春水水電站主要水工建筑物安全復核及評價分析

張陸勇

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司， 廣東 廣州 510000)

在中國近代發(fā)展的過程中，大大小小的水電站隨著國民經濟的發(fā)展，都在不斷進行水利資源的開發(fā)，中國建有9萬余座大壩[1]，部分大壩已經建成時間較為久遠，大壩的壩體結構都有或多或少的運行損傷和老舊變化[1]。

大壩的本身的功能是攔蓄水體，蓄積能量，用于發(fā)電、灌溉或者防洪，包括改善航運的等級等，為國家創(chuàng)造了經濟效益，但是大壩一旦出現危險，巨大的庫容水量也會給下游的人類生命財產帶來巨大的傷害，破壞生態(tài)環(huán)境。因此，大壩的運行安全評價是水電站運行過程中必不可少的過程。本文就針對春水水電站的主要水工建筑物，闡述如何進行安全檢測，安全檢測的內容，安全復核的項目及內容，對水電站的主要結構進行安全評價，給運營單位的維護保養(yǎng)予以建議[2-3]。

1 概 況

春水水電站工程位于綏江中游，地處廣寧縣排沙鎮(zhèn)春水圩，電站距廣寧縣城26.0 km，距上游東鄉(xiāng)水電站26.5 km，距下游白沙水電站25.0 km，至肇慶74.0 km，至廣州114.0 km。春水水電站是一宗以發(fā)電為主兼有航運效益、美化環(huán)境的水利樞紐工程。工程正常蓄水位為21.400 m，設計洪水位24.168 m，校核洪水位25.207 m；春水電站總裝機1.8萬kW，正常蓄水位相應庫容3255.48萬m3。春水樞紐攔河壩閘壩、發(fā)電廠房、船閘等永久建筑物級別均按4級建筑物設計，洪水標準按50 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核。

2 安全檢測

2.1 安全檢測內容

根據項目的實際情況，綜合確定檢測內容如下：

(1)混凝土結構安全檢測，主要包括：外觀質量與缺陷檢測、主要結構構件混凝土強度檢測、混凝土碳化深度、鋼筋保護層厚度與銹蝕程度檢測。

(2)金屬結構安全檢測，主要包括鋼閘門啟閉機的巡視檢查與外觀檢測、腐蝕檢測、材料檢測、無損檢測及啟閉機運行狀況檢測。

2.2 檢測方法

用于本項目的檢測方法見表1[4]。

2.3 檢測結果

2.3.1 混凝土結構

(1)結構強度。 對上閘首、導流墻、攔河閘壩等結構進行了強度檢測，檢測結果為：上閘首左邊墩、上閘首右邊墩、導流墻、攔河閘壩左邊墩、攔河閘壩3號墩、攔河閘壩5號墩、攔河閘壩7號墩、攔河閘壩A-3立柱、攔河閘壩A-7立柱、攔河閘壩B-1立柱、攔河閘壩B-5立柱、進水口左邊墩、進水口右邊墩和交通橋的混凝土強度推定值依次為29.9 MPa、29.3 MPa、28.2 MPa、29.4 MPa、29.7 MPa、29.5 MPa、28.9 MPa、26.2 MPa、27.7 MPa、26.9 MPa、26.8 MPa、25.5 MPa、29.1 MPa、29.5 MPa和31.1 MPa，各部分結構強度都大于25 MPa，滿足規(guī)范要求。

表1 檢測方法匯總

(2)鋼筋保護層。 對上閘首左邊墩、上閘首右邊墩、攔河閘壩3號墩、攔河閘壩5號墩、攔河閘壩A-3立柱、攔河閘壩B-5立柱和進水口左邊墩的混凝土碳化深度和鋼筋保護層厚度檢測結果表2。

碳化深度均小于其鋼筋保護層厚度，表明鋼筋目前仍處于混凝土的堿性保護之中。

(3)鋼筋銹蝕度檢測。 上閘首左邊墩、上閘首右邊墩；攔河閘壩左邊墩、攔河閘壩3號墩；進水口左邊墩、進水口右邊墩測區(qū)的電位水平均在-200～-350 mV，根據技術標準判別，位于該電位水平的鋼筋發(fā)生銹蝕的概率為50%[2]，可能存在坑蝕現象。

2.3.2 鋼閘門

船閘共2扇閘門，閘門采用人字閘門，閘門整體結構完好，未見扭曲變形。閘門主梁、次梁、隔板、斜接柱、門軸柱、背拉桿及面板結構完整，未見變形，損傷。閘門主要受力焊縫外觀完整，未發(fā)現裂紋、表面夾渣等缺陷。門體及各個主要構件涂層基本完整。閘門面板下部由于長期泡水有青苔以及淤泥覆蓋，在有青苔覆蓋的部分區(qū)域，涂層存在鼓泡、起皮現象，銹斑明顯可見，局部可見蝕坑。閘門主梁腹板，主梁翼緣板均有明顯可見的銹斑，且伴有起皮現象。

表2 混凝土結構碳化深度和鋼筋保護層厚度檢測結果 mm

閘門有止水橡膠，止水橡膠有磨損、老化現象。閘門右側止水以及底部止水均有老化現象，導致有漏水現象。

2.3.3 啟閉機及電氣設備

啟閉機安全檢測主要是進行啟閉機機械零部件檢查和電氣參數檢測。

攔河閘壩共8臺啟閉機，進水口共1臺啟閉機，啟閉機均采用的是集中驅動雙吊點固定式卷揚啟閉機，室內布置，檢查各個啟閉機的主要結構，顯示8臺啟閉機整體結構完好，涂層基本完整。運行過程中，所有機械部件在運轉中沒有沖擊聲，開式齒輪未發(fā)現有表面點蝕、斷齒、齒端崩角、膠合、齒面塑性變形等失效形式，嚙合狀態(tài)滿足要求。制動器無打滑、無焦味和冒煙現象。卷揚機的鋼絲繩無斷絲、磨損、變形和銹蝕現象，繩鼓上鋼絲繩圈數滿足規(guī)范要求。

3 防洪能力復核

本工程電站裝機容量1.80萬kW，上游河床槽蓄水量為3255.48萬m3，船閘設計最大船舶噸級為100 t。

根據規(guī)范要求，上游河床槽蓄水庫容在1000萬～10 000萬m3之間，工程等別為Ⅲ等，屬中型水庫；電站裝機容量小于5萬kW，工程等別為Ⅳ等[3]，屬于小型水電站；船閘設計最大船舶噸級為100 t，為Ⅳ級航道。工程等別應按其中最高等別確定，綜合分析本工程等別為Ⅲ等。本電站采用閘壩攔蓄，經復核原設計所采用的防洪標準符合國家和行業(yè)標準。采集春水水電站的流量、水位和泄洪量的數據，泄流能力稍比原設計泄流能力稍大，說明原設計閘孔過流能力滿足要求，防洪功能滿足要求。

4 滲流安全復核

水閘滲流安全復核應包括：水閘基地滲流穩(wěn)定、側向滲流穩(wěn)定復核。

4.1 基地滲流穩(wěn)定復核

春水電站攔河閘壩分8孔，單孔凈寬14.0 m，閘室底板順水流方向長18.4 m，每條結構縫內設銅片止水，縫內填充瀝青模板。

攔河閘壩閘室底板上游側齒墻下設C20混凝土防滲墻，墻厚0.8 m，墻底深入微風化巖層1.0 m；閘室與消力池之間設有止水，消力池底板末端設有排水孔。

攔河閘消力池基礎主要為粗砂，允許滲透坡降[J]=0.169～0.221[4]，現出口段滲流坡降J=0.158，小于允許滲透坡降，滿足要求。

4.2 船閘基底滲流復核

春水水電站基礎防滲結構為：船閘進口底板頂高程為16.0 m，底板下設混凝土防帷幕，帷幕底進入弱風化巖層1.0 m；船閘進口底板下防滲帷幕與攔河閘壩底板下帷幕相連，上閘首右側與閘壩間的隔流墻下的樁基兼作地下防滲墻，與上閘首、閘壩前沿的樁基緊密連接；因此認為在攔河閘壩及船閘防滲帷幕不破壞情況下，船閘底板將不會發(fā)生滲透破壞。如果攔河閘壩基底防滲帷幕發(fā)生局部破壞，則船閘底板下最短防滲長度同攔河閘壩段，則船閘底板下最短防滲長度同攔河閘壩段，即L1=57.2 m。假定攔河閘壩基礎帷幕有局部破壞，船閘壩基地防滲長度計算結果為37.0 m，而船閘最不利情況下的地下輪廓線的水平長度為57.2 m，滿足滲透要求。

4.3 側向滲流穩(wěn)定復核

上閘首的底板底面高程8.8 m，放置在粗砂層上，在上閘首前端，設有鋼筋混凝土擋土、防滲樁墻(D=2000 mm為鋼筋混凝土樁，D=1200 mm 為素混凝土樁)，此防帷幕和閘壩的防帷幕相連接，并延伸至左岸刺入山體，長5.0 m，以防止繞壩滲流，成為一個整體。船閘上閘首、閘室、下閘首周圍均設有同樣的鋼筋混凝土擋土、防滲樁墻，形成整個閉合擋水體系。廠房布置在右岸，廠房靠岸側為開挖回填，采用黏土防滲，防止右壩肩繞壩滲流。

5 結構安全復核

水閘結構安全復核包括結構應力復核以及消能防沖復核。

5.1 攔河閘壩

攔河閘壩共設閘孔8個，單孔凈寬14.0 m，閘壩總長131.6 m，閘頂高程27.1 m，安裝8扇工作平面鋼閘門。閘壩垂直水流方向每兩孔底板為一整體，閘墩中間分縫。每個壩段布置13條1.0 m 鉆孔灌注樁，樁基進入中風化基巖。閘壩防滲采用混凝土鋪蓋加垂直防滲墻的措施解決，消能型式采用底流消能。堰頂高程為14.0 m時，8孔泄水閘，泄水總凈寬112.0 m，上游設計洪水、校核洪水位分別為23.833 m、24.903 m，較原設計水位低，原初步設計水位計算成果合理，泄流能力滿足要求。

5.2 船閘上閘首結構安全復核

春水水電站船閘位于攔河閘壩的左側，船閘上、下閘首反對稱布置，采用整體式鋼筋混凝土結構，上閘首屬攔河閘壩擋水前沿的一部分；閘門凈寬8.5 m。上閘首的左、右邊墩，墩寬均為6.5 m，頂高程27.1 m。左右墩內設有充水管，墩間設有提升式鋼平面工作閘門一扇，門坎高程16.0 m，門前設有檢修門槽一道。擋水前沿總寬21.5 m，閘墩長25.0 m，上閘首底板底高程8.8 m，底板處粗砂層。門坎以下為消能室，底高程8.8 m，空間尺寸為13.3 m×8.5 m×2.6 m，室頂設置格柵消能。為便于安裝、操作輸水管鋼平面閥門，在墩內輸水管閥門上方布置2.4 m×2.4 m豎井，此豎井下內設有輸水管的工作閘門和檢修門槽。

上閘首穩(wěn)定計算結果顯示：船閘上閘首正常擋水工況、檢修工況抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定均滿足要求，地基未出現拉應力，且應力值小于地基承載力250 kPa，船閘上閘首邊墩高度滿足防洪要求，上閘首抗滑、抗傾、抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，地基應力小于地基承載力，符合規(guī)范要求。

5.3 電站廠房結構

春水水電站的廠房為河床式廠房，布置在右岸，主廠房基礎置于弱一微風化石英砂巖上，廠內安裝2臺燈泡式貫流式水輪發(fā)電機組，單機容量9000 kW。水輪機置于轉輪室段，發(fā)電機置于管形殼段，流道進口布置傾斜攔污柵一道，傾角為70°，孔口尺寸為 10.34 m×26.36 m。上游設檢修閘門，靜水啟閉，閘口尺寸為10.34 m×12.00 m。下游設尾水事故閘門，孔口尺寸為9.36 m×9.36 m。

廠房順水流方向底板長62.37 m，垂直隨流方向寬32.86 m。

電站廠房穩(wěn)定計算結果顯示：電站廠房正常運行工況、檢修期工況和非常運行工況下抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定均滿足要求；基底未出現拉應力，且應力值小于地基承載力9000 kPa，滿足規(guī)范要求。

經工程復核計算，電站廠房抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；廠房基底未出現拉應力，且應力值小于地基承載力，符合規(guī)范要求。

6 其他結構復核

6.1 抗震安全復核

春水水電站工程區(qū)地震基本烈度<Ⅵ度，因此不進行抗震復核。

6.2 金屬結構

春水水電站的溢洪道、船閘進水口的閘門及啟閉設備等基本滿足規(guī)范要求，啟閉設備的安全保護裝置與防護措施基本完好。經復核計算，閘門結構的強度、剛度、穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，攔污柵間距滿足規(guī)范要求，啟閉機的啟閉力、揚程、速度、跨度等基本滿足要求。閘門局部存在銹蝕現象，配電系統(tǒng)基本正常，局部設備需要加強維護，閘門及啟閉設備均未超過折舊年限，整體可以正常運行，故春水水電站的溢洪道、船閘上首、電站進水口金屬結構基本安全，評為B級。

7 結 論

(1)春水電站安全監(jiān)測設施總體滿足大壩安全運行要求，但無專業(yè)、系統(tǒng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)，應該招聘專業(yè)技術人員定期進行安全監(jiān)測，并按照規(guī)范要求整理監(jiān)測數據。

(2)春水電站閘門銹蝕較嚴重，盡快對閘門進行保養(yǎng)。

(3)春水電站攔河閘壩、船閘上閘首、電站進水口主體結構總體安全，閘門位置局部混凝土結構出現骨料及鋼筋裸漏現象，盡快請專業(yè)團隊進行安全維護。

(4)管理單位嚴格按照已審批的調度規(guī)則進行運行調度，確保工程安全運行，同時加強日常運行調度記錄資料整編工作。