瑯琊山抽水蓄能電站尾調(diào)閘門槽二期混凝土缺陷處理技術(shù)應(yīng)用分析

萬昔超，周 瑛

（華東瑯琊山抽水蓄能有限責(zé)任公司，安徽省滁州市 239000）

0 引言

瑯琊山抽水蓄能電站位于安徽省滁州市，電站樞紐由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房、尾水明渠及下水庫、地面開關(guān)站、中央控制室系統(tǒng)等主要建筑物組成，工程等級為二等，總裝機(jī)容量為600MW（4×150MW）。電站設(shè)有兩個阻抗式尾水調(diào)壓室，阻抗孔直徑3.5m，調(diào)壓井內(nèi)徑18.6m，為鋼筋混凝土襯砌，厚度0.8m（強(qiáng)度C20），調(diào)壓井底部井座段長19.92m，底板高程為-19.5m，阻抗板底高程為-13.3m，阻抗板厚1.5m，井口高程為54.5m，布置有尾水事故閘門檢修平臺。調(diào)壓井與尾水支洞的交叉處布置4扇尾水事故閘門，閘門孔口尺寸4.6m ×6.2m，采用下游止水，門槽采用寬1.41m、深0.7m的矩形門槽，混凝土分一、二期澆筑[1]。

2019年4 月，放空檢查發(fā)現(xiàn)3、4號尾調(diào)閘門槽二期混凝土質(zhì)量存在較大缺陷，主要表現(xiàn)為：3號閘門6m以下下游側(cè)門槽二期混凝土有7處明顯沙化，敲打掏挖會掉落和水流外滲，有兩處面積較大；4號閘門上游右側(cè)門槽二期混凝土有長1m、寬15cm大小孔洞；5m以下下游側(cè)門槽有5處混凝土明顯沙化，敲打掏挖會掉落和水流外滲。門槽混凝土沙化、蜂窩見圖1。

1 缺陷現(xiàn)狀

1.1 分析方法

1.1.1 超聲回彈法

回彈法是最常見的混凝土強(qiáng)度測定無損檢測技術(shù)，是一種表面硬度法[2]。原理是使用一個由彈簧驅(qū)動的重錘來彈擊待測混凝土結(jié)構(gòu)的表面，然后再獲取重錘的回彈距離，將重錘的反彈距離和設(shè)備彈簧原始長度的比值當(dāng)作衡量強(qiáng)度的量化數(shù)值，由此來確定混凝土強(qiáng)度。

圖1 門槽混凝土沙化、蜂窩Figure 1 Sandification，honeycomb of concrete in gate slots

本次應(yīng)用采用ZC3-D一體式數(shù)顯回彈儀，每個測區(qū)選取16個測點(diǎn)，計(jì)算測區(qū)平均回彈值應(yīng)從16個回彈值中剔除3個最大值和3個最小值，計(jì)算公式如下[3]：

式中Rm——測區(qū)平均回彈值，精確到0.01；

Ri——第i測點(diǎn)的回彈值。

計(jì)算所得平均回彈值（Rm）及平均碳化深度值（dm）由規(guī)程附錄或測強(qiáng)曲線可計(jì)算出第i個測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值，并計(jì)算出測區(qū)混凝土強(qiáng)度平均值，根據(jù)公式可得混凝土強(qiáng)度推定值fcu，e。

1.1.2 地質(zhì)雷達(dá)電磁波反射法

電磁波在襯砌、圍巖內(nèi)傳播過程中，遇到不同介質(zhì)交界（如圍巖、襯砌的交界處）或是內(nèi)部裂縫、空洞等，由于不同物質(zhì)對電磁波的反射能力不同，在這些部位，電磁波就會產(chǎn)生較大反射。兩種介質(zhì)的差異越大，反射回的電磁波能量越強(qiáng)，接收的信號就越強(qiáng)烈。再通過信號技術(shù)處理形成圖像，進(jìn)而推斷出地下目標(biāo)物的實(shí)際情況[4，5]。地質(zhì)雷達(dá)工作原理圖見圖2。

本次應(yīng)用以尾調(diào)阻抗孔平臺為基準(zhǔn)面，采用HJC-017型號超聲波檢測儀，主頻為1～1000MHz波段，采用高頻天線以提高探測精度，探測深度2m，探測一、二期混凝土界面缺陷，采用連續(xù)掃描+點(diǎn)采混合的數(shù)據(jù)采集方式。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)工作原理圖Figure 2 Geological radar working principle diagram

1.2 檢測路線

閘門槽二期混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，本次利用檢測結(jié)果前后對比法分析消缺效果。消缺前后二期混凝土質(zhì)量檢測位置均位于閘門井內(nèi)側(cè)二期混凝土位置，詳見圖3。修補(bǔ)前，回彈儀檢測時從井口到井底共抽檢110個測區(qū)，得回彈平均值，并采用平面雙發(fā)雙收探頭進(jìn)行波速測量；內(nèi)部缺陷檢測采用反射波法，自上而下或自下而上對檢測混凝土進(jìn)行掃描，共檢測256m。

圖3 本次檢測二期混凝土位置圖Figure 3 The second stage concrete position map of this test

1.3 分析結(jié)果

（1）分析圖4和圖5可知，修補(bǔ)前3號閘門井門槽混凝土抗壓強(qiáng)度高于20MPa占比為61.5%，未見低于10MPa的，混凝土強(qiáng)度整體隨高程變大呈增大趨勢，高度3m的一期混凝土強(qiáng)度明顯高于同高程二期混凝土強(qiáng)度，為16.7～20.3MPa。

圖4 3號閘門左側(cè)門槽混凝土推定強(qiáng)度變化情況Figure 4 Variation of the estimated strength of the left gate slots concrete on the No. 3

圖5 3號閘門右側(cè)門槽混凝土推定強(qiáng)度變化情況Figure 5 Variation of the estimated strength of the right gate slots concrete on the No. 3

（2）分析圖6和圖7可知，修補(bǔ)前4號閘門井門槽混凝土抗壓強(qiáng)度高于20MPa占比為57.5%，未見低于10MPa的，混凝土強(qiáng)度整體隨高程變大呈增大趨勢，高度3m的一期混凝土強(qiáng)度明顯高于同高程二期混凝土強(qiáng)度，為19.9～24.9MPa。

圖6 4號閘門左側(cè)門槽混凝土推定強(qiáng)度變化情況Figure 6 Variation of the estimated strength of the left gate slots concrete on the No. 4

圖7 4號閘門右側(cè)門槽混凝土推定強(qiáng)度變化情況Figure 7 Variation of the estimated strength of the right gate slots concrete on the No. 4

（3）分析圖8～圖19可知，3、4號閘門井門槽的缺陷以局部脫空與不密實(shí)為主，8m以下局部出現(xiàn)連續(xù)脫空、不密實(shí)。

圖8 3號閘門槽左側(cè)45～66m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 8 Internal defect detection result of 45～66m height section on the left side of gate 3

圖9 3號閘門槽左側(cè)20～45m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 9 Internal defect detection result of 20～45m height section on the left side of gate 3

圖10 3號閘門槽左側(cè)1～20m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 10 Internal defect detection result of 1～20m height section on the left side of gate 3

圖11 3號閘門槽右側(cè)45～66m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 11 Internal defect detection result of 45～66m height section on the right side of gate 3

圖12 3號閘門槽右側(cè)20～45m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 12 Internal defect detection result of 20～45m height section on the right side of gate 3

圖13 3號閘門槽右側(cè)1～20m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 13 Internal defect detection result of 1～20m height section on the right side of gate 3

圖14 4號閘門槽左側(cè)45～66m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 14 Internal defect detection result of 45～66m height section on the left side of gate 4

圖15 4號閘門槽左側(cè)20～45m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 15 Internal defect detection result of 20～45m height section on the left side of gate 4

圖16 4號閘門槽左側(cè)1～20m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 16 Internal defect detection result of 1～20m height section on the left side of gate 4

圖17 4號閘門槽右側(cè)45～66m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 17 Internal defect detection result of 45～66m height section on the right side of gate4

圖18 4號閘門門槽右側(cè)20～45m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 18 Internal defect detection result of 20～45m height section on the right side of gate 4

圖19 4號閘門門槽右側(cè)1～20m高度段內(nèi)部缺陷檢測結(jié)果Figure 19 Internal defect detection result of 1～20m height section on the right side of gate 4

2 原因分析

尾調(diào)閘門槽施工時，為使預(yù)埋件閘門軌道及其加固鋼筋安裝方便，采取二期混凝土施工工藝，井口到井底落差67.8m，二期混凝土澆筑最大厚度1.0m，施工懸空高度較大、空間狹窄。

初步分析，尾調(diào)閘門井門槽底部二期混凝土形成裂隙、混凝土沙化的原因，一是門槽二期混凝土澆筑時，混凝土入倉面與澆筑面高差較大，混凝土可能已產(chǎn)生離析問題，尤其是底部混凝土，振搗容易不密實(shí)，出現(xiàn)滲水通道[6，7]；二是尾水調(diào)壓井內(nèi)水位隨抽水、發(fā)電影響不斷上下波動，底部混凝土裂隙水和調(diào)壓井內(nèi)水在水壓力作用下使混凝土裂隙不斷增大，出現(xiàn)水流帶走砂石，造成混凝土掏空。

3 缺陷處理方案

混凝土缺陷修復(fù)根據(jù)具體情況可以采用高標(biāo)號細(xì)石混凝土回填、化學(xué)灌漿等方法進(jìn)行處理[8]。本次消缺采用“鑿舊補(bǔ)新”回填法，范圍為3、4號閘門槽阻抗孔平臺以上6m區(qū)間內(nèi)二期混凝土（-6.8～ -0.8m高程），對缺陷混凝土全部鑿除后重新澆筑HK-KB-1高分子聚合物混凝土，該材料擁有無機(jī)材料和高分子材料的綜合性能，具有固化快、強(qiáng)度高、黏結(jié)力強(qiáng)、施工方便、性價比高等特點(diǎn)。主要性能指標(biāo)見表1。

消缺工作重點(diǎn)、難點(diǎn)為高空作業(yè)，作業(yè)面與井口高差67.8m，本次采用雙吊點(diǎn)吊籃施工，吊籃布置在兩個閘門井口兩側(cè)空地，見圖20，懸吊平臺尺寸（長×寬×高）為2.5m×2×0.76m，額定載重量500kg，升降速度9～11m/min。作業(yè)面采用滿堂鋼管里腳手架施工，布置于閘門槽內(nèi)。

表1 高分子聚合物主要物理指標(biāo)Table 1 Main physical indicators of high molecular polymers

圖20 吊籃布置位置示意圖Figure 20 Layout position diagram of hanging basket

基面清理時，缺陷混凝土周圍必須鑿除至新鮮堅(jiān)硬層，清除表面松動的碎石、浮塵，修補(bǔ)時鑿出坑需呈多邊形，周邊應(yīng)與混凝土表面斜交，深度不小于2cm。

視原鋼筋銹蝕情況判斷是否需要置換鋼筋網(wǎng)，將銹蝕嚴(yán)重的鋼筋替換成φ20熱軋帶肋鋼筋，按規(guī)范綁扎焊接。對于無法焊接的采用植筋方法與一期混凝土連接，布置植筋孔，深度200mm，孔徑25mm；按植筋次序先灌注HK-982結(jié)構(gòu)膠，然后再將φ20螺紋鋼筋表面化學(xué)清洗后植入孔內(nèi)。

基面預(yù)先潤濕，呈飽水狀態(tài)，然后用HK-KB-1凈漿（A：B=3：1）涂刷基面，以增強(qiáng)粘結(jié)效果。修補(bǔ)時先將A組分和小石子、砂拌和均勻，加入已有緩凝劑的B組分，快速攪拌均勻，必要時可加少量水來調(diào)節(jié)稠度。最后回填搗實(shí)、抹平及齡期3～7天養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度30MPa以上。

本次調(diào)壓井內(nèi)施工材料、人員運(yùn)輸采用吊籃施工，最大垂直高度差67.8m，腳手架最大高度8m，計(jì)劃工期21天，嚴(yán)格的安全、工期、質(zhì)量措施保障了本次消缺的順利進(jìn)行。門槽混凝土修補(bǔ)后照片見圖21。

圖21 門槽混凝土修補(bǔ)后照片F(xiàn)igure 21 Photographs of gate slots concrete after repairing

4 處理效果分析

4.1 混凝土抗壓強(qiáng)度

缺陷處理后，同樣采用回彈及超聲綜合法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度，針對底部6m范圍每1m布置一個測區(qū)，共24個測區(qū)。由表2分析可知，修補(bǔ)后位置混凝土推定強(qiáng)度普遍高于30MPa，先期澆筑的、靠近底部的測區(qū)強(qiáng)度略高，個別測區(qū)因施工接縫影響強(qiáng)度略低。

4.2 內(nèi)部缺陷檢測

修補(bǔ)后區(qū)域混凝土雷達(dá)掃描共約22m，結(jié)果顯示，各個測試段落內(nèi)未見明顯脫空，綜合回彈超聲綜合法檢測成果，修補(bǔ)后混凝土結(jié)構(gòu)完整性、強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求（見圖22和圖23）。

表2 缺陷修補(bǔ)后混凝土推定強(qiáng)度值Table 2 Concrete estimated strength value after defect repair

圖22 3號閘門槽左、右側(cè)底部6m高度段混凝土修補(bǔ)后雷達(dá)波圖Figure 22 Radar wave diagram of concrete repaired at the left and right bottom 6m height section of 3 gate slots

圖23 4號閘門槽左、右側(cè)底部6m高度段混凝土修補(bǔ)后雷達(dá)波圖Figure 23 Radar wave diagram of concrete repaired at the left and right bottom 6m height section of 4 gate slots

5 結(jié)束語

“鑿舊補(bǔ)新”回填法和高分子聚合物增強(qiáng)了瑯琊山抽水蓄能電站2號尾調(diào)閘門槽二期缺陷處混凝土耐久性，并利用超聲回彈法、地質(zhì)地雷達(dá)技術(shù)對修補(bǔ)效果進(jìn)行了客觀分析，保證了電站正常運(yùn)行。

施工質(zhì)量控制是提高二期混凝土強(qiáng)度及耐久性的關(guān)鍵，對于運(yùn)行期電站調(diào)壓井混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)放空檢查，加強(qiáng)缺陷混凝土檢測和安全評估。如何減小調(diào)壓井水位周期性起伏對二期混凝土的不利影響值得進(jìn)一步研究。