奴爾水利樞紐泄洪沖沙洞及消力池修復(fù)設(shè)計(jì)

班懿根

(新疆塔里木河流域奴爾水利樞紐建設(shè)管理局，新疆 策勒 848300)

1 工程概況

奴爾水利樞紐是奴爾河上的控制性工程，是一座承擔(dān)灌溉、發(fā)電綜合利用任務(wù)的樞紐工程。水庫(kù)總庫(kù)容為0.69億m3，正常蓄水位為2497 m，死水位2465 m，電站總裝機(jī)容量為6.2 MW，多年平均年發(fā)電量為0.217億kW·h。工程由攔河壩、導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞、溢洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等組成。大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，最大壩高80 m。工程地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

奴爾河流域?qū)倥瘻貛Т箨懶愿珊禋夂?，四季分明，夏季炎熱，冬季寒而不冷，春季升溫快而不穩(wěn)定，秋季降溫快，降水稀少，日照豐富，氣溫年、日變化大，無(wú)霜期長(zhǎng)，緯度地帶性氣候變化明顯。奴爾河山區(qū)歷年極端最高氣溫36.4 ℃，極端最低氣溫-22.5 ℃，多年平均氣溫4.7 ℃，多年平均年降水量195.0 mm，多年平均年蒸發(fā)量1267.4 mm。

奴爾河及其臨近流域均無(wú)推移質(zhì)觀測(cè)資料，由于工程區(qū)地處南疆山區(qū)，結(jié)合該區(qū)域周邊已建水利工程的設(shè)計(jì)成果和實(shí)際運(yùn)行情況，推移質(zhì)輸沙量占年懸移質(zhì)輸沙量的比例按20%考慮。經(jīng)計(jì)算奴爾水文站推移質(zhì)輸沙量為12.75×104t。奴爾河流域奴爾水文站的天然輸沙量為懸移質(zhì)輸沙量與推移質(zhì)輸沙量之和。其多年平均年輸沙總量為76.5×104t，多年平均含沙量3.73 kg/m3。

2 水庫(kù)導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞沖蝕、磨蝕現(xiàn)狀

(1)導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞有壓洞洞身。通過(guò)對(duì)導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞有壓段洞身整體進(jìn)行查看，洞內(nèi)混凝土襯砌段底拱40°～60°范圍有磨損現(xiàn)象；形成0.1～0.2 m的小溝，寬度約1 m。洞身局部有露筋，露筋主要為分布鋼筋，露筋部位磨損嚴(yán)重，且有部分鋼筋斷裂現(xiàn)象，局部個(gè)別地方發(fā)現(xiàn)受力筋磨斷現(xiàn)象。隧洞頂拱整體情況良好，磨損輕微或未磨損。

(2)導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞工作閘井。導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞閘井底板發(fā)現(xiàn)磨蝕現(xiàn)象。局部較嚴(yán)重，有0.2 m的坑槽。鋼板底部工字鋼出露。

(3)導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞出口。出口消力池陡坡段底板局部有露筋，露筋主要為分布鋼筋，露筋部位磨損嚴(yán)重。在陡坡段底板出露的排水管的位置混凝土磨損嚴(yán)重[1-2]。

3 工程修復(fù)方案設(shè)計(jì)

3.1 底拱漏水部位處理

采用水溶性聚氨酯灌漿材料對(duì)裂縫、伸縮縫進(jìn)行化灌處理。該材料是由異氰酸酯與伯羥基聚醚等經(jīng)一定工藝合成而得的單組分灌漿材料[3-4]。性能指標(biāo)見表1。

表1 水溶性聚氨酯灌漿材料技術(shù)指標(biāo)

封孔材料—GMT高性能改性聚合物修補(bǔ)砂漿其介紹、性能特點(diǎn)、主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 GMT高性能改性聚合物修補(bǔ)砂漿技術(shù)指標(biāo)

3.2 導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞沖蝕、磨蝕處理

導(dǎo)流兼泄洪沖沙有壓洞身底拱混凝土襯砌段40°～60°范圍有0.1～0.2 cm、寬約1 m的小溝，局部有露筋、斷筋現(xiàn)象；工作閘井磨蝕嚴(yán)重，有20 cm坑槽，鋼板底部工字鋼露出；出口消力池有露筋、鋼筋磨損嚴(yán)重，需針對(duì)三段不同的沖蝕、磨蝕破壞的不同程度，有不同處理方案。

3.2.1 磨損厚度δ≤3 cm區(qū)域

(1)修補(bǔ)材料。磨損厚度δ≤3 cm，采用專用環(huán)氧樹脂基液處理劑和改性環(huán)氧抗沖磨修復(fù)材料修補(bǔ)，本項(xiàng)目擬使用的GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿專用界面處理劑雙組分改性環(huán)氧界面劑和GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿的性能見表3和表4。

(2)修補(bǔ)施工工藝。磨損厚度δ≤3 cm區(qū)域GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿修補(bǔ)的工藝流程為：確定修補(bǔ)區(qū)域→待修補(bǔ)區(qū)混凝土基面清理及打磨→清洗并干燥→涂刷雙組分改性環(huán)氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿→養(yǎng)護(hù)。

表3 雙組分改性環(huán)氧界面劑主要性能參數(shù)

表4 GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿主要性能參數(shù)

3.2.2 磨損厚度3 cm<δ≤10 cm區(qū)域

(1)修補(bǔ)材料。底板磨損厚度3 cm<δ≤10 cm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該修補(bǔ)厚度區(qū)域可采用強(qiáng)度不低于M40砂漿作為基地，考慮到洞內(nèi)實(shí)際情況該修補(bǔ)區(qū)的基面為潮濕基面，按照潮濕基面進(jìn)行修補(bǔ)處理，宜選用高性能改性聚合物砂漿和GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿兩種修復(fù)材料復(fù)合使用，其中高性能改性聚合物砂漿修補(bǔ)厚度為1～8 cm，作為基層修補(bǔ)材料，其余2 cm用GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進(jìn)行修復(fù)，不足2 cm的，應(yīng)鑿深至2 cm，當(dāng)修補(bǔ)面積大于0.5 m2時(shí)，布置Φ20同型插筋。

(2)修補(bǔ)施工工藝。混凝土表面磨損厚度3 cm<δ≤10 cm區(qū)域，高性能改性聚合物砂漿作為基層修補(bǔ)材料修補(bǔ)1～8 cm，GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進(jìn)行表面2 cm修復(fù)，工藝流程為：確定修補(bǔ)區(qū)域→待修補(bǔ)區(qū)混凝土基面清理及鑿毛→清洗→涂刷高性能改性聚合物凈漿→鋪筑高性能改性聚合物凈漿→養(yǎng)護(hù)，干燥→涂刷雙組分改性環(huán)氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿→養(yǎng)護(hù)→混凝土接縫面涂刷雙組分改性環(huán)氧界面劑。

3.2.3 磨損厚度10 cm<δ≤15 cm區(qū)域

選用與原設(shè)計(jì)同標(biāo)號(hào)混凝土回填至表層2 cm，剩余深度2 cm用GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進(jìn)行修復(fù)，不足2 cm的，應(yīng)鑿深至2 cm，當(dāng)修補(bǔ)面積大于0.5 m2時(shí)，布置Φ20同型插筋。

(1)修補(bǔ)材料。底層修復(fù)材料(8～13 cm)：洞身段，C40W10二級(jí)配混凝土;閘井段，C40F200W6二級(jí)配混凝土;消力池段，C40F200W6二級(jí)配混凝土。表面抗沖磨材料(2 cm)：雙組分改性環(huán)氧界面劑；GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿，性能見表3與表4。

(2)修補(bǔ)施工工藝?；炷帘砻婺p厚度10 cm<δ≤15 cm區(qū)域，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，回填指定的二級(jí)配混凝土進(jìn)行底面修補(bǔ)，表面2 cm采用抗沖磨材料GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿抹面，修補(bǔ)工藝流程為：確定修補(bǔ)區(qū)域→破損區(qū)混凝土基面清理及鑿毛→清洗處理→鋼筋處理，回填指定混凝土→灑水養(yǎng)護(hù)，干燥處理→涂刷雙組分改性環(huán)氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿→養(yǎng)護(hù)→混凝土接縫面涂刷雙組分改性環(huán)氧界面劑。

3.2.4 磨損厚度δ>15 cm區(qū)域

露出鋼筋處理，根據(jù)情況，進(jìn)行鋼筋除銹、置換，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，后選用與原設(shè)計(jì)同標(biāo)號(hào)混凝土回填至表層2 cm，剩余深度2 cm用GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進(jìn)行修復(fù)，不足2 cm的，應(yīng)鑿深至2 cm，當(dāng)修補(bǔ)面積大于0.5 m2時(shí)，補(bǔ)焊鋼筋，加鋼筋網(wǎng)。

(1)修補(bǔ)材料。底層修復(fù)材料(大于13 cm)：洞身段，C40W10二級(jí)配混凝土；閘井段，C40F200W6二級(jí)配混凝土；消力池段，C40F200W6二級(jí)配混凝土。表面抗沖磨材料(2 cm)：雙組分改性環(huán)氧界面劑與GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿。

(2)修補(bǔ)施工工藝?；炷帘砻婺p厚度10 cm<δ≤15 cm區(qū)域，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，回填指定的二級(jí)配混凝土進(jìn)行底面修補(bǔ)，表面2 cm采用抗沖磨材料GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿抹面，修補(bǔ)工藝流程為：確定修補(bǔ)區(qū)域→破損區(qū)混凝土基面清理及鑿毛→清洗處理→鋼筋處理，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，回填指定混凝土→灑水養(yǎng)護(hù)，干燥處理→涂刷雙組分改性環(huán)氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿→養(yǎng)護(hù)→混凝土接縫面涂刷雙組分改性環(huán)氧界面劑。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于多泥沙河流來(lái)說(shuō)，水利樞紐工程的泄洪沖沙洞與消力池部位發(fā)生磨蝕現(xiàn)象較為普遍。針對(duì)此種情況，根據(jù)奴爾水庫(kù)工程磨蝕深度，采用專用環(huán)氧樹脂基液處理劑、GMT新型快速修復(fù)抗沖磨砂漿、改性環(huán)氧抗沖磨修復(fù)材料等不同方案進(jìn)行修補(bǔ)。工程實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)方案滿足規(guī)范及運(yùn)行要求，可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考借鑒。