班多电站高速水流环境下水下修复方式研究

班多电站高速水流环境下水下修复方式研究

韩毅1 毕云龙2

1.黄河上游水电开发有限责任公司班多发电分公司  青海 海南藏族自治州813399；

2.青岛海河水下技术工程有限公司  山东青岛  266000；

摘要：班多水电站通水运行多年以来，因泄洪闸宽度较小，来水量大且过流量小导致过流压力较大，黄河流域泥沙含量大，增大了泄洪时水流对下游消力池混凝土底板的冲刷效果，导致下游消力池混凝土底板不可避免地出现了诸如磨损、空蚀、露筋等情况。为确保水电站的安全平稳运行，我方对班多水电站下游消力池开展混凝土修复工程，并对高速水流下水下不分散混凝土修复技术进行研究与应用，本文针对班多水电站水下能见度低、动水工况下水工建筑物水下修复技术进行了分析。

关键词： 消力池；高速水流；能见度低；混凝土修复；应用研究。

班多水电站为黄河干流龙羊峡上游海拔3000m以下水电规划的第2个梯级电站，位于青海省海南州兴海县与同德县交界处的茨哈峡谷出口处，是一座以发电为主的河床式电站。坝址控制流域面积10.75万km2，多年平均流量565m3/s，多年平均年径流量178.2亿m3。电站装机容量为360MW，年发电量14.12亿kW·h。班多水电站布置三孔7.0m×13.3m（宽×高）带胸墙泄洪闸。

2023年10月进行水工建筑物水下结构检查时发现，班多水电站泄洪闸消力池底板存在多处缺陷，且均已露筋，断裂钢筋纵横交错，为保证水下结构的整体安全性，决定组织水下不分散混凝土修复。

1 研究方案

1.1修复方案

该部位缺陷形式较为单一，拟采用浇筑水下不分散混凝土顶部配合钢模板保护的方式进行缺陷处理。

1.2主要研究内容

结合班多水电站实际的工程现状，同时考虑方便以后在其他工程加以推广，主要研究内容如下：

①高速流速下水下作业研究：高速水流作业环境下，对作业效率、工程质量的控制措施。

②浑水环境下作业方式研究：水下凿毛、水下焊接竣工验收等质量控制措施。

③低温环境下水下修复材料研究：低温环境下水下不分散混凝土的质量控制措施。

2 项目实施

2.1前期准备

本项目为高速水流环境下作业，为保证作业人员安全及确保修复效果的质量，作业前需采取导流措施。首先应对该区域流速进行测量，按照实际流速产生的冲击力准备模拟实验。陆上按照比例缩小模拟高速水流的环境，同时准备同材质钢材进行模拟实验，根据模板所受冲击力、角钢的支撑力等调整模板支立方式，将水流对水下作业的影响降到最低。

黄河流域泥沙含量大，导致水流浑浊，水下能见度低，潜水员水下探摸效率低且漏查率高。作业时需配备高清水下摄像及高亮水下照明系统，同时选用小体积透明容器灌注纯净水，采取“清水置换法”进行水下作业及录像验收。

图1 导流措施概念图

2.2水下复勘

在进行修复处理前，作业人员查看图纸资料以及以往检查结果，了解待修复部位结构形状等，并由潜水员下水对要修复的区域基本情况进行检查复核，查清缺陷具体的尺寸，并做好记录和标识，为后续制作钢筋网制作安装提供依据。

经潜水员水下检查测量，缺陷尺寸与以往检查结果相同，但有20-30cm后淤泥覆盖。

2.3水下清基

因修复区域有20-30cm的泥沙覆盖，采用潜水员携带高压水进行冲洗。将修复区域覆盖的泥沙冲洗堆积到修复区域0.5m外。

2.4水下凿毛

对于4个破损区域，采用风镐进行凿毛，凿除表层松动的混凝土，露出新鲜、坚实的混凝土面，增加浇筑面的糙度和新老混凝土的结合强度。在凿除混凝土时，保留原混凝土内良好的钢筋，切除锈蚀、断裂、卷曲等破坏的钢筋。

图2 水下凿毛

2.5水下钻锚固孔、植锚筋

为提高新老混凝土的结合强度，使其更好的成为一个整体，在修补区域内布设锚固筋，后续钢筋网与锚筋进行焊接。

钻锚固孔：植筋孔按0.6m纵横间距布置，孔径控制在Ф14mm，以满足植入Ф12mm插筋，锚孔深度0.3m。

清孔：钻孔完毕后，用高压水枪把屑渣冲除干净。

植锚筋：洗孔完毕，在内部充填锚固剂，锚固剂充填量满足锚筋插到孔底，锚固剂能填满锚筋周围的环形空间，锚固材料采用水下专用锚固剂。锚筋选用Ф12mm钢筋，锚筋外露8cm。

图3 植筋锚固

2.6水下布设钢筋网

为了增强混凝土的整体性，要安装钢筋网，选用直径Ф16mm的钢筋网。将切割好的钢筋在水下与锚固好的钢筋进行焊接，焊接好后用箍圈将钢筋网焊接定型固定。

   图4 钢筋网布设                      图5 钢筋网布置图

2.7仓面清洗

钢筋网固定好之后，浇筑混凝土之前，用高压水对仓面进行彻底冲洗，冲除仓内的碎块、淤泥、渣屑等杂物，以免在新老混凝土之间形成夹层，降低新老混凝土之间的粘结。

2.8水下浇筑混凝土

本次浇筑使用UWB-Ⅱ水下不分散混凝土，作业前在陆上用水箱装满同温度水，模拟水下低温环境，在水箱内浇筑混凝土制作混凝土试块，根据试块表现的抗压强度、初终凝时间等判断该混凝土特性，根据混凝土特性调整水下不分散混凝土的材料配比，满足该项目所需要的混凝土强度。采用吊罐法进行水下浇筑，将拌制好的混凝土用吊罐装好，吊运至水下待浇筑仓内，然后打开吊罐底部的活动仓门，混凝土在自重的作用下到达浇筑部位，自流平不振捣。

图6 模拟水下环境预制混凝土试块               图7 混凝土拌制

图8 混凝土浇筑示意图

2.9模板支立

底板部位为平面，水下修复时底板一般无需支立模板，根据其自流平特性就可实现浇筑面的平整。因本项目为高速水流作业环境，模板支立后虽减小水流的冲击，但导流部位的回流也会对作业部位的水下环境产生影响，故浇筑完毕后立即用钢模板将浇筑面顶部进行覆盖固定，保护混凝土性质不受水流影响，保证新浇混凝土的质量。待混凝土达到一定强度后再行拆除顶部钢模板。

2.10水下浇筑检查

经过短暂养护，混凝土初凝后，利用清水置换法对修复混凝土进行检查录像。经检查，修复混凝土表面光滑，无坑洞、裂缝、麻面等缺陷，新老混凝土结合完好无缝隙。

图9 缺陷修复后照片

3 结语

本方案充分考虑施工现场的实际情况，通过班多水电站消力池底板修复，研究及实验成果如下：

①陆上模拟水下高流速环境并做相应力学计算，同时考虑围堰的下游侧回流情况，选用钢围堰作为抗水流的主体结构，底部采用沙袋压重，保证其稳定性，下游侧增加抗回流挡板，创造水下低流速作业环境。

②水下关键环节采用高亮水下照明系统及小容积容器，通过“清水置换法”解决浑水问题，控制施工质量。

③陆上模拟水下低温环境制作混凝土试块，根据试块所表现的混凝土特性，调整混凝土的配合比，以保证低温环境下混凝土的质量控制。

研究及施工中形成的高速水流、浑水及低温环境下的新技术及工艺，有效控制了班多消力池水下浇筑质量，使其整体抗冲刷能力显著提高，快速修复了消力池缺陷，从施工效率、施工效果及工程造价上都具有较高的推广价值。

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