高含沙高速過(guò)流堰面抗沖磨混凝土裂縫處理實(shí)踐

王嵩松　黃燁（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司陜西西安710075）

高含沙高速過(guò)流堰面抗沖磨混凝土裂縫處理實(shí)踐

王嵩松黃燁
（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司陜西西安710075）

本文從現(xiàn)場(chǎng)施工條件、過(guò)程控制等方面做了介紹，重點(diǎn)對(duì)裂縫成因、裂縫化學(xué)灌漿的程序及工藝進(jìn)行了闡述。通過(guò)閘壩度汛泄洪后檢查，對(duì)處理效果進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求；對(duì)類似工程的抗沖磨混凝土裂縫處理，具有良好的借鑒和指導(dǎo)作用。

抗沖磨混凝土；高速過(guò)流面；裂縫化灌

1　前言

尼泊爾上崔樹里3A水電站為徑流引水式電站，是崔樹里河四個(gè)梯級(jí)電站之一，工程區(qū)距離尼泊爾首都加德滿都北部約100km，電站壩址處多年平均流量為192.67m3/s，設(shè)計(jì)引用發(fā)電流量51m3/s，河道坡降大于30‰，泄洪建筑物年運(yùn)用達(dá)5000h以上，將會(huì)長(zhǎng)時(shí)間受大量推移質(zhì)泥沙的磨損。

擋水閘壩一期工程在溢流堰抗沖磨混凝土施工完成后，堰面出現(xiàn)了裂縫。因溢流堰處于高速過(guò)流區(qū)，長(zhǎng)期位于水下，后期檢查和修復(fù)困難。如處置不當(dāng)將在后期對(duì)電站正常運(yùn)行造成影響，并將加大維護(hù)和修復(fù)成本。因此，針對(duì)工程特點(diǎn)和運(yùn)行條件，檢查分析成因，尤其是要選用合適的工藝和材料，一次性解決高速過(guò)流區(qū)混凝土裂縫處理，并保證經(jīng)濟(jì)、可靠的效果是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

2　基本資料

2.1工程概況

該電站工程裝機(jī)容量60MW，為三等中型工程，主要任務(wù)是發(fā)電，年發(fā)電運(yùn)行時(shí)間超過(guò)8000h。主要建筑物為3級(jí)，包括壅水建筑物、泄洪建筑物、引水系統(tǒng)建筑物、發(fā)電廠房及開關(guān)站等。其攔河閘壩的主要作用是壅高進(jìn)水口水位，從而保證進(jìn)水口的設(shè)計(jì)引用流量，并在洪水期能夠正常宣泄河道洪水。主體結(jié)構(gòu)包括4孔開敞式有閘溢流堰、自由溢流堰以及魚道。有閘溢流堰體采用WES標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用堰型，控制段長(zhǎng)32.5m，堰頂高程EL861.5m，單孔凈寬11.6m。堰體表層以及閘墩下部2m高范圍均設(shè)有50cm厚的C40硅粉抗沖耐磨混凝土。

2.2水文、氣象及地質(zhì)情況

崔樹里河發(fā)源于中國(guó)西藏，電站以上流域位于喜馬拉雅山脈的高山區(qū)域，河谷狹窄，主要水源是喜馬拉雅山脈的雪山和冰川融水。工程區(qū)在炎熱的夏季最高溫度為36℃～41℃，在冬季最低氣溫可達(dá)1.5℃～7℃。

工程百年一遇和千年一遇重現(xiàn)期的洪峰流量分別是1606m3/s和2424m3/s。每年6月～9月為雨季，月徑流占年徑流的75.8%。河流泥沙由洪水帶來(lái)，河床質(zhì)主要由砂礫卵石夾漂石組成，近年檢測(cè)資料表明最大含沙量6835g/m3，且含有大量的推移質(zhì)。

攔河閘壩除左側(cè)壩肩位于基巖外，整個(gè)壩基和右岸取水結(jié)構(gòu)均位于河流的深厚覆蓋層上，原巖巖性為片麻巖、石英巖和片巖。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值大于400kPa，能滿足樞紐建筑物的建基面要求。

3　施工過(guò)程控制及裂縫檢查情況

3.1C40抗沖磨混凝土配制

砂石骨料料源為工程區(qū)域河灘料場(chǎng)砂卵石，在篩分廠加工后直接用于拌制混凝土。骨料無(wú)潛在堿-硅酸鹽反應(yīng)危害物質(zhì)，氯化物含量、壓碎指標(biāo)、云母和針片狀含量等各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果符合規(guī)范要求，級(jí)配良好。膠凝材料采用印度生產(chǎn)的43級(jí)水泥和適量硅粉，為降低水化熱并保證混凝土施工質(zhì)量，配合比中還摻用了10%粉煤灰及0.6%的高效緩凝減水劑。混凝土設(shè)計(jì)齡期為28d，抗壓強(qiáng)度保證率P=95%，和易性良好，拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制良好。

3.2澆筑施工控制

大壩施工采取分兩期導(dǎo)流方案，設(shè)有2孔閘的4#壩段屬一期工程（編號(hào)分別為1#、2#孔），混凝土澆筑施工采取“先深后淺、先高后低”的原則，從齒槽開始按2m高度逐層升倉(cāng)澆筑。

溢流堰混凝土采取分期澆筑方案，在完成一期C20臺(tái)階基礎(chǔ)混凝土后，分3段完成溢流面表層50cm厚C40硅粉抗沖磨混凝土澆筑，其中1#孔采用拉模法澆筑，2#孔采用拼裝小鋼模逐層翻模的方法施工。C40混凝土澆筑均安排在夜間進(jìn)行，施工期溫控滿足設(shè)計(jì)要求，澆筑完成后采用土工布及時(shí)覆蓋并采取長(zhǎng)流水養(yǎng)護(hù)，于雨季前完成該部位施工，當(dāng)年汛期該閘壩未過(guò)水。

3.3混凝土裂縫檢查

雨季后在兩孔堰面均發(fā)現(xiàn)了多條裂縫，主要分布在弧門底坎下游部位的斜線段，裂縫基本呈直線狀，縫寬沿全長(zhǎng)沒有大的變化，1#孔的裂縫條數(shù)略多于2#孔。經(jīng)檢查順?biāo)较蛄芽p寬度大部分為0.1mm，最大為0.5mm，深度小于10cm；橫河方向裂縫寬度為0.5mm～2.0mm，深度較順?biāo)蛄芽p深、長(zhǎng)度橫貫堰面。裂縫分布見圖3-1。

4　裂縫成因分析

通過(guò)對(duì)裂縫分布、位置素描以及切割、鉆孔檢查，結(jié)合施工過(guò)程控制情況分析認(rèn)為：

（1）在臺(tái)階式基礎(chǔ)上澆筑C40抗沖耐磨堰面混凝土?xí)r，該流態(tài)的混凝土盡管經(jīng)過(guò)振搗，但仍存在重力作用下產(chǎn)生沉降，混凝土本身收縮等因素。

（2）施工時(shí)部分模板架立筋割除不徹底，是導(dǎo)致順?biāo)较蛄芽p產(chǎn)生的主要原因。

（3）順?biāo)鞣较虻牧芽p產(chǎn)生跟施澆筑方向控制也有一定的關(guān)系。

（4）橫河方向裂縫的產(chǎn)生同時(shí)受到一期基礎(chǔ)臺(tái)階棱角鈍化處理及工藝控制因素的影響。

經(jīng)判斷已發(fā)現(xiàn)裂縫總體以表層裂縫為主，為保證該關(guān)鍵部位的施工質(zhì)量和可靠性，對(duì)所有裂縫均采用化學(xué)灌漿的方式進(jìn)行處理。

圖3-1　4#壩段堰面裂縫分布平面示意圖

表5-1　HK-G-2環(huán)氧灌漿材料主要性能表

5　堰面裂縫化灌處理

5.1化學(xué)灌漿材料

選用中國(guó)杭州國(guó)電大壩安全工程有限公司生產(chǎn)的HK-G-2低粘度環(huán)氧灌漿材料，主要性能指標(biāo)見下表5-1。

5.2施工程序及方法

5.2.1主要程序

裂縫普查→刻槽→造孔→埋設(shè)灌漿管→沖洗清理基槽并封閉→通風(fēng)檢查→化學(xué)灌漿→混凝土表面處理→質(zhì)量檢查。

5.2.2灌漿管的埋設(shè)

（1）刻槽

采用切割機(jī)、沖擊鉆輔助，沿裂縫（以裂縫為中心）刻寬4cm、深5cm的“U”形槽；刻槽要平順不應(yīng)出現(xiàn)銳角，并盡量避免對(duì)周邊混凝土面的破壞。

（2）布孔、造孔

采用電鉆騎縫造孔，孔徑ф25mm，孔距20cm～30cm，孔深5cm～10cm。

（3）灌漿管的固定

用高壓風(fēng)、水反復(fù)清理“U”形槽及孔道，然后插入ф20mm塑料管，用環(huán)氧膠泥固定，并逐條編號(hào)記錄。

（4）“U”形槽封閉

用高壓風(fēng)、水再次清理“U”形槽，待槽內(nèi)干燥后采用環(huán)氧砂漿將槽逐層回填，確保縫面、管口均密封嚴(yán)實(shí)。

5.2.3化學(xué)灌漿

（1）灌漿前先采用壓縮空氣進(jìn)行暢通性、密封性以及管路牢固性、可靠性的檢查，吹出縫內(nèi)殘留物并確保縫面連通和干燥。

（2）化灌時(shí)采用手動(dòng)灌漿泵進(jìn)行，灌漿壓力為0.2MPa。豎向縫采取“自下而上、逐孔灌漿”的方式，灌漿時(shí)由下至上逐點(diǎn)進(jìn)行灌注，先從最低處1#灌漿孔進(jìn)漿，待2#孔冒漿顏色正常后將1#孔關(guān)閉，然后將進(jìn)漿管移至2#孔，并據(jù)此依次上移灌注；在最后一個(gè)灌漿孔穩(wěn)壓灌注至吸漿率為零，續(xù)灌10min后結(jié)束灌漿。對(duì)橫河方向裂縫在遵循“自下而上”灌漿原則的基礎(chǔ)上，方向上從左側(cè)向右側(cè)逐孔推進(jìn)灌漿。對(duì)于不串漿的孔，單孔灌注至注入率為零，持壓續(xù)灌10min后轉(zhuǎn)至另一個(gè)孔灌注。

（3）灌漿完成待漿液凝固后，切除外露灌漿管，表面用砂輪機(jī)打磨平順。

5.2.4質(zhì)量檢查

在兩孔溢流堰面橫河方向裂縫各選取3個(gè)點(diǎn)，對(duì)化灌后情況進(jìn)行了壓水檢查，壓力0.3MPa，合格率100%。檢查孔采用環(huán)氧砂漿回填后，對(duì)灌漿所有條帶涂刷一層環(huán)氧膠泥。

6　結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)本次溢流面裂縫化灌處理施工表明，化學(xué)灌漿的流動(dòng)充填性較強(qiáng)，對(duì)細(xì)微裂縫采用“低壓慢灌”的效果好，操作方便、快捷、可靠。

（2）在導(dǎo)截流施工完成后，開始二期基坑施工。汛期僅集中采用一期4#壩段兩孔閘過(guò)流，最大泄洪量約920m3/s、流速約20m/s，基本接近設(shè)計(jì)洪水的水力學(xué)指標(biāo)。經(jīng)汛后旱地檢查表明，泄洪后1#孔溢流面整體完好，裂縫化灌處理的條帶完好，未見脫落、氣蝕等破壞。充分說(shuō)明在高泥沙河流、高速過(guò)流部位，采用該化學(xué)灌漿方案能滿足對(duì)C40抗沖磨混凝土裂縫處理的要求。

（3）靠近河道中心及二期上游圍堰的2#閘孔，因受壩前來(lái)水流態(tài)影響，汛期洪水搬運(yùn)的絕大多數(shù)推移質(zhì)（汛后在下游消力池已發(fā)現(xiàn)最大粒徑達(dá)80cm～100cm）均經(jīng)此孔宣泄，使該溢流面抗沖磨混凝土表層發(fā)生了沖擊和磨蝕破壞，而下部化灌過(guò)的裂縫仍膠結(jié)良好，沒有發(fā)生片狀剝離、大面積掉塊等破壞問(wèn)題。

（4）對(duì)位于河道坡降大、推移質(zhì)多的河流閘壩，其高速過(guò)流面的混凝土結(jié)構(gòu)抗沖磨設(shè)計(jì)改進(jìn)及維護(hù)問(wèn)題，仍需做進(jìn)一步的研究和處理。陜西水利

（責(zé)任編輯：暢妮）

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