西泉眼水庫輸水洞加固工程安全評價

劉艷芳

(哈爾濱市西泉眼水庫管理處，黑龍江阿城150300)

西泉眼水庫位于松花江右岸一級支流阿什河上游。水庫樞紐工程由礫質(zhì)黏土心墻土石壩、河床式溢洪道、輸水洞和壩后引水式電站四部分組成。輸水洞在溢流壩的右側(cè)，結合右邊墻布設灌溉發(fā)電輸水洞。其進口與溢流壩為一體，灌溉洞穿過溢流壩體后在溢流壩陡坡段右側(cè)衡重式擋土墻墻體內(nèi)通過，尾門閘室后接溢流壩渥琦段，泄水入消力池，灌溉洞全長47.42 m。在輸水洞出口閘室段前設有分岔支洞，做為發(fā)電引水洞的進口，發(fā)電引水洞全長127.72 m，在溢洪道右邊墻衡重臺墻體內(nèi)穿過，沿右岸山崖布設分岔管，分別輸水到水電站廠房各個水輪機組。

1 輸水洞加固設計

1.1 原輸水洞工程概況及存在的主要問題

經(jīng)多年期運行，輸水洞表現(xiàn)出嚴重的安全隱患，據(jù)近年安全鑒定階段得出的結論，輸水洞存在的主要病險包括:

1)輸水洞洞身施工質(zhì)量差，混凝土強度未達到設計要求。

2)洞身漏水嚴重。

3)尾水門后混凝土在高速水流沖擊下破壞較為嚴重。

針對原輸水洞建筑物存在的上述問題，本次應急維修加固工程對原輸水洞采取加固處理措施，主要包括:

1)灌溉洞及發(fā)電洞部分洞段混凝土表面鑿毛3～5 cm，替換原洞內(nèi)銹蝕鋼筋，采用聚合物細石混凝土進行補強處理。伸縮縫處預鑿8 cm×32 cm空隙，掛置鋼筋，更換原止水為紫銅止水，設置分縫板，回填混凝土摻加聚丙烯纖維。灌溉洞出口泄槽邊墻混凝土類似溢洪道做補強、防護處理。

2)發(fā)電洞部分洞段內(nèi)襯12 mm厚鋼板，鋼板表面防腐處理，鋼板與洞壁之間預鑿2～5 cm厚空隙，鋼板與洞壁之間回填灌漿與接觸灌漿。

3)拆除重建輸水洞工作門啟閉機室。

1.2 輸水洞工程布置

經(jīng)本次加固，除發(fā)電洞下游35.5 m長洞段采取內(nèi)襯12 mm厚鋼管外，其它洞段均采取洞壁混凝土補強處理，因此，輸水洞工程布置與原狀相差很小。

灌溉主洞長47.42 m，發(fā)電引水支洞到下游分叉段前長約92 m，采用洞內(nèi)混凝土表面鑿毛3～5 cm，替換原洞內(nèi)銹蝕鋼筋，采用聚合混凝土補強厚度3～5 cm。變形縫處預鑿8 cm×32 cm空隙，用紫銅止水替換原止水，設置分縫材料。發(fā)電引水支洞下游分叉段后長35.5 m，采用鋼板襯砌，內(nèi)襯12 mm厚鋼板，鋼板與洞壁之間預鑿2～5 cm的空隙，空隙內(nèi)回填灌漿，與鋼板接觸部分回填接觸灌漿。鋼板表面進行防腐處理，替換原洞內(nèi)銹蝕鋼筋。

1.3 設計計算

根據(jù)2005年鑒定結論，閘室穩(wěn)定性及地基應力分布滿足規(guī)范要求，洞身強度滿足設計要求，進、出口邊墻穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。本次加固設計時，對輸水洞洞身混凝土結構強度重新復核結果表明，洞身配筋率滿足《水工混凝土結構設計規(guī)范》(SL/T191—96)要求。本次加固對洞身采取混凝土補強和鋼襯處理。

洞身補強混凝土設計采用C25 W4 F200，防護層與基層黏結強度＞1 MPa，強度、抗?jié)B和抗凍設計指標滿足規(guī)范要求。

灌溉主洞的發(fā)電引水支洞下游分叉段后長約36 m，本次加固內(nèi)襯12 mm厚鋼板，內(nèi)襯鋼板采用16 Mn鋼，鋼板與洞壁之間預鑿8 cm的空隙，空隙內(nèi)回填灌漿，與鋼板接觸部分回填接觸灌漿，鋼板表面進行防腐處理。由于輸水洞洞身強度滿足設計要求，故無需對鋼板內(nèi)襯進行結構復核，但未見鋼板襯砌范圍如何確定的相關設計內(nèi)容。

2 混凝土施工質(zhì)量

2.1 伸縮縫的處理施工

伸縮縫的修補處理工序:伸縮縫鋼板及混凝土拆除→紫銅止水片安裝→錨筋及鋼筋安裝→立?！郾├w維混凝土澆筑。

施工時，混凝土鑿除深度8 cm，若遇有強度較低的混凝土，繼續(xù)鑿毛，直至露出堅硬的混凝土面，并用水清洗干凈。紫銅止水片，按設計尺寸，型式進行焊接和安裝。錨筋用Φ12螺紋鋼，錨筋安裝在紫銅止水片兩側(cè)，在錨筋上焊接Φ8鋼筋網(wǎng)，錨筋間距均為30 cm，縱向鋼筋間距均為24 cm，鋼筋間距紫銅止水1 cm，保護層4 cm。聚丙烯纖維混凝土在輸水洞內(nèi)配制，混凝土配合比按C25F200配比進行，聚丙烯纖維的摻量為水泥重量的3.5%，底部直接澆筑。澆筑后人工抹面，兩側(cè)從模板上預留的下料口澆筑，面頂部難于施工，而采用灌注砂漿的回填密實。

伸縮縫施工完成后，經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主聯(lián)合檢查，伸縮縫無滲水現(xiàn)象。

2.2 輸水洞洞壁聚合物混凝土補強

輸水洞洞壁聚合物混凝土補強包括0+000 m～0+ 48.12 m和0+028 m～1+028.32 m。工程量分別為11.5 m3和21.6 m3。

聚合混凝土的配比和施工工藝與溢洪道混凝土補強工程相同。先將洞壁表面的水銹、游泥等附著物鏟除清理干凈。需要鑿除的部位，鑿除濃度2～3 cm，以露出新鮮的混凝土，然后用水清洗干凈，按照涂刷界面膠，涂抹聚合物混凝土的順序施工。對混凝土破損較深的部位，用聚合物混凝土修整，較深的用聚合物砂漿修整。

施工過程中經(jīng)監(jiān)理見證，取混凝土抗壓試塊4組，最大值為28.5 MPa，最小值為27.8 MPa，平均值為27.7 MPa?；炷翉姸葷M足設計要求。

3 灌漿工程施工質(zhì)量

根據(jù)設計要求，發(fā)電引水支洞下游分叉段后長約36 m，采用鋼板襯砌，鋼板與洞壁之間預鑿8 cm的空隙，空隙內(nèi)回填灌漿，與鋼板接觸部分接觸灌漿。

3.1 回填灌漿

回填灌漿在鋼襯上預留灌漿孔，孔內(nèi)有絲扣。回填灌漿不分區(qū)段，端部封堵嚴密?；靥罟酀{分為兩個次序進行。自較低的一端開始，向較高的一端推進。一序孔灌注水灰比為0.6(或0.5)∶1的水泥漿，二序孔灌注水泥砂漿，摻砂量≤水泥重量的200%.灌漿壓力0.3～0.5 MPa，以控制鋼襯變形不超過設計規(guī)定值為準。在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5 min結束灌漿。

回填灌漿施工結束7 d后，在吸漿量較大的底孔位置，按照監(jiān)理指定位置，布設3個檢查孔，注入2:1的漿液，在初始10 min內(nèi)漿液注入量均未超過10 L。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，回填灌漿施工質(zhì)量合格。

3.2 接觸灌漿

回填灌漿結束14 d后，進行鋼襯接觸灌漿。灌漿壓力0.1 MPa，灌漿材料采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，漿液濃度按1∶1、0.8∶1、0.6(或0.5)∶1三個比級配制。鋼襯接觸灌漿孔的位置在現(xiàn)場經(jīng)錘擊檢查確定，主要在洞頂部，共設灌漿孔7個，孔徑14 mm。灌漿按照自下而上、從低到高的順序進行。在0.1 MPa灌注壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注5 min結束。

灌漿結束7～14 d后經(jīng)采用錘擊法進行灌漿質(zhì)量檢查，脫空范圍和程度滿足設計要求。

綜上所述，鋼襯回填灌漿和接觸灌漿施工工藝基本符合規(guī)范規(guī)定，施工質(zhì)量基本滿足設計要求，建議補充灌漿施工質(zhì)量檢測成果。

4 鋼板襯砌施工質(zhì)量

4.1 施工程序

基面清理→鋼板防腐→鋼板安裝及焊接。

4.2 施工工藝

4.2.1 鋼板防腐

4.2.1.1 表面處理

鋼材表面應無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，任何殘留的痕跡應僅是點狀或條狀的輕微色斑，手工和動力工具除銹適用于涂層缺陷局部修理其表面清潔度等級應達到GB8923規(guī)定的St3級。表面粗糙度在Rz60～100 μm范圍內(nèi)。除銹完畢，用壓縮空氣吹凈表面的灰塵和附近的積砂。涂裝前如發(fā)現(xiàn)基體金屬被污染或返銹，應重新處理以達到要求的表面清潔度等級。

4.2.1.2 涂裝

1)除銹處理經(jīng)質(zhì)檢員檢查合格后，才能進行涂裝。

2)首先進行底層涂料噴涂達到規(guī)定厚度，待完全干燥固化后才允許噴涂中間漆、面漆。

3)涂料涂裝宜在氣溫5℃以上進行，涂裝場地應通風良好。當構件表面潮濕或遇塵土飛揚、烈日直接暴曬等情況下，不得進行涂裝。

4)涂裝施工人員應嚴格按作業(yè)指導書及涂料說明書的規(guī)定進行施工，如有疑問應及時通知現(xiàn)場技術員解決。

5)涂裝前首先檢驗使用的涂料符合標準的規(guī)定，合格產(chǎn)品方能使用。

4.2.1.3 涂漠厚度控制

1)施工時，應按使用量進行涂裝，及時用測厚儀測定涂層厚度漆膜厚度應分布控制在兩個85%以上，即要求85%以上的測量測得的膜厚值必須達到超過規(guī)定的膜厚值，余下的不到15%的測點測得的膜厚值不得低于規(guī)定膜厚值的85%。

2)對于其它要求按“水工金屬結構防腐蝕規(guī)范”執(zhí)行。4.2.2 鋼板運輸通道的選擇

采購的鋼板按照輸水洞襯砌的尺寸加工防腐后，倒運至至7#擋土墻背水側(cè)，汽車吊垂直運輸至輸水洞出口處，再用叉車水平倒運進輸水洞作業(yè)面處。

4.2.3 鋼板安裝、焊接

安裝順序為先安裝兩側(cè)的鋼板、然后安裝頂部鋼板，連接倒角鋼板，最后從里向外倒退安裝底部鋼板。

利用叉車及腳手架、手拉葫蘆安裝調(diào)整鋼板，鋼板位置達到設計位置后，利用膨脹螺栓點焊定位。

用二氧化碳氣體保護焊機進行鋼板焊接。焊接順序為先縱縫，再立縫，最后焊接橫縫。

4.3 原材料檢測

輸水洞鋼板襯砌工程量為43.9 t，使用鋼板為鞍鋼出產(chǎn)的16 Mn鋼板。施工前對鋼板原材料進行了質(zhì)量檢測。經(jīng)檢測，原材料質(zhì)量合格。

4.4 施工質(zhì)量檢測

輸水洞鋼板襯砌施工過程中，未出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

施工時監(jiān)理現(xiàn)場見證，對鋼板襯砌施工焊接焊縫按照位置進行了超聲波無損檢測，結果顯示焊接質(zhì)量合格。

施工時監(jiān)理現(xiàn)場見證，對鋼板襯砌防腐處理進行了質(zhì)量檢測，結果顯示焊接質(zhì)量基本合格。

施工過程中，黑龍江省水利工程質(zhì)量檢測中心站對鋼板焊接、鋼板防腐等施工質(zhì)量進行了隨機抽檢，檢測結果合格。

4.5 施工質(zhì)量評價

鋼板襯砌施工原材料合格，施工工藝合理，鋼板焊接與防腐處理基本滿足設計要求，施工中未出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

5 輸水洞加固工程安全評價意見和建議

1)對輸水洞存在的問題，設計采取洞壁混凝土補強、發(fā)電引水支洞鋼襯與灌漿、重做分縫止水、重建進口工作閘門啟閉室等加固方案，是合適的。

2)洞身混凝土結構分縫止水設計合理，施工質(zhì)量滿足設計要求。

3)補強混凝土采用C25W4F200，強度、抗?jié)B與抗凍設計指標滿足規(guī)范要求，施工方法和工藝合理，強度、抗凍檢測結果滿足設計要求。

4)發(fā)電引水支洞鋼襯回填灌漿和接觸灌漿施工工藝基本符合規(guī)范規(guī)定，施工質(zhì)量基本滿足設計要求，建議補充檢測資料。

5)輸水洞鋼襯設計基本滿足規(guī)范要求，原材料合格，施工工藝合理，檢測結果基本滿足設計要求。

［1］ 西泉眼水庫大壩安全鑒定評價報告［R］.大壩安全管理中心，2005.

［2］ 西泉眼水庫應急維修加固工程初步設計報告［R］.黑龍江省水利勘測設計院，2007.