某水電站溢流表孔溢流面抗沖磨處理技術(shù)

張浩江，楊念東，孫建英，段云超，蘇 健

（華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠，云南 景洪，666100）

1 工程概述

某水電站溢流壩段布置在河床右側(cè)，溢流表孔共7 孔，孔口尺寸為15 m×21 m（寬×高）。1 號表孔采用底流消能，2～7號表孔采用收縮比為1∶0.5的對稱Y型“寬尾墩+消力池”聯(lián)合消能工消能。溢流表孔一期混凝土臺階法澆筑，二期抗沖磨層混凝土采用滑膜施工，邊角部位采用木模補縫。

從2007 年2 月澆筑完成投入運行至2019 年，溢流表孔經(jīng)歷了12 年的防洪度汛，隨著混凝土老化和泄洪水流沖蝕磨損，溢流表孔過流面混凝土出現(xiàn)裂縫、沖蝕坑、麻面等缺陷，尤其表孔出口處至反弧段（樁號D0+041.00～D0+051.800）混凝土缺陷較為嚴重。為了保證溢流表孔安全運行，2020年汛前先對3～7 號表孔溢流面混凝土缺陷進行了修補處理，修補區(qū)域見圖1。

圖1 表孔溢流面修補區(qū)域Fig.1 Repaired area on the overflow surface

2 表孔溢流面缺陷形態(tài)及形成原因

2.1 表孔溢流面缺陷形態(tài)

溢流表孔混凝土缺陷主要有裂縫、沖蝕坑、混凝土麻面等三種形態(tài)。

（1）混凝土裂縫。表孔流道內(nèi)混凝土裂縫均為水平狀施工縫或?qū)娱g縫。表孔流道出口以下反弧段混凝土裂縫呈現(xiàn)龜裂狀和水平貫穿性，與壩段結(jié)構(gòu)縫相連，裂縫最大開度2 mm，個別水平裂縫有滲水。

（2）混凝土沖蝕坑?；炷翛_蝕坑主要集中在流道出口段（D0+041.00）和寬尾墩下游側(cè)反弧面，沖蝕坑最大深度25 cm，最大尺寸1.7 m×0.6 m（長×寬），個別部位沖蝕坑內(nèi)有雜草。

（3）混凝土麻面?；炷谅槊嬷饕诒砜琢鞯纼?nèi)（樁號D0+010.00～D0+041.000），深度約1 mm左右，麻面分布零散且不集中。

2.2 溢流面缺陷形成原因分析

根據(jù)溢流面缺陷普查成果資料，結(jié)合表孔溢流面自完工后12 年的運行情況和環(huán)境條件，溢流面缺陷形成原因主要有以下幾點：

（1）電站所處地區(qū)晝夜溫差大，溢流面混凝土在運行過程中產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，導(dǎo)致溢流面抗沖磨混凝土層施工縫開裂。

（2）隨著運行時間增長，長期高溫情況下溢流面混凝土老化、機組運行引起的振動以及泄洪過程中水流沖刷等綜合原因，溢流面反弧段混凝土產(chǎn)生淺表層龜裂裂縫。

（3）溢流面平整度不夠、混凝土局部強度偏低，泄水過程中造成沖蝕磨損，導(dǎo)致溢流面產(chǎn)生麻面、沖蝕坑等缺陷。

（4）橫向結(jié)構(gòu)縫部位錯抬，在高速水流沖刷下，形成空蝕破壞，導(dǎo)致橫向結(jié)構(gòu)縫部位沖蝕坑比較集中。

（5）溢流面混凝土碳化深度達到鋼筋保護層或壩體滲水等原因，溢流面混凝土鋼筋銹蝕，鋼筋外側(cè)混凝土保護層脹裂，形成“順筋裂縫”。溢流面部位的順筋裂縫，在高速水流下，很容易形成沖蝕坑。

（6）電站所處地區(qū)屬北熱帶和南亞熱帶濕潤季風氣候，長夏無冬，干濕季分明，雨季長達5 個月，環(huán)境溫度和濕度適合植物生長。溢流面裂縫或沖蝕坑內(nèi)植物根系發(fā)育，對混凝土也產(chǎn)生了膨脹破壞。

3 表孔溢流面修補工藝及修補方法

3.1 溢流面斜坡段施工措施

本次表孔溢流面缺陷修補范圍為3～7 號溢流表孔工作弧門底坎至消力池反弧段底部（樁號D0+011.0～D0+79.7，高程530.0～581.0 m）。溢流表孔流道內(nèi)及出口部位溢流面坡度較大，溢流面混凝土修補施工時，需要搭設(shè)施工吊籃作為施工平臺。部分吊籃無法施工或坡度小于1∶1 的部位采用軟梯和高空作業(yè)安全坐板作為施工平臺。

本次缺陷修補共投入5 臺吊籃，3～7 號溢流表孔各1 臺吊籃同時進行施工，待流道內(nèi)修補完成后，分別將吊籃移至對應(yīng)的寬尾墩下游面施工。流道修補區(qū)域吊籃懸掛結(jié)構(gòu)安裝在壩頂；寬尾墩下游側(cè)修補區(qū)域吊籃懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)置在寬尾墩上。

3.2 溢流面抗沖磨涂層施工

對溢流面麻面、小氣孔以及過流面平整度處理采用表面涂刷抗沖磨材料EQ 環(huán)氧膠泥，見圖2，主要施工工藝如下：

圖2 溢流面抗沖磨層施工示意圖Fig.2 Layer against abrasion on the overflow surface

（1）采用高壓清洗劑將溢流面灰塵、水垢、浮漿、青苔等雜物清洗干凈，以便對裂縫、剝蝕、沖坑等缺陷進行檢查。

（2）鑿除混凝土麻面上松動的混凝土顆粒、浮漿，并用角磨機將整個溢流面打磨平整，直至露出新鮮密實混凝土面。打磨完成后用高壓清洗機將打磨基面清洗干凈，待基面自然風干或采用加熱設(shè)備烘干，要求修補基面清潔干燥。

（3）先用EQ 環(huán)氧膠泥將混凝土基面上的孔洞填補密實，待固化后進行大面積涂刮。涂刮過程中，多次來回擠壓和抹面，將基面氣泡排出，以保證孔內(nèi)充填密實和膠泥與混凝土面的粘接牢靠。修補后要求表面平整光滑，環(huán)氧膠泥平均厚度不小于2 mm控制，見圖3。

圖3 溢流面環(huán)氧膠泥涂刮Fig.3 Applying epoxy mortar to the overflow surface

3.3 溢流面混凝土裂縫處理

溢流面混凝土裂縫一般采用表面封閉法或貼嘴灌漿法處理。

（1）裂縫開度δ＜3 mm：沿裂縫10 cm寬范圍采用角磨機打磨干凈，然后用高壓水清洗并自然晾干，保證裂縫表面干燥、干凈、無灰塵。表面再涂刮一層2 mm厚的EQ環(huán)氧膠泥封閉處理。

（2）裂縫開度δ≥3 mm：首先涂刷EQ 環(huán)氧膠泥對裂縫進行封閉，然后騎縫貼嘴或鉆小斜孔灌注HK-G 環(huán)氧灌漿材料進行化學(xué)灌漿?；瘜W(xué)灌漿采用由低向高、由一側(cè)向另一側(cè)逐孔灌注，相鄰孔排氣，多孔并灌。灌漿采用遞進法，由起始孔向外端逐個孔灌注。要求選擇高程最低、暢通性良好的孔作為起始灌漿孔，同等條件下應(yīng)選擇從灌區(qū)端部進漿。起始孔開始進漿時，其余孔敞開排氣，待相鄰孔排盡積水及漿水混合物并流出濃漿時，可進行并聯(lián)灌漿，以此類推。灌漿壓力一般為0.2～0.3 MPa，單孔不進漿并且屏漿30 min結(jié)束灌漿。

待灌漿結(jié)束漿液凝固后，將灌漿嘴切除，并用角磨機將裂縫表面打磨平整并用高壓清洗機清洗干凈，見圖4～5。

圖4 滲漏裂縫化學(xué)灌漿Fig.4 Chemical grouting of the leaking joint

圖5 滲漏裂縫處理效果Fig.5 Effect of treatment of the leaking joint

3.4 溢流面沖蝕坑修補

溢流面沖蝕坑采用“鑿舊補新”的修補方法，根據(jù)沖蝕坑深度和大小選擇修補材料：沖蝕坑深度小于5 cm 時，采用HK-UW-3 環(huán)氧砂漿修補；沖蝕坑深度大于5 cm時，采用HK-UW-3環(huán)氧樹脂細石混凝土修補；若深度大于10 cm，埋設(shè)插筋，提高修補體與母體混凝土之間的整體性。插筋采用螺紋鋼筋，外露部分設(shè)置直角彎鉤。

（1）先用混凝土切割機切槽（深度大于3 cm），劃出要清理的破損混凝土的范圍，以便形成規(guī)則的邊緣，修補區(qū)域輪廓線內(nèi)角不宜小于90°。然后采用小型電動工具或輕型工具鑿除疏松混凝土，盡可能少用或不用大型設(shè)備鑿除，以免擾動和損壞周圍混凝土的完整性。鑿除厚度要均勻，避免出現(xiàn)薄弱斷面。最后采用高壓水清洗基面，將基面浮渣、灰塵以及油污沖洗干凈并烘干。

（2）待基面處理工作完成后，在修補基面先涂刷一層環(huán)氧基液，用手觸摸不粘手并能拔絲時（約30 min）再分層回填環(huán)氧砂漿（或環(huán)氧細石混凝土），并振搗密實。修補材料固化后，對其表面進行打磨，使修補面與原混凝土高程、形體一致。

（3）環(huán)氧砂漿（或環(huán)氧細石混凝土）修補完成后的養(yǎng)護期為3 d，修補部位在養(yǎng)護期內(nèi)不應(yīng)有水浸泡或其他沖擊。

沖坑、沖坑修補分別見圖6～8。

圖6 沖蝕坑處理前Fig.6 Erosion pit before treatment

圖7 沖蝕坑修補方法示意圖Fig.7 Treatment measure for the erosion pit

圖8 沖蝕坑環(huán)氧砂漿修補Fig.8 Applying epoxy mortar to the erosion pit

4 修補效果

某水電站3～7 號溢流表孔溢流面從2020 年3 月25日開始修補，5月15日全部完工，共完成溢流面打磨和抗沖磨涂層施工7 623 m2，溢流面沖蝕坑修補17 個，共回填環(huán)氧砂漿或環(huán)氧混凝土2.3 m3，處理混凝土裂縫1 957 m，修補前后見圖9～10。

圖9 溢流表孔修補前Fig.9 Overflow surface outlet before treatment

圖10 溢流表孔修補后Fig.10 Overflow surface outlet after treatment

5 結(jié)語

溢流面修補后，環(huán)氧膠泥抗沖磨涂層整體表面平整光滑、無刮痕，抗沖磨涂層與混凝土基面粘接良好；沖蝕坑修補與周圍混凝土表面平齊，環(huán)氧砂漿粘接良好、無開裂。溢流表孔溢流面修補提高了溢流面平整度、光滑度和抗沖磨性，達到了修補要求，保證了溢流表孔安全運行。