某电站水垫塘水下修补工程概述

某电站水垫塘水下修补工程概述

钟汝梅 岳宏斌

华能澜沧江水电股份有限公司漫湾水电厂 云南 云县 675805

摘要：水电站和水库大坝的水垫塘、消能工护坦等结构由于长期承担高速水流消能工作，其底板很容易形成冲刷破坏，如果这些破坏不及时处理，,会严重影响大坝安全。某水电站水垫塘在水下中检查发现，水垫塘底板产生严重的冲蚀、磨损，因此每年在枯水期机组总停时进行水下修补。本文主要介绍水电站水垫塘水下修补工程工艺、流程，为其它水下修补工程提供借鉴及参考。

关键词：水电站 水垫塘 水下修补

一、工程概况

某水电站水垫塘上下游长为130.00m，左右岸宽为132.50m，底板高程为880.00m，表面为厚0.5m的C38混凝土保护层，保护层下为C18混凝土底板。水下检查发现水垫塘底板混凝土遭受了严重的破坏，底板混凝土被大面积冲刷，形成冲沟、冲坑，影响了大坝及水垫塘的正常运行与安全。

水垫塘是水电站水工结构物的重要组成部分，承担了大坝表孔泄洪、左双泄、左右冲沙孔的泄洪、排沙和机组过流效能的作用，处于常年过流状态，工作负荷异常繁重。水垫塘底板受到的损伤和破坏，主要是由于水流的冲蚀、磨损造成的冲刷和掏空破坏，某些遭遇高速水流的破坏部位，还有空蚀引起的破坏，因此，水垫塘的补强加固在技术上应满足以下要求：（1）补强加固结构必须满足抗冲、耐磨的强度要求，坚固耐久。一方面水下修补加固，应该是锚固牢靠的钢筋混凝土结构，另一方面，浇筑形成的结构面应满足有利于过流的表面，以便减少过流阻力，减少因大流速和涡流等原因造成的冲刷破坏。（2）混凝土材料应能适于水下施工，便于水下浇筑，凝固时间尽可能的短，适应浇筑后过流的考验。

1.水下修补工艺及作业方法

水垫塘水下修补主要包括以下施工工艺：前期水下检查和测量、冲坑水下修整与清理、冲坑凿毛和清理、锚筋的水下布设、水下焊接架设限裂钢筋网、模板制作与水下安装、浇筑前的基面清理和清洗、水下混凝土的浇筑、仓内取样、水下养护。

水下作业主要进行布设锚固筋、焊接分布筋、基面清洗、水下混凝土（C40）浇筑等补强加固作业。对水垫塘底板的冲坑进行水下不分散混凝土浇筑，要求浇筑修补后的底板表面恢复至880m原底板高程，UWB混凝土28天龄期强度达到C40。

1.1水下检查及测量

为了解水垫塘冲坑的具体情况，潜水员首先要对冲坑进行水下检查、测量和标识。首先潜水员对冲坑进行全面检查，并进行水下录像，弄清冲坑损坏范围、损坏情况以及坑内钢筋出露情况和形态、坑内推移质的沉淤情况、沉淤物粒等。其次潜水员利用测量工具对冲坑大小、深度和分布情况进行测量，并在冲坑范围测点处打铆钉，用铁丝串联形成边界，为水面定位、绘制图纸、确定切割边线、制作限裂钢筋网、确定浇筑方量和备料计算等提供依据。

1.2水下修补部位的清理

水下清理是把冲坑内松动和强度达不到要求的混凝土凿除，露出新鲜的混凝土面。对于冲坑深度小于8～10cm的部分，要加深开挖，使其达到要求深度，以便保证混凝土浇筑后的强度。另要沿冲坑边缘下切，使边沿深度也要达到 8～10cm，形成合要求的边缘浇筑面。把冲坑内的石头、沙子、钢筋头或其他杂物清除。为了增加冲坑内新老混凝土在接合面上的的粘结强度，必须对冲坑内比较平整的混凝土面进行凿毛处理，凿毛深度要达到设计要求。凿毛完毕后将凿下的碎混凝土清理出冲坑。

1.3 锚固筋布设

锚筋的布设事关新老混凝土的整体性，是修补工程的一个重要环节，一定要控制好以下几个关键节点：锚筋直径、锚孔深度、锚筋间距和排距、拉拔强度等。所植锚筋的技术参数主要有：锚筋直径为25mm的剪口式螺纹钢、锚筋间距为100cm、排距为50cm，且要交错布置。在要求锚固薄层新混凝土时，间距和排距可适当放大，但要确保锚固筋密度每平方米不少于1根，且要梅花形布置。

1.4水下焊接限裂钢筋网

锚固筋布设完成后,在修补区域的边界架立钢模板,以保证浇筑混凝土不溢出浇筑区域；钢模板要求高度40cm，倾斜角度30～45度，并用φ25钢筋与锚固筋焊接固定。纵横钢筋规格及密度为φ12＠500×1000，限裂钢筋网和“L”型钩子与原钢筋网和锚固筋之间的连接,采用连接钢筋进行单面焊。连接钢筋规格为φ12。限裂钢筋网与原钢筋网之间的连接钢筋布置为梅花型，间距、排距约为100cm左右，形状为两端带钩的“Z”字型钢筋，保证每4m2不少于两根。限裂钢筋网与原钢筋网之间的距离为10～20cm，以保证新布钢筋网保护层厚度不少于10cm,每次浇筑前监理都要对钢筋网间排距进行抽检。

1.5 水下混凝土浇筑

水下浇筑修补采用材料UWB-Ⅱ水下不分散混凝土，浇筑采用吊罐法。每次浇筑前均用高压水枪对浇筑仓面进行彻底清洗。为了检验混凝土的质量，在浇筑混凝土现场进行出料口取样，并在与浇筑的混凝土同等条件下进行水下养护。

1.5.1浇筑前准备

浇筑UWB-Ⅱ水下不分散砼前将粗细骨料按比例装成若干编织袋运放到浇筑作业船备用，装料时在现场需要设有材料工程师及工程监督各1名，严格控制编织袋内集料的重量，已潮湿的骨料坚决不允许入袋；浇筑作业船及机动运输船进入指定工作现场；在潜水员将当日的浇筑仓面彻底清理干净,经监理人员水下检查并同意浇筑后，混凝土搅拌工作开始。

1.5.2基面再清理

混凝土浇筑前再次对浇筑面用高压水清洗，确保基面干净并录像检查，并在每个仓次内预留2～3根高于锚固筋20cm的φ12圆钢作为水下浇筑面高程参照筋。每次浇筑前监理检查并测量高度。鉴于电站夜间停机，白天要正常发电，故浇筑前再次清理坑内由水流漩回的碎石、圆木等杂物，用高压水再次冲洗基面，确保当日浇筑基面的清洁、干净，保证新老混凝土的粘结力。

1.5.3混凝土的搅拌与浇筑

混凝土搅拌：搅拌工作由浇筑船上的1台容量为0.5 m3、功率28.5kW强制式搅拌机来完成；将各组分倒入料斗加水搅拌3分钟成混凝土，搅拌好后放至混凝土吊罐，送到水下仓面。

水下混凝土浇筑：混凝土吊罐在距离浇筑仓面0.4m时，潜水员将吊罐出料口打开，使混凝土均匀的流淌到浇筑位置。UWB-Ⅱ混凝土需潜水员将流淌到损坏位置的混凝土均匀地向四周摊压，逐渐填满至整个冲坑。施工现场每一罐料从搅拌至潜水员摊平完毕所需时间为4-8min ,保证了连续浇筑。

水下混凝土养护：为了让浇筑的混凝土具有更好的性能，在预定开机发电之前一小时就结束所有浇筑工作,用以保证开机放水发电之前,浇筑的水下混凝土有足够的终凝时间。

水下施工质量控制：水垫塘的浇筑还要控制以下方面：首先新浇筑的混凝土表面要平整，内部密实，新老混凝土胶结良好，新浇混凝土面与周边原混凝土面高差不超过10cm。其次浇筑过程中进行仓内随机取样，每个冲坑取3组，每组三个试件；试件和同期浇筑的混凝土在相同的条件下养护，试件的强度要达到设计要求，即，28d龄期抗压强度达到40MPa以上。

二、结语

经过汛后对该水电站水垫塘水下检查表明，水下浇筑的混凝土表面平整，与原底板的衔接较好，衔接处未出现较大的高差，保证了过流面的顺畅，同时也无漏浇、冷缝等现象。水垫塘底板经过水下修补，提高了抗冲刷能力，为电站及水垫塘安全运行打下了坚实的基础。随着施工技术、水下施工设备和水下材料的发展,水下施工技术当前已经具备水下直接对水工建筑物缺陷进行处理修复的能力。尤其是水下混凝土浇筑技术已经非常成熟,可以极大地节省工程费用和停机发电时间。本文结合电站水下修补工程实例，对水下混凝土浇筑工艺及材料的应用进行了简单阐述，也为今后类似的水下修补工程提供一些探讨及借鉴。

参 考 文 献：

中国石油天然气集团企业标准 /CNPC92-2003《水下不分散混凝土施工技术规范》.

严建军.水下不分散混凝土性能研究[A].中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要.

中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院《水垫塘底板冲蚀、磨损处理设计说明》.

岳宏斌，简树明.水电站水下浇筑材料的选择及其施工工艺[A].2019年第八届水库大坝新技术研讨会暨先进实用技术推介会论文集[C].