多种水下混凝土在铜街子电站消力塘水下修补中的应用

多种水下混凝土在铜街子电站消力塘水下修补中的应用

石清文

国能大渡河公司龚嘴水力发电总厂，四川乐山，614900

【摘要】鉴于铜街子水电站在运行过程中受高速水流的冲刷影响，消能塘前池和消力坎顶部及坎后均出现不同程度的破坏，需要对上述缺陷进行处理。经现场检测，消能塘底板最大冲坑深度0.70m，最小冲坑深度0.12m。原消能塘底板厚度在7m以上。现已实施的一期施工主要采用水下不扩散混凝土进行修补，同时选取3处实验块分别使用水下不扩散混凝土、水下聚合物混凝土、水下自护混凝土进行实验，为二期施工方案材料选定提供依据。

【关键词】水下不扩散混凝土；水下聚合物混凝土；水下自护混凝土；消力塘

1 前言

铜街子水电站（以下简称铜站）位于大渡河下游四川省乐山市沙湾区境内，距龚嘴水电站（以下简称龚站）33.0km，是龚嘴电站的反调节电站，是一座以发电为主，兼有漂木和改善下游通航效益的二等大（2）型水利枢纽工程。电站原装机容量600MW（2016年机组增容改造完成后为700 MW），保证出力137.7MW，多年平均年发电量32.36亿kW•h。大坝主坝为混凝土重力坝，最大坝高82.0m。主要水工建筑物为2级，次要水工建筑物为3级。水电站泄水建筑物包括1#、2#、3#、4#、5#溢洪道及左右两个冲砂底孔。1～5#溢洪道下游侧与消能塘相连，溢洪道消能方式为底流消能。消能塘由前池、消力坎、后池及齿墙等组成。电站在运行过程中受高速水流的冲刷影响，消能塘前池和消力坎顶部及坎后均出现不同程度的破坏，根据铜街子大坝第三次定期安全检查专家组意见：需要对上述缺陷进行处理。

2 缺陷检查及分析

2.1 缺陷检查

消能塘范围内，主要发现3处混凝土缺陷，其中2处位于消能塘底板、1处位于消力坎。

缺陷1：消能塘前池底板存在具有一定规模的局部混凝土损伤，顺水流向近似呈椭圆形，长轴长度约为70m，短轴长度约为35m，淘蚀范围：介于（坝横）0+080.0至（坝横）0+150.0之间，（坝纵）0+270.0至（坝纵）0+305.0之间，周缘淘蚀平均深度约为0.3m，最大深度约为0.7m。该淘蚀区底部普遍存在薄层泥沙附着，厚度约2cm，并伴随有骨料出露、钢筋裸露的现象，裸露长度约2m~4m；

缺陷2：消力坎存在局部混凝土损伤，损伤部位包含消力坎迎水面与消力坎顶面结合部位、消力坎顶面、消力坎背水面以及消力坎背水面与底板结合部位，坝横方向里程介于（坝横）0+157.5至（坝横）0+169.0之间，坝纵方向里程介于（坝纵）0+296.5至（坝纵）0+338.5之间。

消力坎迎水面与消力坎顶面结合部位存在钢筋裸露现象，转角部位近似呈圆弧状，钢筋裸露高度由消力坎顶面EL426.0m沿消力坎迎水面向下延伸约0.7m。消力坎顶面存在钢筋裸露现象，混凝土损伤顺水流向宽度约3m，深度约0.25m。消力坎背水面存在钢筋裸露现象，钢筋裸露高度由消力坎顶面EL.426.0m沿消力坎背水面向下延伸约6m。消力坎背水面与底板交接部位存在局部混凝土淘蚀现象，并伴随有钢筋出露现象，局部混凝土淘蚀垂向高度约0.2m，平均深度约0.15m。

缺陷3：消能塘底板存在局部混凝土淘蚀现象，坝横方向里程介于（坝横）0+170.0至（坝横）0+180.0之间，坝纵方向里程介于（坝纵）0+322.0至（坝纵）0+338.5之间。该范围平面展布垂直于水流向近似呈梯形，平面展布规模约为8m（坝横方向）×14m（坝纵方向）；以消能塘底板设计高程EL.420.0m为基准，局部淘蚀的最大深度约为0.12m。

2.2 修复难点分析

（1）对消力塘混凝土修复设计，配制高性能混凝土：应具备较高的强度、较好的抗冲磨性能、较强的抗裂性能，鉴于新老混凝土在弹性模量、自身收缩变形和温度应力方面均有较大差别，容易导致新混凝土与老混凝土脱开，因此需研究确定水下混凝土（砂浆）的配合比。

（2）新老混凝土良好的结合：新浇筑的抗冲层混凝土与下面基层混凝土联合整体受力的结构问题，是工程的一大难点，亦是决定修复处理工程成败的关键之一。

（3）增强上下层连接的锚筋桩、植筋或预应力锚杆的布置及加强问题。

（4）新浇筑混凝土的配筋方案问题，考虑是否采用双层配筋及竖向配筋。

（5）修补施工方案的研究，包括施工工艺、工期安排、水下作业安全保障等。

3 修复方案比选

3.1 水下修复方案

（1）消力塘底板混凝土缺陷具有缺陷量大且修复材料用量多的特点，针对底板修复采用水下不分散混凝土、边缘与老混凝土结合部位采用水下聚合物混凝土进行修复，消力坎缺陷采用水下环氧砂浆修复。

（2）本次破坏仅限于表面抗冲磨层，因此应拆除潜在的已分离但未冲毁的面层混凝土。

（3）加强板块与下层混凝土之间的锚固。

（4）优化分缝位置，缝面避开孔口直接冲击水流；改善结构缝面处理，防止脉动水流沿缝面进入。

3.2 干地施工修复方案

（1）干地施工方案，首先需要在消力塘下游消力齿上游侧的消力塘内砌筑挡水围堰，挡水围堰需要满足消力池水抽干后的挡水压力和防渗要求。

（2）由于下游已建有沙湾水电站，涉及环保问题，而且施工完毕后围堰拆除难度较大（。

（3）工期方面不能满足修复的需要，且由于挡水围堰的施工，造价方面不存在优势。

（4）优点是干地施工修复方案可以进行优化，不需要进行修前复查，而且质量方面能够得到有效控制。

4三种水下混凝土材料

4.1 水下不扩散混凝土

水下不扩散混凝土应根据现场实际水温、运距、现场施工要求等，通过实验确定混凝土配合比，混凝土拌合站严格按此配合比配制混凝土。水下不扩散混凝土需连续浇筑，当施工过程中必须间隔时，续浇的时间间隔不宜超过水下不扩散混凝土初凝时间。

4.2 水下聚合物混凝土

水下聚合物混凝土系互穿网络高分子材料，拥有不同高分子材料的互补和协同效应。由它制备的聚合物砂浆或混凝土具有优越的性能，可用于混凝土结构的快速修复和制备特种性能混凝土预制构件，也用于水下混凝土的补强加固。

4.3 水下自护混凝土

水下自护混凝土是一种全新水下混凝土施工技术，是利用水下保护剂对施工部位的水体进行改性，使改性水体与混凝土间产生一定的相斥作用，降低水流对混凝土的冲刷，从而提高混凝土水下的抗分散和抗冲散能力，减少其在水流环境中的流失，确保工程质量的可控性。水下自护混凝土具有水中不分散、无压自流和范围可控等特点。

4.4 施工流程及质量控制

消能塘底板混凝土缺陷部位水下修复施工主要包括以下施工程序：施工前期准备－安全技术交底－水上平台制安－整治缺陷水下检查－水下清理－切边凿除－凿毛——钻孔植筋（或焊接）—铺设钢筋网—仓面清洗—模板制作及水下安装固定—涂刷界面剂—浇筑施工及过程监控—完工水下检查摄像。

混凝土浇筑宜采用导管法、泵送法等方法，需能确保混凝土质量，避免对环境的污染。

混凝土浇筑前，应由潜水员水下对模板的缝隙和孔洞封堵，确保不漏浆；将模板内区域清理干净；

为保证混凝土的整体性，浇筑应连续进行，浇筑过程潜水员全程配合；

浇筑过程中水中自由落差不大于30 cm，防止骨料离析，潜水员全程跟踪及时调整。

浇筑过程中应由潜水员水下检查砼流动面的形状及扩展状态、填充状态。

浇筑完成后，应由潜水员水下对混凝土进行检查，保证达到设计高程，表面平坦，并确保各个角落都应浇筑到位。

5 结论

目前已施工的一期施工范围主要采用水下不扩散混凝土进行施工，并通过使用三种水下修补材料在铜街子水电站消力塘毁损部位修复项目一期工程中分区块试验的方式，检测经过一个汛期后三种材料的冲损情况，确定三种水下修补材料对消力塘的适应性，为铜街子水电站消力塘二期施工提供依据。

参考文献：

[1]丁新龙;水下不分散混凝土施工技术规范;中国石油集团;2003年.

[2]覃林涛；聚合物混凝土在水下修补工程中的应用，2012.

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