松樹水庫溢洪道加固方案分析

張 華

（遼寧省瓦房店市松樹水庫管理局，遼寧瓦房店116300）

松樹水庫溢洪道加固方案分析

張 華

（遼寧省瓦房店市松樹水庫管理局，遼寧瓦房店116300）

以遼寧省松樹水庫為研究對象，對其溢洪道裂隙發育現狀進行了分析總結，并以此為基礎通過分析對如何進行溢洪道裂隙的除險加固展開探究。

水庫；溢洪道；裂隙發育；除險加固

1 工程概況

松樹水庫位于遼寧省大連市瓦房店市松樹鎮境內的復州河上游段，水庫始建于1970年，控制流域面積302.4km2，設計灌溉面積1231hm2，壩址以上河道長45km，是一座以城市供水及防洪為主的大（Ⅱ）型水庫。水庫樞紐工程由攔河壩、溢洪道、輸水洞3部分組成。水庫溢洪道型式為寬頂堰，堰頂高程為104.34m，堰頂寬度為42m，最大泄量1652m3/s。水庫運行至今五十多年來，先后經受了多次大洪水考驗，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長時間沖刷及季節變化導致的溫度改變等因素影響下，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 溢洪道溢流面裂隙分析

2.1 裂隙發育現狀

依據現場實測，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的現象，止水老化、開裂；泄槽段側墻結構為漿砌石，用砂漿進行抹面作業，至今雖未出現明顯的質量問題，但表面碳化現象嚴重，止水老化、開裂。

2.2 裂隙成因

（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］。而松樹水庫原溢流道采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。

（2）溢流面混凝土表層厚度為100mm，在最初設計時未設置縫分塊，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”，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5根，鋼筋直徑不得低于16mm［2］。而松樹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%，無法達到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，為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；溢流面最初設計時為設置縫分塊；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 溢洪道堰面加固方案選擇

3.1 方案介紹

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，對松樹水庫溢洪道的加固提出2種方案。

方案1：對水流速度較低區域（溢洪道上部）的裂縫采取常規手段進行加固，對水流速度較快（溢洪道直線段到鼻坎）的區域先去除30cm的原有混凝土層隨后對上部鋼筋網結構進行重新布設［3］。

方案2：對水流速度較慢的區域采取與方案1相同的方法，對水流速度較快的區域則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。

3.2 方案比較

施工方案的選擇必須在充分結合工程實際狀況的前提下，綜合考慮經濟、可行性等多方面因素，先對上述2個方案作出比較以選擇最優方案。

方案1：采用常規治理方法，久經實踐，技術上可行；采用該方案進行治理，單位面積的治理費用約為360元，整個工程需加固3400m2，費用共計122.3萬元。不足：對舊有混凝土面的清除作業較為繁瑣且重新澆筑混凝土后仍存在出現裂隙的可能。

方案2：采用新型裂縫加固處理技術，該技術操作較為簡便且已經過實際檢驗，具有可行性；單位面積的治理費用約為55元，整個工程需花費187萬元。不足：進行有效施工需提前進行一定的培訓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。

2種方案工程量的比較見表1。

通過對2方案經濟性、實際加固效果、施工便捷性等多方面的綜合對比，選定方案2作為最終施工方案。

4 溢洪道加固方案設計

4.1 堰面的加固設計

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，刷涂面積為3400m2。施工時需注意因裂縫中多存在水滲出的現象進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。

表1 松樹水庫溢洪道加固方案比較

（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，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。

4.2 溢洪道側墻及閘墩加固設計

（1）側墻加固設計。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，采用柔性抗沖磨的高分子材料（CW）進行刷涂，圖層厚度為4mm，總涂抹面積為近1100m2。

（2）閘墩加固設計。閘墩混凝土的碳化情況見表2。

表2 混凝土閘墩碳化情況調差

此次對閘墩表層混凝土碳化的加固處理采用丙乳砂漿進行［4］。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2倍以上，而且丙乳砂漿無毒、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，待表層清降整潔后方可刷涂丙乳砂漿，涂層厚度以4～6mm為佳，總刷涂面積為3300m2［5］。

5 結語

通過優化比較后獲得的溢洪道裂隙治理方案，經過實踐檢驗有效消除了堰面中存在裂縫，并在一定程度上增強了溢洪道的強度與抗寒性能，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。自除險加固作業完成至今，水庫運行狀況一直良好，未出現任何異常問題。

［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］肖源鴻，徐炯鵬，陳孝軍.于橋水庫溢洪道閘墩裂縫處理工藝［J］.水利規劃與設計，2010（02）：81-82.

［3］李雪梅.芻議溢洪道加固的施工方法［J］.黑龍江水利科技，2014（04）：108-109.

［4］蔣方好.石門水庫除險加固工程實錄［J］.土工基礎，2014（05）：20-23.

［5］李高民.小型水庫除險加固新增溢洪道設計優化技術［J］.水利與建筑工程學報，2011（01）：83-86.

圖4 最大損傷點位置分布

圖4 為有限元軟件得到的重力壩損傷點分布情況，應力分布圖中灰度越深，損傷程度越大。因此黑色部分是壩體最易受損部位，此處對應的節點編號為67。實驗結果表明：應該對67號節點進行加固處理，以提高重力壩的疲勞壽命。

4 結語

由于混凝土大壩結構十分復雜，單憑人為觀測很難獲得其最大疲勞點的分布情況，目前一般采取動力學監測的方法獲得其損傷分布。本文綜合國內外研究現狀，首先對混凝土疲勞分析過程進行研究，闡述了疲勞破壞與靜載破壞的區別。隨后重點分析了線性疲勞累積損傷和非線性疲勞累積損傷的機理。并依據混凝土壽命模型對大壩進行疲勞壽命計算。實驗結果表明：應該對67號節點進行加固處理，以提高重力壩的疲勞壽命。

參考文獻

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［2］魏大春，周晶.水工混凝土結構系統的災變機理和災害控制對策［J］.世界地震工程，2006（03）：77-83.

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［4］周瑞忠，姚志雄，石成恩.活性粉末混凝土為基底材料的斷裂和疲勞試驗研究［J］.水力發電學報，2005（06）：40-44.

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TV651.1

B

1672-2469（2015）12-0096-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.033

張 華（1969年—），女，工程師。