萬家寨混凝土重力壩中孔過流面缺陷處理

侯爭光，張 維，趙 朋，吳凌丞

（黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西偏關(guān)，036412）

1 工程概況

萬家寨水利樞紐位于黃河北干流上段托克托至龍口峽谷河段內(nèi)，是黃河中游規(guī)劃開發(fā)的8個(gè)梯級中的第一個(gè)工程，也是山西省引黃入晉工程的龍頭工程。樞紐的主要任務(wù)是供水結(jié)合發(fā)電調(diào)峰，同時(shí)兼有防洪、防凌作用，裝有6臺(tái)單機(jī)容量180 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 080 MW，多年平均年發(fā)電量為27.5億kW·h。

工程由混凝土重力壩、泄水建筑物、壩后式廠房、GIS開關(guān)站、引黃取水口等組成。泄水建筑物布置在左岸，根據(jù)泄水建筑物的運(yùn)用要求，并考慮在不同庫水位泄流排沙的靈活性，泄水建筑物由8個(gè)底孔、4個(gè)中孔和l個(gè)表孔組成，均采用長護(hù)坦挑流消能。

中孔擔(dān)負(fù)著樞紐泄洪排沙及排漂任務(wù)，布置在9、10壩段，為壓力短管式無壓壩身泄水孔。每個(gè)壩段布置2孔，共4孔?？卓诔叽鐬? m×8 m（寬×高），進(jìn)口底坎高程為946.00 m。中孔設(shè)平板事故檢修閘門及平板工作閘門各一道，工作閘門后為明流段，堰面曲線為拋物線，過流面末端水平直線高程900.00 m，其后接長護(hù)坦及挑流鼻坎。單孔最大泄量為675 m3/s。

2 中孔過流面現(xiàn)狀

2004年對樞紐水工建筑物混凝土缺陷進(jìn)行了全面普查，檢查發(fā)現(xiàn)中孔過流面及護(hù)坦存在混凝土裂縫、剝蝕、脫落等問題，其中統(tǒng)計(jì)裂縫共計(jì)128條（詳見表1），剝蝕、脫落共5處，最大剝蝕面積達(dá)64 m2，隨即采用環(huán)氧混凝土、環(huán)氧砂漿等進(jìn)行了局部修補(bǔ)處理。此后自2008年起，中孔過流面經(jīng)歷多次泄水等短時(shí)性過流，導(dǎo)致過流面原修補(bǔ)的環(huán)氧材料大面積剝落。

表1 中孔過流面混凝土裂縫統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the cracks on the concrete overflow surface

2014年，對中孔過流面混凝土存在較大凍融破壞的區(qū)域（樁號下0+014.82～下0+058.00 m）進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)，檢測過流面混凝土的強(qiáng)度，檢測成果詳見表2。中孔過流面二期混凝土原設(shè)計(jì)強(qiáng)度為R90300D200，混凝土試驗(yàn)強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，且越距表面，強(qiáng)度越低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。對局部混凝土表面砂漿已剝落、骨料露出、凍融破壞嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行深鑿檢查，鑿除10 cm深后，底部混凝土仍然疏松，強(qiáng)度較低。

表2 中孔過流面混凝土取樣抗壓強(qiáng)度檢測成果Table 2 Result of the compression test of the concrete on overflow surface

3 缺陷原因分析

3.1 原澆筑混凝土強(qiáng)度低

對過流面混凝土進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)，試驗(yàn)強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，這與建設(shè)期澆筑混凝土標(biāo)號低有關(guān)，加之運(yùn)行時(shí)間長，混凝土碳化嚴(yán)重，過流面混凝土在溫度作用和泄水水流的沖蝕下產(chǎn)生裂縫和剝蝕。

3.2 凍融破壞

中孔閘門存在輕微滲水，滲水經(jīng)過堰面密集發(fā)育的裂縫滲入混凝土內(nèi)，低溫季節(jié)結(jié)冰引起混凝土凍融破壞。

4 修復(fù)范圍及方式確定

4.1 修復(fù)范圍

修復(fù)范圍為壩0+205.00～0+243.00 m（中孔4孔過流面）、下0+08.82～下0+88.00 m（中孔工作閘門后至過流面底部）。

4.2 修復(fù)方式

2004年對中孔過流面局部剝蝕、脫落部位采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)處理后，泄水后修補(bǔ)部位環(huán)氧砂漿大面積剝落，效果不佳。結(jié)合鉆孔取芯檢查，發(fā)現(xiàn)過流面混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，且距過流面表面越淺，強(qiáng)度越低，達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，且多處混凝土表面砂漿已剝落、骨料露出，鑿除10～15 cm后，底部混凝土仍然疏松，強(qiáng)度較低。鑒于上述情況，確定對中孔過流面混凝土存在的裂縫、剝落、強(qiáng)度低等問題進(jìn)行徹底處理，采取少鑿多澆的方式，滑模澆筑施工工藝，對堰面整體混凝土進(jìn)行修復(fù)處理。

圖1 抗壓試驗(yàn)芯樣Fig.1 Core samples for compression test

5 施工工藝要求

5.1 混凝土鑿除厚度

為了消除安全隱患，提高過流面混凝土的強(qiáng)度，并保證過流面體型光滑連續(xù)，將過流面表層混凝土全部鑿除。過流面樁號下0+08.825～下0+14.825 m鑿除深度30 cm；樁號下0+14.825～下0+58.510 m鑿除深度為鋼筋網(wǎng)以下5～30 cm，若局部疏松深度大于30 cm時(shí)，現(xiàn)場確定鑿除深度；樁號下0+58.510～下0+87.50 m鑿除深度30 cm，樁號下0+87.50～下0+88.00 m鑿止水槽，深50 cm。為檢查鑿除深度，鑿除老混凝土面層之前，應(yīng)在老混凝土表面設(shè)置檢驗(yàn)墩，并用紅色油漆標(biāo)識，施工過程中，不得鑿除檢驗(yàn)墩，在鑿除深度驗(yàn)收合格后，再將檢驗(yàn)墩全部鑿除。

5.2 鑿除面處理

清除混凝土表面的灰塵、乳皮、松動(dòng)顆粒，去除鑿除面上起伏懸殊、局部凸起或成銳角以及松動(dòng)的老混凝土，處理過的表面應(yīng)露出新鮮的混凝土骨料，打毛混凝土基面，且不對骨料產(chǎn)生擾動(dòng)。

5.3 植入錨桿

在鑿除面上植入環(huán)氧樹脂錨桿，樁號下0+08.825～下0+14.825 m與樁號下0+58.510～下0+87.50 m范圍內(nèi)錨桿采用φ16@500 mm，總長度為90 cm，深入老混凝土35 cm；樁號下0+14.825～下0+58.510 m范圍內(nèi)采用φ16@400 mm，總長度不低于90 cm，深入老混凝土35 cm；外露錨桿頂部側(cè)彎90°與表層鋼筋網(wǎng)焊接。待錨桿膠結(jié)固化后，按規(guī)范要求進(jìn)行錨桿拉拔力檢驗(yàn)，錨桿抗拔力達(dá)不到質(zhì)量要求時(shí)，按要求重新檢驗(yàn)或采取其他處理措施。

5.4 設(shè)置表層鋼筋

表層鋼筋采用φ16@150 mm，縱橫方向均為7根/m，修復(fù)時(shí)對割斷的鋼筋及不慎損壞的鋼筋均應(yīng)按原樣進(jìn)行恢復(fù)。

5.5 清洗

徹底清除表層鑿除物及松動(dòng)的老混凝土，將混凝土鑿除面清洗干凈。

5.6 滑模測量放線

過流面澆筑方式采用拉模澆筑工藝，按照先9后10壩段的澆筑順序，每次滑模澆筑寬度16 m。對軌道中心線和支撐架位置測量放線、支撐架標(biāo)高，并檢查過流面線與設(shè)計(jì)線的偏差。

5.7 軌道安裝

軌道采用角鋼固定，兩塊角鋼之間固定一塊槽鋼，槽鋼內(nèi)部鑲?cè)霛L輪，以確保桁架滑動(dòng)行走。

5.8 滑模模體組裝

滑模模體主要由型鋼桁架組成，底面為6 mm厚鋼板，四周支撐體和縱向梁由25 a槽鋼和16 a槽鋼組成，鋼桁架高2.0 m，底寬1.2 m，同時(shí)在桁架下游側(cè)做人工操作平臺(tái)，底寬1.0 m、高1.6 m，以滿足人工收面和檢查使用。

5.9 涂刷界面膠

新混凝土澆筑前，對新老混凝土結(jié)合面進(jìn)行清洗，要求表面無油脂、塵埃和松散物，表層干爽不濕或略帶潮，涂刷一層環(huán)保型界面膠。

5.10 澆筑混凝土

采用混凝土吊罐結(jié)合溜槽方式進(jìn)行混凝土入倉、滑模澆筑的施工工藝，按照先9后10壩段的澆筑順序，重新澆筑結(jié)構(gòu)混凝土。新澆混凝土為C50F300W6（二）高強(qiáng)硅粉混凝土。樁號下0+08.825～下0+14.825 m混凝土澆筑厚度30～48 cm；樁號下0+14.825～下0+58.510 m混凝土澆筑厚度35～55 cm；樁號下0+58.510～下0+87.50 m混凝土澆筑厚度30～59 cm；樁號下0+87.50～下0+88.00 m混凝土澆筑厚度50 cm。

5.11 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土表面經(jīng)人工抹面壓光之后，立即覆蓋塑料薄膜、上部用麻袋保濕養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期應(yīng)滿足規(guī)范的要求，盡量延長養(yǎng)護(hù)期，以避免混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

6 經(jīng)驗(yàn)與建議

（1）中孔過流面工作閘門存在漏水問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)維護(hù)處理，以免冬季結(jié)冰引起混凝土凍融凍脹破壞。

（2）修復(fù)采用的C50F300W6（二）高強(qiáng)硅粉混凝土具有和易性好、強(qiáng)度高、耐久性高的優(yōu)點(diǎn)。硅粉混凝土對早期養(yǎng)護(hù)要求高，否則容易發(fā)生塑性干裂，在澆筑振搗后應(yīng)立即覆膜，溫水養(yǎng)護(hù)21 d以上。

（3）為防止混凝土裂縫的產(chǎn)生以及避免裂縫擴(kuò)延引起類似問題的發(fā)生，建議在混凝土表面涂抹強(qiáng)度高、柔韌性好、抗沖磨的防護(hù)涂層。

7 處理效果及評價(jià)

中孔過流面于2015年8月修復(fù)完成，經(jīng)歷3年運(yùn)行，檢查發(fā)現(xiàn)表面局部存在細(xì)微裂縫，主要可能是早期硅粉混凝土養(yǎng)護(hù)不到位所致，未發(fā)現(xiàn)混凝土表面出現(xiàn)沖蝕、凍融等破壞，運(yùn)行效果良好。