金安桥消力池水损修复处理与研究

金安桥消力池水损修复处理与研究

王忠亮

中国水电十一局郑州科研设计院 河南郑州 450000

【摘要】万家寨水电站自2002竣工，经多年运行，因渗漏、冻融、冲刷等原因，溢流面大面积严重破坏。2014年开始万家寨水电站大坝整个底孔、中孔溢流面及导墙破坏区域进行修补。本文通过人工凿除溢流面薄层冻融混凝土，在凿除后的溢流面混凝土表面植入环氧树脂锚杆，利用滑模对溢流面薄层混凝土进行浇筑，最后在新浇薄层溢流面混凝土表面涂抹2cm厚环氧砂浆等方法对溢流面薄层冻融混凝土进行了修补。自2015年修补加固完成，经过几个汛期的过流冲刷及冻融破坏大坝溢流面未出现破损现象，达到了预期的修复效果。本文通过对大坝溢流面冻融破坏处理施工方法的叙述，对今后遇到类似工程提供一定的参考依据。

【关键词】万家寨水电站;冻融破坏;薄层修补;滑模;环氧砂浆

1. 工程概况

万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，是黄河中游梯级开发的第一级。坝址左岸为山西省偏关县，右岸为内蒙古自治区准格尔旗。

枢纽的主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用。枢纽年供水量14亿m³，其中向内蒙古自治区准格尔旗供水2亿m³，向山西省供水12亿m³。枢纽水电站装机108万kW，年发电量27.5亿kW·h。

坝址控制流域面积39.5万km²，多年平均入库径流量248亿m³（河口镇1952~1986年实测年径流系列），设计多年平均径流量192亿m³（1919~1979年设计入库系列）。设计多年平均入库沙量1.49亿t，多年平均含沙量6.6kg/m³。水库总库容8.96亿m³，调节库容4.45亿m³。拦河坝混凝土重力坝的最大坝高105m，水库最高蓄水位980.00m，正常蓄水位977.00m。水库采用“蓄清排浑”运用方式，排沙期运用水位952.00~957.00m。

枢纽属一等大（Ⅰ）型工程，永久性主要建筑物为1级水工建筑物。拦河坝为半整体式混凝土直线重力坝，坝顶高程982.00m，坝顶长度443m，最大坝高105m，自左向右共分为22个坝段，依次为左岸挡水坝段（1～3坝段）、泄水坝段（4～10坝段）、隔墩坝段（11坝段）、电站坝段（12～17坝段）、右岸挡水坝段（18～22坝段）。设计洪水标准千年一遇，校核洪水标准万年一遇，入库洪峰流量分别为16500m³/s和21200m³/s。

万家寨水利枢纽工程自2002年竣工验收至今，泄水建筑物过流部位在经受10多年过流和冻融等作用后，不同程度的出现各种破损，为保证泄水建筑物后期运行安全，需要对溢流面、护坦、导墙进行维修加固。

2. 溢流面破坏原因分析

万家寨水电站溢流面混凝土破坏主要是冻融破坏，造成冻融破坏的主要原因是万家寨水电站所在地区气候恶劣，日温差变化大，年温差变化大，日温差变化大,冬季时间长，而且寒冷干燥，12月至来年的1-2月月平均气温在-11.6-17.2℃之间，属于严寒地区，每年冻融近百次。大坝溢流面朝向西南，受太阳辐射影响，在严寒期每天都存在一冻一融的可能。

3. 修补方案

万家寨水电站溢流面破坏是多种原因造成的，因此此次维护加固根据不同原因、不同破坏程度采用多种处理措施、多种方法进行加固。本文着重叙述5^#-8^#底孔溢流面及9^#-10^#中孔溢流面冻融混凝土施工。

施工方案为溢流面冻融混凝土凿除；环氧树脂锚杆植筋；铺设防裂钢筋网；喷涂界面胶；重新浇筑溢流面薄层混凝土；涂抹2cm厚的环氧砂浆‘

4. 施工技术要求

4.1冻融混凝土凿除

混凝土结合面处理是修补施工中的重要工序之一，直接影响修补的质量。混凝土表面处理采用人工风镐凿除25-59cm不等的冻融部分，凿至坚硬、新鲜、致密的基底混凝土面层。然后用高压水枪将碎屑、灰尘冲洗干净。

4.2锚杆施工

由于溢流面冻融混凝土较深，为了增加新老混凝土的粘接，防止新老混凝土出现分层现象，在凿除完成后的溢流面混凝土面层施工φ16的环氧树脂锚杆，锚杆间排距均为50cm，采用梅花型布置，植入混凝土老混凝土不少于35cm。锚杆安装采用植筋结构胶缓慢的注入孔中，注入量不得低于孔深的2/3，灌注植筋胶后，在植筋胶初凝时间内进行锚杆的安装。人工将树脂锚杆插入锚杆孔中，并转动使植筋胶与锚杆、混凝土充分粘结。在达到养护时间后进行下道工序的施工。

4.3喷涂界面胶

新老混凝土的粘接是本次修补施工中的重要工序之一，为了增强新老混凝土的粘接强度，在开始进行浇筑的仓面喷涂界面胶，每次喷涂厚度不超过1mm，每次喷涂界面胶高度不大于1.2m。每段混凝土浇筑完成后，再进行下一段界面胶的喷涂，以确保界面胶的最佳时效性。

4.4面层混凝土浇筑

面层混凝土浇筑是本次修补施工中的重要工序之一，直接影响修补质量，因此浇筑质量的好坏直接影响本次修补施工的成败。

5^#-8^#底孔溢流面体型从上游至下游分别由WES曲线、直线段及圆弧段组成，浇筑厚度从上游至下游分别为：30～44cm（下0+017.04-下0+022.74）、25～40cm（下0+022.74-下0+070.562）、30～59cm（0+070.562-0+088.0）。面层混凝土技术参数为C50F300W6（二级配），塌落度为根据现场实际情况进行及时调整，采用泵送入仓。为保证浇筑质量，测量人员用全站仪严格根据设计图纸尺寸进行放样，沿曲线或圆弧在侧壁间隔0.5m布设测点，最后拉线控制以控制放样的准确性，使误差控制在设计允许范围之内，并采用红漆标识。根据放线结果溢流面模板采用翻升模板进行施工。

9^#-10^#中孔溢流面体型从上游至下游分别由圆弧、WES曲线及圆弧组成，浇筑厚度从上游至下游分别为：30～48cm（下0+008.825-下0+014.825）、28～40cm（下0+014.825-下0+058.51）、30～59cm（0+058.51-0+088.0）。面层混凝土技术参数为C50F300W6（二级配），塌落度为根据现场实际情况进行及时调整。另外溢流段面的坡度大（1:0.8），浇筑难度高，混凝土浇筑质量的好坏直接影响项目施工的成败。因此浇筑方案的选择尤为重要，一般溢流面浇筑方案有翻升模板施工和滑模浇筑施工两种，翻升模板施工虽然施工简单，但是本次浇筑溢流面坡度大，线性复杂，翻升模板不容易控制溢流面过流体型；为了保证溢流面现有过流体型，本次施工采用滑模进行浇筑。根据中孔坝段溢流面宽度确定：滑模桁架长16.6m，高2.0m，为矩形断面，宽1.20m。整个滑模系统由轨道、支架、桁架、面板、抹面平台、行走及提升设备等组成。

滑模浇筑入仓方式的选择直接影响施工整个施工进度，一般情况下滑模浇筑入仓方式主要有泵送（拖泵和悬架泵）入仓；布料机入仓及吊罐入仓。拖泵输送范围比较大，但是比较笨重，浇筑砼需要安排人装管、拆管、看管，另外由于当地日温差变化大，混凝土易出现堵泵现象，堵泵时处理起来也比较麻烦，堵泵时间过长影响混凝土浇筑质量且造成混凝土浪费；悬架泵比较灵活，泵管可以360度灵活旋转，车体移位也很方便，泵送效率也比较高，但是费用是较高、不经济，且本次溢流面浇筑过流体型长，悬架泵不能满足此次浇筑要求；布料机布料形式和悬架泵比较类似，它是用输送皮带在无压状态下输送砼，但布料机比较笨重行走缓慢，而且现浇溢流面混凝土为薄层混凝土浇筑，来回挪动布料机比较麻烦；吊罐入仓和悬架泵入仓方式类似，施工灵活方便，但通过将吊车移动至坝顶从上往下调运可以满足现场浇筑要求，而且相对于汽车泵，吊罐入仓更加经济，因此此次溢流面混凝土入仓方式采用吊罐入仓。

滑模浇筑具体施工工艺如下图：

另外混凝土的浇筑强度和滑升速度主要受脱模时间的控制，经计算当混凝土强度达到0.1Mpa～0.2Mpa时，可进行试滑；提升过早，混凝土容易塌落或变形，提升过晚，容易拉裂混凝土并且收面困难。初步规定白班每班滑升4m左右，夜班每班滑升3m左右，实际操作过程中，当浇筑2~3层后，根据现场实际情况开始滑动，具体脱模时间根据现场实际情况进行调整。

4.5环氧砂浆

为了避免溢流面新浇薄层混凝土再次因渗漏、冲刷、冻融等原因产生破损，在溢流面混凝土浇筑完成达到龄期后，在新浇薄层混凝土表面涂抹2cm厚的NE-Ⅱ环氧砂浆进行表面保护。NE-Ⅱ环氧砂浆具体性能指标如下表：

表1 NE-Ⅱ环氧砂浆主要性能指标

环氧砂浆的具体施工方法为：用电动角磨机去除混凝土基面的污染物、薄弱层、松散颗粒，直至混凝土表面外露新鲜、密实的骨料。再用钢丝刷和高压风清除表面砂粒、粉尘，基面清理干净后，对局部潮湿的基面还需进行干燥处理，干燥处理采用喷灯烘干或自然风干。

基面打磨完成后，进行底层基液涂刷，取底层基液A组份和B组份，按比例2.2:1将B组份倒入A组份桶内，用基液搅拌器搅拌2～3分钟，搅拌均匀。基液拌制后，用毛刷均匀地涂在基面上，要求基液刷得尽可能薄而均匀、不流淌、不漏刷。基液拌制应现拌现用，以免因时间过长而影响涂刷质量，造成材料浪费和粘结质量降低。同时还应坚持涂刷基液和涂抹环氧砂浆交叉进行的原则，以确保施工进度和施工质量。

基液涂刷完成后，进行环氧砂浆的涂抹。取环氧砂浆A组份倒入拌和机内，初拌1～2min，然后按比例15:1将环氧砂浆B组份再慢慢倒入拌和机，搅拌2～3min后，反转拌和机叶片再搅拌3～5min，拌和至颜色均匀后即可施工使用。拌制好的环氧砂浆用抹刀按设计要求的厚度涂抹到已刷好基液的基面上，涂抹时尽可能同方向连续摊料,并注意衔接处压实排气。边涂抹、边压实找平，表面提浆。涂层压实提浆后，间隔一段时间，再次抹光，表面不得有连接缝和下滑现象。

用于小面积砼表层修补时，要先将砂浆用力摊铺压实，然后用抹刀拍打出浆，对边角接缝处要反复找平。必要时，用拍打出来的浆液填充细微接缝，并反复压实，消除缝茬。施工完成后，自然养护28天，养护期间的环氧砂浆面应避免硬物撞击、刮擦及阳光直射等。鉴于万家寨太阳光辐射强度比较大，需对施工完成且直接暴露在阳光下的环氧砂浆表面滚涂一层环氧砂浆保护剂，保护剂应在环氧砂浆抹面完成24小时后进行。

5. 施工中的质量控制

（1）在滑模加工和安装过程中要加强检测工作，将其偏差控制在规范规定的范围内，以保证混凝土结构尺寸。

（2）为防止混凝土与模板产生过大阻力，要求在达到理论脱模时间时必须滑升一次，直到滑完为止。

（3）由于故障或停电或其它原因，使仓号被迫停止浇筑时，亦应不断滑升，直到滑完为止，混凝土面进行冲毛，按施工缝进行处理。

（4）混凝土浇筑完成后，派专人对混凝土进行不间断的养护，保持混凝土表面湿润。

（5）环氧砂浆施工时应基液涂刷必须均匀；砂浆摊铺时严格控制层厚同时需要保证环氧砂浆的压实度。

6. 结语

大坝溢流面混凝土质量的优劣，直接影响大坝运行的安全。万家寨水电站溢流面冻融混凝土修复施工后，经过两个汛期的过流冲刷及冻融破坏，效果良好。达到了预期的修复效果。无论从物理学性能还是现场施工应用的分析，此次溢流面维护加固修补方法是一种理想的薄层混凝土修补方法。为以后处理类似混凝土问题提供了一定的经验。

参 考 文 献 ：

1. 王德鸿，陈昊，王启等。水工建筑物滑动模板施工技术规范（SL32-2014），中华人民共和国水利部，2014（10），26-38

2. 高富龙，张涛，王敬军等。环氧树脂砂浆技术规程（SL/T5193-2004），中华人民共和国国家发展和改革委员会，2004（03），63-70