青銅峽水電站大壩消缺及改造工作回顧

趙惠琴

（黃河電力測試科技工程有限公司，寧夏青銅峽751601）

1 定檢概況

青銅峽水電站在三次大壩安全定期檢查工作中，積極開展大壩缺陷治理，做了大量卓有成效的工作，取得了顯著的成績，確保了大壩的正常運用。

1.1 第一次定檢

青銅峽大壩首次定檢于1988年5月開始，1991年1月完成。首次定檢全面總結(jié)了大壩運行情況，對混凝土大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)、抗滑穩(wěn)定、壩基應(yīng)力、地質(zhì)條件進行了設(shè)計復(fù)核；對大壩變形監(jiān)測資料進行了分析研究；現(xiàn)場測試了大壩混凝土強度和碳化深度；對壩基滲流水質(zhì)做了化學(xué)分析；對大壩裂縫和平壓水箱做了深入研究。專家組大壩安全評價結(jié)論為：“大壩壩基工作良好；泄水消能設(shè)施基本正常；經(jīng)復(fù)核大壩抗滑穩(wěn)定和壩基應(yīng)力均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；近壩庫岸無滑坡涌浪威脅。但由于電站壩段裂縫破壞了壩體整體性，平壓水箱伸縮銹蝕嚴重，難以長期安全運行，評定青銅峽大壩為病壩”。

1.2 第二次定檢

青銅峽大壩第二次定檢于1997年1月開始，1997年12月完成。第二次定檢對大壩運行進行了全面總結(jié)，組織了細致的現(xiàn)場檢查，對首次定檢以來的大壩補強消缺進行了評價，同時進行了多項設(shè)計復(fù)核、測試、研究工作，對大壩裂縫、平壓水箱、壩基地質(zhì)、水庫設(shè)障等重要問題進行了深入分析，提出了土壩、蝸殼、3號胸墻設(shè)計復(fù)核、西導(dǎo)墻安全分析、大機進水口工作閘門靜應(yīng)力測試、閘門啟閉力測試、泄洪閘和泄水管工作性態(tài)研究、鋼結(jié)構(gòu)檢驗、24號和25號壩段固結(jié)灌漿、開關(guān)站工程地質(zhì)、大壩監(jiān)測資料分析、內(nèi)觀儀器鑒定、“三大條”裂縫處理方案等專題報告。專家組大壩安全評價結(jié)論為：“青銅峽大壩泄洪能力可宣泄重現(xiàn)期1 000年以上的洪水；混凝土壩和右岸土壩抗滑穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)強度均能滿足規(guī)范要求；壩基帷幕工作正常，揚壓力系數(shù)低于設(shè)計值0.35；24號和25號壩段壩基斷層破碎帶已進行了固結(jié)灌漿；大壩變形符合一般規(guī)律；閘門及啟閉機工作正常，強度和變形均符合現(xiàn)行規(guī)范要求；順壩軸線方向的混凝土‘三大條’裂縫雖然破壞了大壩的整體性，但分析核算，不影響大壩的穩(wěn)定性；電站壩段3號胸墻和蝸殼頂板的裂縫，經(jīng)分析計算，結(jié)構(gòu)強度可滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；經(jīng)檢查測試，平壓水箱可以繼續(xù)安全運行。評定青銅峽大壩為正常壩”。

1.3 第三次定檢

青銅峽大壩第三次定檢于2005年8月開始，2007年4月完成。第三次定檢主要對擋水建筑物（閘墩式電站機組壩段和左、右岸混凝土重力壩段）和土壩、泄水建筑物（泄洪閘、溢流表孔、泄水管和灌溉孔）、渠首灌溉工程（河?xùn)|高干渠和總干渠、河西總干渠）、各泄水建筑物的閘門及啟閉機、大壩安全監(jiān)測設(shè)施、下游消能防護設(shè)施、近壩庫岸進行了現(xiàn)場檢查，進行了平壓水箱和水工鋼閘門安全檢測與復(fù)核、壩體混凝土強度和耐久性檢測與分析、廠房結(jié)構(gòu)動力測試與分析等專項檢查，專家組對大壩防洪、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定、消能、防滲、運行、監(jiān)測等專項研究成果進行了分析論證。專家組大壩安全評價結(jié)論為：“青銅峽大壩雖然部分存在一定的缺陷，但總體上尚能滿足運行要求，大壩工作狀況基本正常，評定青銅峽水電站大壩為正常壩”。

2 大壩補強消缺及技術(shù)改造工作

青銅峽水電站大壩首次定檢評定為病壩后，原寧夏電力局和青銅峽水電廠非常重視病壩的治理工作，1991年起就著手制定消缺治理方案，開展了大量卓有成效的實驗研究工作，采取了相應(yīng)的工程措施。第二次定檢中，又重點對金屬結(jié)構(gòu)、水下設(shè)施及大壩運行中存在的其它問題進行了更進一步的分析計算和復(fù)核工作。第三次定檢后，重點對水工建筑物及水位壓差系統(tǒng)進行了更新改造。

2.1 24 號、25 號壩段基礎(chǔ) F5、F6斷層固結(jié)灌漿

施工時F5、F6斷層采用混凝土塞處理，曾先后進行過5次固結(jié)灌漿，本次處理的目的是檢查性固結(jié)灌漿。采用孔距3～5 m，共布15孔，自上而下分段灌漿，平均單位注入水泥量6.21 kg／m，鉆孔進尺589.97 m。灌漿后，提高了壩體的整體性，壩基整體承載能力滿足安全要求。

2.2 大壩變形監(jiān)測設(shè)施改造

1992年審查通過了 《青銅峽大壩外部變形觀測系統(tǒng)改造工程可行性研究》，1993年完成設(shè)計，1994年施工，1995年投入運行。主要增設(shè)了壩頂和基礎(chǔ)廊道引張線、6條倒垂線、3條正垂線和西導(dǎo)墻變位計，共56個測點投入自動化在線監(jiān)測。

1995年底恢復(fù)和完善了大壩左右岸繞壩滲流觀測孔，同時完成了內(nèi)觀儀器的率定以及揚壓力掃孔和監(jiān)測設(shè)備更新試驗。

2006年對氣象觀測進行了自動化改造，實現(xiàn)了溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、氣壓的實時監(jiān)測，數(shù)據(jù)入庫率100%，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2007年3～6月對青銅峽水電站一等水準(zhǔn)網(wǎng)進行了改造。設(shè)計確定高程控制網(wǎng)一級布設(shè)共由4個水準(zhǔn)環(huán)組成，水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)點位21個，對測點進行開挖、造埋，所有高程控制網(wǎng)點均埋設(shè)永久性水準(zhǔn)點標(biāo)石，制作水準(zhǔn)點測點保護蓋以保護測點。對高程控制網(wǎng)進行施測，平差后各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求，對水準(zhǔn)網(wǎng)測量成果進行分析，雙金屬標(biāo)基點EL01（鋼）、EL01（鋁）滿足一等水準(zhǔn)測量精度要求，可作為青銅峽水電站監(jiān)測工作高程控制的水準(zhǔn)基點。

2007年9～11月對青銅峽水電站繞滲孔進行了掃孔恢復(fù)。對13個繞滲孔進行掃孔，重新安裝套管，其中11孔安裝GK-4500S傳感器，河?xùn)|4孔（YR1、YR2、YR3、YR4），河西 7 孔（河西 6、河西 9、ZK1、ZK5、ZR7、ZR8、ZR9），河西 1、河西 5 采用人工觀測。通過自動化與人工比測數(shù)據(jù)分析來看，最大差值為0.14m，發(fā)生在ZK1測點，最小差值為 0.02 m，發(fā)生在河西6測點，符合自動化安裝精度要求。

2.3 大壩裂縫處理

2.3.1 電站壩段“三大條”裂縫處理

“三大條”裂縫處理以防滲堵漏為主、適當(dāng)考慮補強作用為原則，采用對裂縫表面進行封閉、縫內(nèi)低壓灌漿、縫面加設(shè)防水層的處理措施，方案要點如下。

（1）裂縫內(nèi)部進行化學(xué)灌漿。灌漿采用負壓灌漿的新技術(shù)，灌漿材料選用具有良好可灌性、較高強度和較好變形性能的PMMA／PU互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)復(fù)合物，灌漿壓力控制在0.3 MPa以內(nèi)。

（2）裂縫表面防水層選用抗拉強度高、扯斷伸長率較高的橡皮作為主體材料，用氯丁膠與環(huán)氧砂漿粘貼。橡皮接頭部位及形狀不規(guī)則部位采用抗?jié)B、抗脹、抗凍融、熱穩(wěn)定性等指標(biāo)較好的PU密封膏粘貼。

裂縫防滲施工中，對高程1 140.00 m以上裂縫張開區(qū)及5號機蝸殼內(nèi)裂縫均按照以上方案處理；泄水管內(nèi)裂縫經(jīng)調(diào)查試驗，裂縫已濕脹閉合，只進行表面環(huán)氧封閉處理。

2.3.2 機組壩段3號胸墻裂縫處理

3號胸墻裂縫處理主要以防滲為主，堵塞滲漏通道，防止鋼筋進一步銹蝕，采用3道防滲漏措施。

第一道：通氣孔防滲層。封閉蝸殼通氣孔內(nèi)的裂縫和預(yù)制混凝土管接合部位的環(huán)形縫。為防止裂縫灌漿時漿液從通氣孔外漏，2～7號機通氣孔防滲漏采用孔內(nèi)噴涂聚醚型彈性聚氨脂，形成防水層；1號機由于通氣孔直徑只有385 mm，在通氣孔內(nèi)預(yù)先安裝一對橡膠筒，內(nèi)筒分段充水，外筒與孔壁間分段灌入環(huán)氧漿液，最后在橡膠筒內(nèi)筒充滿水，外筒與孔壁間灌入的環(huán)氧漿液在有壓條件下固化后形成防水層，起防水作用。

表1 青銅峽水電站“三大條”裂縫處理情況Table 1 :Treatment of the three cracks of Qingtongxia dam

表2 青銅峽水電站3號胸墻裂縫處理情況Table 2 :Treatment of the cracks on the third parapet of Qingtongxia dam

第二道：裂縫內(nèi)化學(xué)灌漿。開度較大的跨中東、西兩條裂縫采用LW水溶性聚氨脂灌漿，開度較小的中墩裂縫及水平施工縫采用粘度較小的NKY-3或甲氰凝灌漿材料。施工時灌漿壓力按0.3MPa控制。

第三道：胸墻表面做防水層。作為裂縫滲水的又一道防線，表面防水層的施工方法為：表面鑿槽后抹環(huán)氧砂漿層，在砂漿層上刷伸縮性好、粘結(jié)強度高的彈性聚氨脂，表面再抹一層環(huán)氧砂漿保護層。

2.3.3 大廊道裂縫處理

從1997年開始，青銅峽水電廠與湖南冷水江市湘防實業(yè)總公司共同制定了廊道裂縫、伸縮縫漏水處理方案并由湘防實業(yè)總公司施工。該方案采用排堵結(jié)合的辦法，即先沿縫鑿槽，在槽內(nèi)埋設(shè)引水管，將水引向廊道內(nèi)的排水溝，然后在引水管外做三道防水層至與墻面平齊，其中第一道防水層為防水寶和堵漏靈，第二道防水層為橡膠止水帶，最外一道為BW止水膏，最后用防水粉做墻面粉刷。廊道防滲工程分兩期，第一期為基礎(chǔ)灌漿廊道和大廊道的豎井 （位置分別在1號機和8號機），1997年6～8月施工。同年9月，用同樣的方法處理了交通廊道的6條伸縮縫，具體是7號機2條，1號、2號、4號、8號機各1條。第二期工程為河?xùn)|觀測廊道和河西小廊道，于1998年處理完畢。

2.4 平壓水箱防腐處理

平壓水箱防銹蝕采用金屬保護層法，在水箱內(nèi)壁、伸縮縫和支撐件上噴涂300 μm厚的鋅，并在其上再噴涂四道氯磺化聚乙烯樹脂作為表面覆蓋層。水箱外側(cè)水體pH值較高，對金屬結(jié)構(gòu)件防腐較為有利，水箱外壁銹蝕速度較慢，不做防銹蝕處理也能保證水箱長時間運行。

第二次大壩定檢后，根據(jù)專家組的建議，從1998年開始隨著機組大修，按第二次定檢專家組確定的維修方法對平壓水箱進行了防腐處理。

2.5 水庫泥沙淤積情況

對于泥沙，青銅峽水電站大壩第一次定檢后，從1991年開始，采用汛期沙峰“穿堂過”，結(jié)合汛末沖庫拉沙方式進行沖庫拉沙運用。即汛前制定相應(yīng)的排沙標(biāo)準(zhǔn)，汛期根據(jù)預(yù)報，提前降低庫水位，泥沙入庫后，根據(jù)含沙量大小，選擇機組全?；虿糠滞C，開啟排沙底孔排沙，將泥沙盡可能多地排出庫外。汛末選擇有利時機，進行一次機組全停、放空水庫的拉沙運用，在機組及泄水建筑物前形成一個沖刷漏斗，保證冬季及來年閘門、機組的正常運行，同時力爭控制水庫在年內(nèi)達到?jīng)_淤平衡或進一步減淤。

表3 青銅峽水電站平壓水箱處理情況Table 3 :Anti-corrosion treatment for the water box at Qingtongxia hydropower station

2.6 泄水管底板補強處理情況

進水口段：2000年12月～2002年4月，青銅峽水電站委托青島太平洋海洋工程有限公司對泄水管進口段進行水下修復(fù)工程施工。處理措施為首先對破損部位進行定位，水下混凝土切割挖除，然后打錨筋，布設(shè)鋼筋網(wǎng)，澆注水下聚合物混凝土（PBM樹脂混凝土）。對3號泄水管檢修門槽附近兩側(cè)閘墩上的2條4 m高的豎直向裂縫，采用了永久鋼襯立模、水下混凝土澆注工藝。

出口段和反坡段：第二次定檢后，結(jié)合機組A級檢修，1997～2008年分別對15個泄水管進行檢查，發(fā)現(xiàn)所有泄水管底板表面砂漿層大面積麻面，局部有沖刷坑槽，鋼筋裸露，部分泄水管機中縫表層環(huán)氧砂漿和橡皮脫落，有滲水現(xiàn)象。根據(jù)破壞情況對泄水管底板進行了修復(fù)，坑洞較大部位打插筋與外露鋼筋焊接后，用環(huán)氧混凝土填充處理，沖刷麻面整體采用環(huán)氧砂漿抹面修復(fù)。

2.7 泄洪閘下游護岸補強加固

1982年對海漫以下部分拋填了780塊2 m3大的混凝土四面體，東擋12以下157 m范圍內(nèi)改為鋼筋混凝土護坡，1984年對東擋12以下80～110 m范圍內(nèi)鋼筋混凝土護坡坍塌部位拋填了6 000 m3鉛絲籠塊石進行臨時加固。1995年、1999年和2005年檢查發(fā)現(xiàn)，鉛絲籠塊石前端頭和位于河床的部位有局部坍塌，當(dāng)年就進行了修復(fù)處理。

2.8 機組進水口工作閘門及攔污柵改造

1996年對攔污柵的結(jié)構(gòu)進行了重新設(shè)計。新設(shè)計攔污柵的主梁為箱型梁，提高了主梁的強度，柵條形式采用直條柵，柵條間距為265 mm，柵片厚度為16 mm，將下節(jié)底主梁下移470 mm，上下節(jié)分別加1主梁，拐角加節(jié)點板，每個主梁均是一個滑動支撐。本次設(shè)計直接將鎖錠設(shè)計在柵體上，去掉了原柵的加強斜撐，操作方便省力，給清污工作帶來了極大的方便，1997年先后委托銀川電力修造廠和劉家峽水工機械廠進行制作更換，目前更換大機主柵9扇，副柵2扇，小機主攔污柵2扇，副柵1扇。

2000年，電站對進工門進行了重新設(shè)計，新設(shè)計的閘門與原閘門相比有以下不同：每套閘門設(shè)置2個充水閥和1個平衡梁、閘門自身設(shè)置了鎖錠、節(jié)與節(jié)之間設(shè)置了連接板、增加了強度，頂、側(cè)水封為一個整體框架水封。2000年先后委托河南三門峽水工機械廠和武漢大禹水工機械廠制作，2001～2006年8月逐年進行更換，共計更換7扇。

2.9 右岸土壩安全復(fù)核

右岸土壩與重力壩相接，最大壩高約10 m。委托設(shè)計單位進行了安全復(fù)核，土壩各項技術(shù)指標(biāo)均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2.10 超聲波水位壓差系統(tǒng)技術(shù)改造

2008年對超聲波水位壓差系統(tǒng)進行了技術(shù)改造，提高了水庫調(diào)度的自動化水平。

3 結(jié) 語

1988～2007年，青銅峽大壩在日常檢查和年度詳查的基礎(chǔ)上進行了三次定期檢查。通過定檢工作，從設(shè)計、施工及運行對大壩進行了全面的設(shè)計復(fù)核與研究，對設(shè)備的運行狀態(tài)有了更清晰的了解和掌握，同時采取大量有效的工程措施進行大壩補強消缺，保證了大壩的正常安全運行。

[1]青銅峽水電站大壩安全定期檢查資料縮寫匯編[R].

[2]寧夏青銅峽水電站大壩安全第三次定期檢查報告[R].

[3]青銅峽水電站第三次大壩定檢安全檢查資料匯編[R].