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(yùn)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(yùn)行情況，對(duì)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(jìn)行了設(shè)計(jì)復(fù)核；對(duì)大壩變形監(jiān)測資料進(jìn)行了分析研究；現(xiàn)場測試了大壩混凝土強(qiáng)度和碳化深度；對(duì)壩基滲流水質(zhì)做了化學(xué)分析；對(duì)大壩裂縫和平壓水箱做了深入研究。專家組大壩安全評(píng)價(jià)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(yán)重，難以長期安全運(yùn)行，評(píng)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(duì)大壩運(yùn)行進(jìn)行了全面總結(jié)，組織了細(xì)致的現(xiàn)場檢查，對(duì)首次定檢以來的大壩補(bǔ)強(qiáng)消缺進(jìn)行了評(píng)價(jià)，同時(shí)進(jìn)行了多項(xiàng)設(shè)計(jì)復(fù)核、測試、研究工作，對(duì)大壩裂縫、平壓水箱、壩基地質(zhì)、水庫設(shè)障等重要問題進(jìn)行了深入分析，提出了土壩、蝸殼、3號(hào)胸墻設(shè)計(jì)復(fù)核、西導(dǎo)墻安全分析、大機(jī)進(jìn)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(yàn)、24號(hào)和25號(hào)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(bào)告。專家組大壩安全評(píng)價(jià)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(qiáng)度均能滿足規(guī)范要求；壩基帷幕工作正常，揚(yáng)壓力系數(shù)低于設(shè)計(jì)值0.35；24號(hào)和25號(hào)壩段壩基斷層破碎帶已進(jìn)行了固結(jié)灌漿；大壩變形符合一般規(guī)律；閘門及啟閉機(jī)工作正常，強(qiáng)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(hào)胸墻和蝸殼頂板的裂縫，經(jīng)分析計(jì)算，結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yùn)行。評(píng)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(duì)擋水建筑物（閘墩式電站機(jī)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(jī)、大壩安全監(jiān)測設(shè)施、下游消能防護(hù)設(shè)施、近壩庫岸進(jìn)行了現(xiàn)場檢查，進(jìn)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(qiáng)度和耐久性檢測與分析、廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力測試與分析等專項(xiàng)檢查，專家組對(duì)大壩防洪、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定、消能、防滲、運(yùn)行、監(jiān)測等專項(xiàng)研究成果進(jìn)行了分析論證。專家組大壩安全評(píng)價(jià)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(yùn)行要求，大壩工作狀況基本正常，評(píng)定青銅峽水電站大壩為正常壩”。

2 大壩補(bǔ)強(qiáng)消缺及技術(shù)改造工作

青銅峽水電站大壩首次定檢評(píng)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(shí)驗(yàn)研究工作，采取了相應(yīng)的工程措施。第二次定檢中，又重點(diǎn)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)、水下設(shè)施及大壩運(yùn)行中存在的其它問題進(jìn)行了更進(jìn)一步的分析計(jì)算和復(fù)核工作。第三次定檢后，重點(diǎn)對(duì)水工建筑物及水位壓差系統(tǒng)進(jìn)行了更新改造。

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

施工時(shí)F5、F6斷層采用混凝土塞處理，曾先后進(jìn)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(jìn)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(jì)，1994年施工，1995年投入運(yùn)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(jì)，共56個(gè)測點(diǎn)投入自動(dòng)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(shí)完成了內(nèi)觀儀器的率定以及揚(yáng)壓力掃孔和監(jiān)測設(shè)備更新試驗(yàn)。

2006年對(duì)氣象觀測進(jìn)行了自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、氣壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測，數(shù)據(jù)入庫率100%，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2007年3～6月對(duì)青銅峽水電站一等水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行了改造。設(shè)計(jì)確定高程控制網(wǎng)一級(jí)布設(shè)共由4個(gè)水準(zhǔn)環(huán)組成，水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)點(diǎn)位21個(gè)，對(duì)測點(diǎn)進(jìn)行開挖、造埋，所有高程控制網(wǎng)點(diǎn)均埋設(shè)永久性水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石，制作水準(zhǔn)點(diǎn)測點(diǎn)保護(hù)蓋以保護(hù)測點(diǎn)。對(duì)高程控制網(wǎng)進(jìn)行施測，平差后各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)水準(zhǔn)網(wǎng)測量成果進(jìn)行分析，雙金屬標(biāo)基點(diǎn)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(diǎn)。

2007年9～11月對(duì)青銅峽水電站繞滲孔進(jìn)行了掃孔恢復(fù)。對(duì)13個(gè)繞滲孔進(jìn)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(dòng)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(diǎn)，最小差值為 0.02 m，發(fā)生在河西6測點(diǎn)，符合自動(dòng)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(bǔ)強(qiáng)作用為原則，采用對(duì)裂縫表面進(jìn)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(diǎn)如下。

（1）裂縫內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)灌漿。灌漿采用負(fù)壓灌漿的新技術(shù)，灌漿材料選用具有良好可灌性、較高強(qiáng)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(qiáng)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(duì)高程1 140.00 m以上裂縫張開區(qū)及5號(hào)機(jī)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(yàn)，裂縫已濕脹閉合，只進(jìn)行表面環(huán)氧封閉處理。

2.3.2 機(jī)組壩段3號(hào)胸墻裂縫處理

3號(hào)胸墻裂縫處理主要以防滲為主，堵塞滲漏通道，防止鋼筋進(jìn)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(shí)漿液從通氣孔外漏，2～7號(hào)機(jī)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(hào)機(jī)由于通氣孔直徑只有385 mm，在通氣孔內(nèi)預(yù)先安裝一對(duì)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(hào)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(shí)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(qiáng)度高的彈性聚氨脂，表面再抹一層環(huán)氧砂漿保護(hù)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(shí)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(shí)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(hào)機(jī)和8號(hào)機(jī)），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(hào)機(jī)2條，1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、8號(hào)機(jī)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(hù)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(duì)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(shí)間運(yùn)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(jī)組大修，按第二次定檢專家組確定的維修方法對(duì)平壓水箱進(jìn)行了防腐處理。

2.5 水庫泥沙淤積情況

對(duì)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(jìn)行沖庫拉沙運(yùn)用。即汛前制定相應(yīng)的排沙標(biāo)準(zhǔn)，汛期根據(jù)預(yù)報(bào)，提前降低庫水位，泥沙入庫后，根據(jù)含沙量大小，選擇機(jī)組全停或部分停機(jī)，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(shí)機(jī)，進(jìn)行一次機(jī)組全停、放空水庫的拉沙運(yùn)用，在機(jī)組及泄水建筑物前形成一個(gè)沖刷漏斗，保證冬季及來年閘門、機(jī)組的正常運(yùn)行，同時(shí)力爭控制水庫在年內(nèi)達(dá)到?jīng)_淤平衡或進(jìn)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(bǔ)強(qiáng)處理情況

進(jìn)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(duì)泄水管進(jìn)口段進(jìn)行水下修復(fù)工程施工。處理措施為首先對(duì)破損部位進(jìn)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(duì)3號(hào)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(jī)組A級(jí)檢修，1997～2008年分別對(duì)15個(gè)泄水管進(jìn)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(jī)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(duì)泄水管底板進(jìn)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(hù)岸補(bǔ)強(qiáng)加固

1982年對(duì)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(hù)坡，1984年對(duì)東擋12以下80～110 m范圍內(nèi)鋼筋混凝土護(hù)坡坍塌部位拋填了6 000 m3鉛絲籠塊石進(jìn)行臨時(shí)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(jìn)行了修復(fù)處理。

2.8 機(jī)組進(jìn)水口工作閘門及攔污柵改造

1996年對(duì)攔污柵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)攔污柵的主梁為箱型梁，提高了主梁的強(qiáng)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(diǎn)板，每個(gè)主梁均是一個(gè)滑動(dòng)支撐。本次設(shè)計(jì)直接將鎖錠設(shè)計(jì)在柵體上，去掉了原柵的加強(qiáng)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(jī)械廠進(jìn)行制作更換，目前更換大機(jī)主柵9扇，副柵2扇，小機(jī)主攔污柵2扇，副柵1扇。

2000年，電站對(duì)進(jìn)工門進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)的閘門與原閘門相比有以下不同：每套閘門設(shè)置2個(gè)充水閥和1個(gè)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(qiáng)度，頂、側(cè)水封為一個(gè)整體框架水封。2000年先后委托河南三門峽水工機(jī)械廠和武漢大禹水工機(jī)械廠制作，2001～2006年8月逐年進(jìn)行更換，共計(jì)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(jì)單位進(jìn)行了安全復(fù)核，土壩各項(xiàng)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(duì)超聲波水位壓差系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，提高了水庫調(diào)度的自動(dòng)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(jìn)行了三次定期檢查。通過定檢工作，從設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行對(duì)大壩進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)復(fù)核與研究，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有了更清晰的了解和掌握，同時(shí)采取大量有效的工程措施進(jìn)行大壩補(bǔ)強(qiáng)消缺，保證了大壩的正常安全運(yùn)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(bào)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].