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等綜合效益。壩址以上集雨面積 256km2，主河道長(zhǎng) 35km，河道平均坡降10.53‰；多年平均流量4.35m3/s。多年平均年徑流量1.37 億 m3。

該樞紐工程的溢洪道布置于右岸山梁埡口處，距大壩約300m，為正槽式陡槽溢洪道。由進(jìn)口段、陡槽段、出口段組成。泄洪洞布置在主壩右岸，為城門洞型無(wú)壓隧洞（5.0×5.3m），洞身用厚40cm的250#混凝土全斷面襯砌。由進(jìn)口段、洞身段、出口明渠組成。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，溢洪道和放水涵出現(xiàn)了不同的險(xiǎn)情，對(duì)其進(jìn)行加固設(shè)計(jì)變得刻不容緩。

3 工程存在的問(wèn)題

3.1 溢洪道存在的問(wèn)題

溢洪道結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，邊墻無(wú)垮塌等破壞現(xiàn)象，進(jìn)口二元邊坡為支護(hù)，有掉土石現(xiàn)象發(fā)生，引渠、泄槽邊墻混凝土存在表面裂縫，裂縫密度大于3條/m，寬度為1～2mm，延伸長(zhǎng)度大于1m。其中駝峰堰堰體存在4條裂縫，迎水坡橫向裂縫1條，寬1～2mm，長(zhǎng)20m，背水坡橫向裂縫1條，寬1～2mm，長(zhǎng)24m，距離左邊墻6.9m和距離右邊墻6.6m縱向裂縫各1條，寬度均為1～2mm，裂縫長(zhǎng)10.8m和長(zhǎng)19m，貫穿至底板。

3.2 泄洪洞存在的問(wèn)題

泄洪隧洞洞身進(jìn)口多處滲漏，混凝土鈣化嚴(yán)重，且越靠近進(jìn)口閘門段其洞身頂部滲漏以及混凝土鈣化相對(duì)越嚴(yán)重，滲漏量最大處大于3L/s。洞頂及側(cè)墻襯砌混凝土局部脫落，局部鋼筋出露；洞身存在L1～L5共計(jì)5條裂縫。洞身襯砌混凝土局部厚度不足，基巖出露。泄洪洞工作閘門門體變形，門槽及附近混凝土存在空蝕、淘空現(xiàn)象，部分構(gòu)件銹蝕，邊角止水破損；檢修閘門門體止水不嚴(yán)，關(guān)閉時(shí)漏水量大；啟閉機(jī)極限開(kāi)關(guān)和高度指示儀等設(shè)備匹配不全，動(dòng)力線路敷設(shè)不規(guī)范，絕緣存在老化現(xiàn)象；啟閉機(jī)房狹窄，無(wú)檢修通道。

4 加固設(shè)計(jì)方案

4.1 溢洪道加固設(shè)計(jì)方案

根據(jù)裂縫的形狀、分布規(guī)律以及當(dāng)?shù)貧鉁貢円箿夭钶^大的特點(diǎn)，分析認(rèn)為裂縫產(chǎn)生的原因主要與混凝土施工后的表面保護(hù)措施欠佳等綜合因素有關(guān)。鑒于工程施工進(jìn)度緊等情況限制，同時(shí)考慮到水庫(kù)具有調(diào)洪功能，溢洪道過(guò)水溢流次數(shù)相對(duì)要少，因而裂縫處理采用便于施工且快捷的表面涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的方法進(jìn)行處理。

水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料（簡(jiǎn)稱CCCW）是一種新型防水材料[1]，它是由波蘭特水泥、特別選用石英砂及多種活性化學(xué)成分配制成的一種粉末狀防水材料。CCCW的防水原理是與水作用后，材料中含有的活性化學(xué)物質(zhì)通過(guò)載體向混凝土內(nèi)部滲透，在混凝土中形成不溶于水的枝蔓狀結(jié)晶體，填塞毛細(xì)孔道，與基層混凝土結(jié)合成封閉的防水整體，從而使混凝土致密、防水，同時(shí)起到保護(hù)鋼筋，增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的作用。

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是由其本身涂層來(lái)使混泥土本身致密來(lái)達(dá)到放水的目的，對(duì)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料來(lái)說(shuō)，基層處理顯得尤為重要，因此進(jìn)行防水層施工前，對(duì)基層處理要達(dá)到如下要求：①基層混泥土強(qiáng)度復(fù)合設(shè)計(jì)要求，混泥土表面無(wú)明顯積水；②混泥土表面平整、無(wú)油污、灰塵及影響粘結(jié)的雜物；③施工前用鋼絲刷將混泥土便面的浮漿、返堿、塵土等雜物清除干凈，用清水或者稀鹽酸清洗表面；④結(jié)構(gòu)裂縫、施工縫等缺陷均進(jìn)行防水處理后，在進(jìn)行防水層的施工；⑤蜂窩結(jié)構(gòu)及松散結(jié)構(gòu)均應(yīng)鑿除，將所有的松動(dòng)的雜物用清水沖掉，直至見(jiàn)到堅(jiān)硬的混凝土層。

施工基層處理完成后，可采用刮板、半硬性棕毛刷用力涂刷，也可以用滾筒涂，十字交叉處至少要涂?jī)杀?，?dāng)上一層已固化（約兩小時(shí)），產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度后，可涂刷第二層，在涂刷第二層前應(yīng)用水濕潤(rùn)前一層。滾涂時(shí)混合料比涂刷的混合料要稀一些，用料控制≥1.0kg/m2。涂層施工時(shí)，必須控制涂層的厚度，即因在規(guī)定的施工面積上將計(jì)算得出來(lái)的土料用量，均勻的涂刷或滾涂直至用完，涂刷次數(shù)不少于兩遍，涂膜總厚度大于1mm。待表面涂層初凝達(dá)到足夠強(qiáng)度后，立即進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)或者覆蓋濕布養(yǎng)護(hù)，并保證涂層處于濕潤(rùn)狀態(tài)，但不得用水浸泡或用壓力水沖灑養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3天，每天灑水至少3次（天氣炎熱時(shí)應(yīng)增加噴水次數(shù)）。

4.2 溢洪道加固設(shè)計(jì)方案

針對(duì)泄洪洞存在滲漏、沖蝕等問(wèn)題，同時(shí)考慮到工程施工進(jìn)度緊等情況限制，因而加固處理采取對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿，對(duì)混凝土表面沖蝕等缺陷進(jìn)行高強(qiáng)度改性環(huán)氧砂漿法涂刷修復(fù)處理，具體做法如下。

4.2.1 裂縫滲水處理

從泄洪隧洞存在問(wèn)題看，洞身混凝土裂縫寬度為2～5mm≥0.2mm，因而對(duì)裂縫寬度＞0.2mm的裂縫采取低壓灌注水溶性聚氨酯灌漿材料，表面涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料及聚氨酯灌漿涂刷材料的方法處理。

施工程序：施工準(zhǔn)備→布孔、鉆孔→安裝灌漿塞、封縫→壓風(fēng)測(cè)孔、補(bǔ)漏→注漿→基層處理→清理與濕潤(rùn)→刷漿CCCW→刷漿（聚氨酯灌漿涂刷材料）→養(yǎng)護(hù)。

4.2.2 出水點(diǎn)處理

針對(duì)洞頂?shù)瘸鏊c(diǎn)，根據(jù)出水量的大小，首先在涌水處四周混凝土上進(jìn)行鑿毛處理，用快凝水泥封堵漏水處并同時(shí)埋設(shè)注漿管和導(dǎo)水管，將水集中引到導(dǎo)水管中導(dǎo)出，再將周圍可能冒水冒漿的孔洞封堵好，然后從注漿管中進(jìn)行回填反壓灌漿，反壓灌漿的壓力為P=P1+P2，其中，P1為孔口管關(guān)閉后的水穩(wěn)定壓力，P2為正常情況下的灌漿壓力?？紤]到泄洪洞上游約70m長(zhǎng)洞頂段因滲漏可能存在原有混凝土襯砌與基巖接觸面存在空隙、不密實(shí)，因而除了對(duì)洞頂漏水點(diǎn)處進(jìn)行回填灌漿外，對(duì)泄洪洞上游約70m長(zhǎng)洞頂段亦進(jìn)行回填灌漿補(bǔ)強(qiáng)，回填灌漿范圍為頂拱中心角120。，孔距和排距為4m，灌漿壓力為0.3MPa，灌漿孔深入圍巖50mm。為減少圍巖水對(duì)洞頂襯砌混凝土壓力，在泄洪洞下游洞段頂部滲漏部位處增設(shè)排水孔進(jìn)行排水減壓，排水孔深0.7m。

4.2.3 混凝土缺陷處理

對(duì)洞身左側(cè)墻等混凝土表面局部脫落、沖蝕以及過(guò)水?dāng)嗝姹砻娌黄巾樀热毕荩捎帽憬莸腘E—Ⅱ型環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)處理[2]（此NE—Ⅱ型環(huán)氧砂漿在四川慶大河排洪洞、黃河小浪底水利樞紐、貴州東風(fēng)電站等工程的襯砌混凝土質(zhì)量缺陷處理得到廣泛應(yīng)用）。此砂漿是以環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及其特種填料等為基料而制成的高強(qiáng)度、抗沖蝕、耐磨損材料。

環(huán)氧砂漿由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及其特種填料等為基料拌制而成。

NE—Ⅱ環(huán)氧砂漿主要技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度80.0MPa，抗拉強(qiáng)度10.0MPa，與混凝土粘結(jié)抗拉強(qiáng)度＞4.0MPa，抗沖磨強(qiáng)度7.0h.㎡/kg，抗壓彈性模量2150 MPa。

環(huán)氧砂漿施工步驟具體如下。

①基面處理。清除混凝土表面乳皮、水泥凈漿表層或松動(dòng)顆粒等，使表面外露新鮮骨料?；炷帘砻嬗谐銎矫娴木植客蛊?，用磨平機(jī)磨平；表面的蜂窩、麻面等缺陷，用切割機(jī)切除薄弱部分。

②表面清理。用高壓水或高壓風(fēng)清除表面沙粒、粉塵，直至混凝土基面干燥。

③涂刷基液。選用口齊、頭軟、不掉毛的扁形毛刷，在處理好的混凝土基面上均勻的涂刷一薄層底層基液。待基液涂刷后陳化20～60min，并連續(xù)3次手觸拉絲至1cm斷開(kāi)時(shí)，涂刷基液結(jié)束，進(jìn)行涂抹環(huán)氧砂漿施工。

④涂抹環(huán)氧砂漿。待基液初凝時(shí)，用抹刀涂抹環(huán)氧砂漿，環(huán)氧砂漿的涂抹采用沿逆水流方向、先上后下的順序施工，涂抹厚度不小于10mm，對(duì)脫落部位涂抹厚度以抹平脫落厚度。涂抹平整度為3mm以內(nèi)。

⑤養(yǎng)護(hù)。環(huán)氧砂漿的養(yǎng)護(hù)溫度控制在20°C，養(yǎng)護(hù)期間，涂層要避免受到行車、人踏、雨淋、暴曬等，養(yǎng)護(hù)齡期7d。

⑥質(zhì)量檢查。環(huán)氧砂漿強(qiáng)度1天可達(dá)到50%，對(duì)已修補(bǔ)部分進(jìn)行敲擊檢查。凡起泡、聲音發(fā)啞的部位均應(yīng)鑿除重抹。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程不似新建工程，選取加固方案時(shí)應(yīng)充分從施工條件、水庫(kù)運(yùn)行需要等多方面綜合考慮，確定最優(yōu)的加固設(shè)計(jì)方案。本文以某病險(xiǎn)水庫(kù)的溢洪道及泄洪洞的加固設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，詳述了對(duì)其進(jìn)行加固的設(shè)計(jì)方案及施工方案，希望能供類似的工程作借鑒參考。