趙山渡水電站泄洪閘閘墩補強及消能設(shè)施消缺

張曉武，潘巍偉

（浙江珊溪水利水電開發(fā)股份有限公司，浙江 溫州325300）

1 引言

趙山渡水電站位于浙江省瑞安市高樓鎮(zhèn)，水庫總庫容3414萬m3，水電站屬于河床式貫流水電站，已經(jīng)安全運行20年，目前發(fā)現(xiàn)泄洪閘下游消能設(shè)施（閘墩過水部位、消力池、下游護坦、海漫）局部部位出現(xiàn)了混凝土表層沖蝕、破損、骨料出露和露筋等現(xiàn)象，下游護坦及海漫分塊間局部部位出現(xiàn)了不均勻沉降，導(dǎo)致邊緣破損等情況，泄洪閘下游消能設(shè)施主要存在混凝土板塊伸縮縫錯臺、消力池底板露筋、混凝土破損及骨料裸露等缺陷，影響了主體工程的正常安全運行，存在安全隱患[2]。主要存在問題有：

（1）消能設(shè)施混凝土表面沖蝕、磨損嚴重，存在多種缺陷，根據(jù)缺陷類型主要可分為混凝土表面裂縫、混凝土分塊錯臺、消力池底板露筋、混凝土破損等幾類情況。

（2）混凝土表面裂縫多表現(xiàn)為之前處理的舊裂縫因沖蝕出現(xiàn)破損；混凝土分塊存在錯臺，錯開寬度約6～12cm，破損沖蝕區(qū)部分露出鋼筋，破損深度約10～35cm，露筋面積約20～40m2；在淺灘區(qū)號1～號7孔位置，消力池底板沖蝕磨損情況嚴重，露骨現(xiàn)象明顯，整體底板較原有混凝土面沖蝕深度約5～7cm，其中號1、號6閘孔下游消能設(shè)施混凝土產(chǎn)生沖蝕、破損嚴重；主槽區(qū)底板沖蝕磨損程度相對較低，局部出現(xiàn)露骨現(xiàn)象，底板整體上較原有混凝土面沖蝕深度約3cm；此外，閘墩混凝土過水區(qū)域局部也出現(xiàn)了骨料裸露和露筋情況。

（3）護坦、海漫混凝土分塊存在不均勻沉降，導(dǎo)致分塊邊緣混凝土破損，部分露出鋼筋，破損深度約5～20cm，破損面積約1～3m2。

2 現(xiàn)場檢測

2018年10月23日～10月26日，對泄洪閘下游消能設(shè)施（消力池、護坦、海漫）進行現(xiàn)場檢測，檢測項目為工程外觀質(zhì)量及混凝土裂縫、混凝土碳化深度、鋼筋銹蝕、鋼筋保護層厚度及混凝土強度等[3]。

2.1 外觀質(zhì)量檢查及裂縫檢測

（1）消力池。主要存在伸縮縫破損（總長1372.80m）、露筋（總面積為248.64m2）、1號～16號閘下消力池過水區(qū)域混凝土沖刷破壞及骨料出露（總面積為22.15m2）等缺陷[4]。

（2）消力池下游側(cè)邊墻。主要存在伸縮縫破損（普遍存在于各混凝土板連接處）、混凝土沖刷破壞（共有6處，最大深度0.23m）、混凝土裂縫（總長10.87m，最大寬度3.8mm）、鋼筋出露（共有4處，最大一處長3.35m，寬1.29m，深0.19m）等缺陷。

（3）護坦。主要存在表面混凝土沖刷及骨料出露（普遍存在于各混凝土板的表面）、沉降伸縮縫破損及不均勻沉降（普遍存在于各混凝土板連接處）、混凝土面板連接處破損及滲漏、混凝土沖坑（共有9處，最大深度0.26m）、裂縫（總長44.65m，最大寬度4.7mm）、鋼筋出露（共有1處）等缺陷。

（4）海漫。主要存在包括表面混凝土沖刷及骨料出露（普遍存在于各混凝土板的表面）、各混凝土板及板的連接處普遍存在不均勻沉降和沉降伸縮縫破損現(xiàn)象、混凝土面板連接處破損及滲漏、混凝土沖坑（共有17處，最大深度0.36m）、裂縫（總長58.47m，最大寬度4.6mm）等缺陷。

2.2 混凝土表面碳化深度及鋼筋混凝土厚度檢測

各受檢部位混凝土碳化深度均小于鋼筋保護層厚度，內(nèi)部鋼筋處于混凝土的有效保護中。

2.3 鋼筋銹蝕檢測

消力池（號10閘孔樁號閘下0+076.30m、號11閘孔樁號閘下0+076.20m）、護坦（號9閘孔樁號閘下0+081.20m）處受檢鋼筋發(fā)生銹蝕概率為50%，可能存在坑蝕現(xiàn)象，其他受檢部位鋼筋無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定，銹蝕概率為5%。

2.4 混凝土強度檢測

各受檢部位的混凝土現(xiàn)齡期抗壓強度推定值均大于相應(yīng)的設(shè)計值，滿足設(shè)計要求（消力池和護坦的混凝土設(shè)計標號為200號，海漫的混凝土設(shè)計標號為150號）；消力池、護坦、海漫所處環(huán)境類別為二類，根據(jù)現(xiàn)行《SL191-2008水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求，設(shè)計強度等級不宜小于C25，混凝土強度不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求[5]。

3 成因分析

3.1 大流量泄洪沖蝕

趙山渡水電站運行多年，經(jīng)歷過多次大流量泄洪。泄洪時，泄洪閘下游消能設(shè)施在攜帶有大量的懸浮泥沙顆粒的高速水流環(huán)境下運行，水流使得懸浮泥沙顆粒具有較大的動能，沖撞過流表面，從而造成過流部位表面嚴重的沖蝕磨損，這是造成泄洪閘下游消能設(shè)施缺陷的主要原因。

3.2 建設(shè)條件及材料水平限制

受當時建設(shè)條件限制，泄洪閘下游消能設(shè)施采用的混凝土強度標號較低，其中，消力池為200號鋼筋混凝土，下游護坦及海漫為150號鋼筋混凝土。同時，受當時材料水平限制，閘墩、消力池、下游護坦及海漫也均未設(shè)置表面防沖磨層。

4 補強消缺方案設(shè)計

4.1 裂縫封縫處理

（1）滲水裂縫處理?；炷翝B水裂縫先進行縫內(nèi)灌漿填充封閉處理，灌漿材料為水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料。工藝為：①清縫；②鉆孔埋管；③封縫灌漿。

（2）不滲水裂縫處理。縫寬δ＜0.2mm 時，本次設(shè)計不做處理?？p寬δ≥0.2mm 時，做灌漿充填封閉處理，灌漿材料為HK-G-2低粘度環(huán)氧灌漿材料，具體施工工藝：①清縫；②鉆孔埋管；③封縫灌漿。

4.2 混凝土破損修復(fù)處理

混凝土破損部位根據(jù)破損深度分為三類：Ⅰ類破損（深度≤3cm）；Ⅱ類破損（保護層厚度＞深度＞3cm）；Ⅲ類破損（深度≥保護層厚度）。根據(jù)不同的破損類別，采用相應(yīng)的修復(fù)措施，具體如下。

（1）Ⅰ類破損修復(fù)。對于Ⅰ類破損，采用HKKB-1聚合物混凝土（砂漿）回填的方式進行修復(fù)。

（2）Ⅱ類破損修復(fù)。對于Ⅱ類破損，采用先布設(shè)插筋和表層鋼筋網(wǎng)，再采用HK-KB-1聚合物混凝土（砂漿）回填的方式進行修復(fù)。

（3）Ⅲ類破損修復(fù)。對于Ⅲ類破損，采用先對外露鋼筋進行除銹處理，再布設(shè)插筋和表層鋼筋網(wǎng)，最后采用HK-KB-1聚合物混凝土（砂漿）回填的方式進行修復(fù)。

4.3 閘墩表面抗沖磨處理方案及比選

為增強過水建筑物的抗沖耐磨性能，在現(xiàn)有過水建筑物表面新設(shè)耐磨蝕護面是比較常規(guī)的做法[6]。針對新設(shè)耐磨蝕護面材料，經(jīng)過比選，最終采用了環(huán)氧樹脂混凝土進行補強處理。

對泄洪閘閘墩補強范圍內(nèi)的過水面采用增設(shè)耐磨蝕護面的方法進行補強處理，護面材料為HKUW-3混凝土，厚度為1cm。具體施工工藝可參考以下工藝：①表面處理；②涂刷底膠；③環(huán)氧砂漿覆蓋處理；④起始端處理；⑤缺陷檢查；⑥材料性能。

5 實踐與結(jié)論

5.1 施工實踐

本工程裂縫處理350m，混凝土破損修復(fù)32處，環(huán)氧樹脂混凝土抗沖磨護面（厚1cm）3062m2。

混凝土消缺及加固處理范圍包括樞紐泄洪閘閘墩、泄洪閘下游護坦段及海漫段，根據(jù)樞紐布置泄洪閘分為主槽區(qū)段和淺灘區(qū)段兩部分[7]，中間有導(dǎo)墻分隔。主槽區(qū)泄洪閘堰頂高程8.5m，消力池底高程3.5m，護坦及海漫高程6.5m；淺槽區(qū)泄洪閘堰頂高程10.5m，消力池底高程5.0m，護坦及海漫高程7.0m；原1臺機滿發(fā)下游水位為9.6m，2臺機滿發(fā)下游水位為10.3m。機組發(fā)電運行下游水位抬升會影響泄洪閘下游施工，按水位設(shè)施工圍堰工程量過大，考慮多年運行下游水位降低和枯水期發(fā)電流量有限的情況，綜合施工范圍和內(nèi)容等條件，分主槽區(qū)和淺槽區(qū)分別采用沙包堆放設(shè)置高度1～2m 臨時圍堰擋水。

此外，樞紐尾水導(dǎo)墻及泄洪閘下游主淺槽區(qū)分隔導(dǎo)墻上均設(shè)有φ10cm 或φ30cm 平壓孔，考慮施工期間多為低水位的條件，采用封堵措施，臨時封閉枯水期水位以下導(dǎo)墻平壓孔，保證干地施工條件。

5.2 總結(jié)結(jié)論

（1）針對河流貫流式水電站，泄洪閘的泄洪次數(shù)較多，泄洪閘運行壓力大，建議超過10年泄洪閘應(yīng)該作全面的檢查和檢測，閘墩應(yīng)該補強及消能設(shè)施應(yīng)該消缺。

（2）由于是河流式水電站，泄洪閘混泥土沖蝕影響分析應(yīng)該考慮大流量的影響和當時電站建設(shè)時間的材料和技術(shù)水平的限制。

（3）應(yīng)該依據(jù)新的規(guī)程，對泄洪閘下游增加消能設(shè)施，如消力池、護坦、海漫等。

（4）應(yīng)該依據(jù)實際情況，做好方案比選和材料的選型計算。

（5）現(xiàn)場應(yīng)該按照實際情況，分段圍堰實施，如本次實施，泄洪閘分為主槽區(qū)段和淺灘區(qū)段2部分開展。