小黑河水庫溢洪道病害分析與除險加固施工設計

劉朝庹

（云南明通水電建設監理有限公司 云南 楚雄 675000）

1 工程概況

小黑河水庫位于云南省曲靖市師宗縣境內，屬于小（二）型水庫，水庫任務兼顧供水及防洪。水庫主體工程主要由攔河壩、溢洪道、輸水洞三部分組成。水庫溢洪道型式為寬頂堰，設計最大泄量為640m3/s。水庫自建立至今，先后經受了多次較大洪水考驗，起到了很好的工程實效。但溢洪道溢流堰面表層混凝土在水流的長時間沖刷及季節變化導致的溫度改變等因素的影響下，多處出現裂縫，堰面表層存在碳化與蜂窩麻面的現象，需及時對溢洪道進行除險加固，以免出現安全事故。

2 溢洪道病害分析

2.1 裂隙發育現狀

依據現場實測，工程存在的主要問題為裂隙較多，溢流面裂隙主要發育在溢洪道閘室段與泄槽段。其中閘室段主體為混凝土結構，在溢流面上共發現具有威脅性的裂隙6條，同時溢流面還有沖蝕與破損、止水老化、開裂等現象；泄槽段側墻結構為漿砌石構成，用砂漿進行抹面作業，至今雖未出現明顯的質量問題，但表面碳化、止水老化、開裂等現象嚴重。

2.2 裂隙成因分析

（1）依據《水庫溢洪道設計規范》與《水工混凝土結構設計規范》等相關施工規范，對于有抗沖耐磨特性的水工施工，混凝土強度的等級不可小于C25[1]。而水庫原溢流道所采用的混凝土設計強度為R250，即C20混凝土強度,明顯低于國家相關標準，無法很好的滿足實際使用需求。

表1 溢洪道堰面主體施工材料

表2 混凝土閘墩碳化情況

（2）溢流面混凝土表層厚度為100mm，在最初設計時未設置分塊縫，這使得溢流面在較大的四季溫差變化下，特別是冬季寒流的影響下，底部基巖與砌體對其產生約束效果而出現裂隙。

（3）依據國家現有“水利工程溫度作用設計原則”的規定，當壩體底板遭受來自底部基巖的約束作用時，必須在其頂板面布設鋼筋網，各個方向的配筋率以0.1%為佳，每1m距離上配置的鋼筋數量不得超過五根，鋼筋直徑不得低于16mm。而原水庫溢洪道溢流面表層鋼筋網配置規格為φ12@30cm，各方向配筋率不足0.05%，無法達成溫度裂隙擴張所需求的鋼筋配置要求，為裂隙的出現提供了可能。

（4）根據實測數據顯示，裂隙出現的位置多為施工縫所在，這說明對施工縫處理的不恰當是引起裂隙出現的主要原因之一。此外，最初混凝土施工時，未在其中摻入引氣劑而使得固結后混凝土層含氣量較低，抗凍性能不佳，亦是導致溢流面表土層出現問題的原因之一。

綜上所述，溢流面裂隙出現的原因為溢流面混凝土層及其鋼筋配置強度不足；溢流面最初設計時未設置分塊縫；施工中施工縫處理不當和初期施工工藝存在缺陷等，從而使得溢流面在溫度變化下受到溫度應力的干擾而出現問題，需對其進行及時有效的除險加固。

3 溢洪道除險加固施工設計

3.1 溢洪道堰面加固方案

基于要求溢洪道加固后現有裂隙得到妥善修復且避免新裂隙出現的同時，溢洪道自身強度與抗沖刷能力及抗凍性有所增強的前提，溢洪道堰面加固方案分為兩部分：其一，對水流速度較慢的區域，采取常規手段進行加固；其二，對水流速度較快的區域，不去除原有混凝土層，改用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）對裂隙進行填充。充填時需注意應先對表層的碳化部分進行清除，待表面潔凈后方可進行作業，溢洪道堰面主體施工材料如表1所示。

采用新型裂縫加固處理技術，該技術不但操作較為簡便且已經過實際檢驗，技術具有可行性。此外，進行有效施工需提前進行一定的培訓，并且該新型材料可能存在抗老化性能的問題，需在后期實際中進行檢驗。

3.2 堰面除險加固施工

加固作業起始于堰面直線段，整個表面采用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）進行刷涂。施工時需注意因裂縫中多存在水滲出的現象而會對柔性抗沖磨的高分子材料（CW）的刷涂造成干擾，需先對裂縫進行封閉的防滲處理。具體施工為先沿裂縫發育方向開槽，隨后在槽底充填堵漏材料和柔性防水材料并回填丙乳砂漿，最后用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）進行刷涂。各施工步驟具體操作如下：

（1）開槽。沿裂縫發育方向開設燕尾槽，并用鋼絲對槽內表面的雜物進行清除。若槽內存在滲水現象則在槽底再開設2cm×2cm的方形槽一個，并在其內充填堵漏材料，確保不再出現滲水后，將燕尾槽吹干等待使用。

（2）止水材料填充。使用SR—2型止水材料，充填厚度為2cm，充填時必須確保燕尾槽內干燥整潔，止水材料須一層一層刷涂，且必須為前一層自然干燥后才可刷涂下一層。

（3）充填丙乳砂漿。進行充填時需先在槽底與兩側槽壁涂刷一層丙乳砂漿后方可進行。

（4）表層防護。溢洪道堰面上部裂隙處于非水流沖刷區內，對其的防護只需在裂縫兩側50m范圍內刷涂柔性抗沖磨的高分子材料（CW），其余處于水流沖刷區內的裂縫，需對整個壩體表層涂抹防護材料。

4 溢洪道側墻及閘墩加固

4.1 側墻加固

溢洪道側墻采用漿砌石結構，表層砂漿抹面，多年使用中碳化現象極為顯著，鑒于其處于水流較快的區域，對其的加固采用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）進行刷涂，涂層厚度為4mm，總涂抹范圍覆蓋整個溢洪道側墻。

4.2 閘墩加固

對水庫閘墩混凝土的碳化情況進行調查分析，其結果見表2。

根據調查結果以及工程安全運行的要求，對閘墩表層混凝土碳化的加固處理采用丙乳砂漿進行。相較于傳統加固方法，丙乳砂漿的防滲、防腐等性能更加優越，且抗拉強度相比于普通的水泥砂漿提升一倍，粘結性則提升了兩倍以上。同時，丙乳砂漿無毒、生產成本低廉、施工工藝簡單，提升經濟效益的同時對于施工安全性亦有顯著提升。具體施工時應對碳化的混凝土表層進行打毛處理，待表層整潔后方可刷涂丙乳砂漿，涂層厚度以4mm～6mm為佳。

5 結語

小型水庫在進行除險加固施工設計時要在有限的資金投入上保證其設計施工質量，除險加固施工設計的合理性是保證工程加固效果的重要前提。文章結合工程實際，確定了溢洪道裂隙治理方案，并經過實踐檢驗有效的消除了堰面中存在的裂縫；同時，在一定程度上增強了溢洪道的強度與抗寒性等性能，在消除原有安全隱患的同時，很好地保證了溢洪道原有功能的正常發揮。陜西水利

[1]崔華存.小型病險水庫溢洪道設計中的問題及解決方案 [J].水利規劃與設計,2014,03：62-64.

[2]汪德祥.關于小型水庫除險的加固設計探討[J].中國新技術新產品,2013,01：88-89.

[3]張建平.小型水庫除險加固工程設計問題的探討 [J].水利規劃與設計,2013,04：81-82.

[4]何善國.病險中小型水庫的工程質量缺陷及病態特征探析[J].中國農村水利水電,2010,01：96-100.