羅塞雷斯水電站低位泄水孔修復技術

張 光 輝

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

羅塞雷斯水電站低位泄水孔修復技術

張 光 輝

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

蘇丹羅塞雷斯大壩加高工程低位泄水孔的修復利用枯水期施工，具有工期緊、工序多、結(jié)構(gòu)復雜、施工難度大、質(zhì)量要求高等特點。從修復工程的施工工序出發(fā)，闡述了各修復工作的設計要求和施工要點。

泄水孔；修復；復合鋼板；硅粉；環(huán)氧；羅賽雷斯水電站

1 概 述

羅賽雷斯水電站位于蘇丹境內(nèi)尼羅河干流的青尼羅河上，該工程的原大壩于20世紀60年代建成，壩高66 m，裝機7臺，共計28萬kW，主要功能為灌溉兼發(fā)電。此次大壩加高工程是將原大壩整體加高10 m，同時延長左右岸土石壩，壩體全長由原來的13.5 km增長至25.1 km，庫容增加40億m3，并對壩體老舊結(jié)構(gòu)物和設備進行修復和改造。

該工程共設置6個低位泄水孔，總長約120 m,底板及邊墻1.5 m范圍采用不銹鋼板進行鋼襯。由于青尼羅河泥沙含量高，經(jīng)過多年的沖刷，不銹鋼鋼襯磨損嚴重，表面“千瘡百孔”，多處被磨穿，經(jīng)多次修補仍不能滿足原抗沖磨功能。

為徹底解決低位泄水孔抗沖磨問題，業(yè)主決定對低位泄水孔進行全面修復處理。修復方案為：割除原有普通不銹鋼板，采用碳化鉻復合鋼板替代，鑿除邊墻高4 m范圍的老混凝土，澆筑M80/A20硅粉混凝土，對汛期水位線以下的新老混凝土表面涂刷環(huán)氧砂漿。

泄水孔修復施工程序：圍堰修筑→基坑排水→割除原鋼板→鑿除混凝土→預埋插筋→安裝底層鋼板(保證安裝精度)→回填混凝土→接觸灌漿→安裝面層復合鋼板→澆筑側(cè)墻硅粉混凝土→涂刷環(huán)氧砂漿→拆除圍堰。

修復工期安排：從2009年11月開始至2012年6月結(jié)束，歷經(jīng)3個枯水期(11月至次年6月)，每個枯水期完成2孔泄水閘修 復 任 務。筆者介紹了此次修復采用的施工技術。

2 修復采用的施工方法

2.1 黏土圍堰施工

低位泄水孔進口采用工作閘門擋水，在出口位置布置黏土圍堰擋水，形成基坑以確保干地施工。黏土圍堰沿壩軸線長161 m，堰頂寬9 m，堰體最大高度為14.7 m，填筑工程量為49 100 m3。由于低位泄水孔圍堰為總價承包項目，故其填筑料選用就近棄置的土石壩剝離黏土棄料以降低施工成本。圍堰戧堤填筑采用進占法施工，對于水面以上部分采用分層碾壓填筑，20 t自卸車運輸，TY220推土機攤鋪，20 t振動碾碾壓。

2.2 原有結(jié)構(gòu)的拆除

對底板原不銹鋼鋼板的拆除采用氧氣和乙炔割除，采用風鎬鑿除底板混凝土40 cm深，側(cè)墻老混凝土采用風鎬鑿除20 cm深。

2.3 預埋插筋

為增加新老混凝土的結(jié)合能力，在鑿除混凝土底板布置了φ32插筋，長度為80 cm，錨固深60 cm，外露20 cm，插筋間排距為50 cm×30 cm。造孔采用YT28手風鉆，插筋采用“先注漿后安裝”的方法施工。

2.4 底層鋼板的安裝

底層鋼板采用16 mm厚的Q345普通鋼板，每塊底層鋼板尺寸為5.8 m×1.38 m(長×寬)，其寬度的安裝精度要求達到0.8 mm/1.5 mm。為了確保底層鋼板的安裝精度，在底板插筋外露端焊接了φ28連接鋼筋，連接鋼筋全長30 cm，與插筋的焊接長度為15 cm，另有15 cm套絲，將連接鋼筋末端插入底層鋼板預留的孔洞內(nèi)(以便焊接)。連接鋼筋頂端采用螺母頂托底層鋼板，調(diào)節(jié)螺母的高度以達到調(diào)整底層鋼板安裝高度和平整度的目的。當?shù)讓愉摪宓陌惭b精度滿足設計要求后，螺母和底層鋼板間采用塞焊固定，將連接鋼筋末端與底層鋼板焊接成整體。

底層鋼板采用埋弧焊，其優(yōu)越性為生產(chǎn)效率高、焊縫質(zhì)量優(yōu)、表面成形美觀、勞動條件好、節(jié)省焊接材料和電能。

2.5 回填混凝土

底層鋼板安裝完成后，根據(jù)設計要求回填C35混凝土。混凝土采用HB60泵送入倉，通過在底層鋼板預留的孔洞(直徑28 cm，每塊底層鋼板預留8個孔)灌注，采用φ50軟軸振搗器振搗密實。

2.6 接觸灌漿

接觸灌漿的施工為在底層鋼板鉆灌漿孔，采用循環(huán)灌漿法，單排作一序孔，雙排作二序孔，灌漿壓力為0.2 MPa。一序孔灌漿時，二序孔作排氣孔兼出漿孔。灌漿漿液采用1∶1、0.5∶1兩個比級，根據(jù)現(xiàn)場情況，經(jīng)咨詢工程師許可，可加入減水劑以降低水灰比，外加劑種類和添加量由試驗確定。

2.7 面層碳化鉻鋼板的設計與施工

(1)復合鋼板的設計。面層復合鋼板由澳大利亞公司提供，復合鋼板由15 mm厚的過渡層和16 mm厚的碳化鉻耐磨面層構(gòu)成，耐磨層鋼板洛氏硬度達到60～62HRC，其主要特點：高硬度、耐磨損、抗沖擊、耐高溫。

(2)復合鋼板的焊接施工。過渡層和面層的焊接采用焊條電弧焊。在碳化鉻耐磨鋼板過渡層焊接中，不僅存在合金元素的稀釋和燒損，而且還有組織和性質(zhì)上的變化，因此，采用XZ101型焊條以保證過渡區(qū)的安全性。焊縫焊接需分三次完成，第一層用φ3.2焊條進行打底焊13 mm，每遍焊接高度不得超過3 mm；第二層用507焊條進行填充焊10 mm；第三層用90焊絲進行填充及焊縫蓋面8 mm，加強高度不得超過母材2 mm。

為保證碳化鉻耐磨鋼板原有的綜合性能，應對過渡層和面層分別焊接。碳化鉻耐磨鋼板焊接時，應注意以下幾點：(1)嚴格按照圖樣、焊接工藝和有關標準施焊。(2)遵循先焊接過渡層，再焊接面層的焊接順序。(3)為防止沾附焊接飛濺，施焊前需在碳化鉻耐磨鋼板坡口兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)刷涂防飛濺涂料。(4)嚴防碳鋼或低合金鋼焊條焊接在面層上或過渡層焊條焊在面層面上。(5)焊接過渡層時，為減小稀釋率，在保證焊透的條件下應盡可能采用小直徑焊條，并采用小規(guī)范反極性進行直道焊，以降低底層對過渡層焊縫的稀釋。(6)面層焊接前，仔細清除坡口邊沿面層坡口上的飛濺物。(7)面層焊接時，為保證焊接質(zhì)量，必須控制焊接熱輸進，采取多層多道快速不擺動焊法，盡量采用小的焊接熱輸進和電流并快速焊接。(8)碳化鉻耐磨鋼板焊接的關鍵是確保焊縫一次合格率，減少返修次數(shù)。由于碳化鉻耐磨鋼板焊接接頭的組織和性能十分不均勻，焊縫返修時經(jīng)常產(chǎn)生熱裂紋。(9)嚴格控制鋼板表面的機械損傷和飛濺物。

2.8 側(cè)墻硅粉混凝土的設計與施工

(1)設計要求。合同文件規(guī)定采用M80/A20硅粉混凝土進行低位泄水孔的修復。M80/A20表示混凝土的最大骨料粒徑為20 mm，其28 d最小平均抗壓強度為80 MPa，28 d配制強度為92.8 MPa。由于工程所在地氣溫較高、混凝土的運輸距離較遠、入倉方式困難，考慮到混凝土的塌落度損失，泵送硅粉混凝土的設計塌落度為150～200 mm。

(2)原材料的選用。水泥使用廣西魚峰水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥OPC52.5N，強度等級為52.5。砂石骨料為麥洛維工程的人工破碎骨料，骨料的最大粒徑為20 mm。根據(jù)SMEC咨詢工程師要求，粗骨料沒有篩分成標準級配的骨料。超塑化劑為江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA(Ⅰ)超塑化劑，常用摻量(按重量計)為膠凝材料用量的0.6%～1.2%,配制超高強混凝土的用量為1.3%～1.8%。硅粉采用山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)的KD-12型硅粉。拌和用水為地下水，來自大壩左岸1#營地內(nèi)的水井。

(3)配合比設計。M80/A20硅粉混凝土配合比設計參數(shù)見表1。

(4)硅粉混凝土施工。硅粉混凝土的配料、拌合、運輸、澆筑和養(yǎng)護等工序與普通混凝土施工相同。由于M80/A20硅粉混凝土的水膠比較小，膠凝材料用量較高，為了保證混凝土的拌合均勻性，在拌制硅粉混凝土時，其拌合時間較普通混凝土長。澆筑混凝土前須做好各方面的準備工作，確保混凝土澆筑順暢進行，任何延誤和中途停頓都會對工程質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。在混凝土運輸過程中，避免混凝土產(chǎn)生離析，澆筑時應盡可能一次性入倉，避免二次倒運。為確保新澆筑混凝土有適宜的硬化條件，防止混凝土在早期干縮產(chǎn)生裂縫，硅粉混凝土澆筑完畢應立即灑水養(yǎng)護，混凝土表面用草袋、麻袋覆蓋，以保持混凝土表面濕潤。

表1 硅粉混凝土配合比參數(shù)表

2.9 環(huán)氧砂漿的設計與施工

(1)設計要求。在汛期水位線以下的支墩老混凝土表面及側(cè)墻新澆混凝土表面涂抹環(huán)氧，以滿足未來25 a的抗沖耐磨要求。該工程所采用的環(huán)氧砂漿為德國生產(chǎn)的Sikadur-41CF砂漿。其主要特點為：①環(huán)氧砂漿組分里含金鋼砂細骨料，相比普通的人工砂耐磨性好，表面強度高；②高粘結(jié)力的固結(jié)體。將該環(huán)氧砂漿涂抹在混凝土表面進行粘結(jié)力試驗時，破壞面未發(fā)生在環(huán)氧砂漿與混凝土的結(jié)合面，而是發(fā)生在老混凝土面內(nèi)，與混凝土的粘結(jié)力能達到10～15 N/mm2。③涂抹后其表面平整，光潔，涂抹后的顏色與混凝土表面接近，呈灰白色，線彈性模量與混凝土也接近。環(huán)氧砂漿材料的特性見表2。

(2)環(huán)氧配合比。Sikadur-41CF環(huán)氧砂漿

表2 環(huán)氧砂漿材料特性表 /kg·L-1

配合比例：A∶B∶C=2∶1∶3(按照重量法)。

(3)環(huán)氧砂漿的現(xiàn)場施工。對于新澆筑的硅粉混凝土，必須在混凝土澆筑結(jié)束達到三周強度后方可在其表面涂抹環(huán)氧砂漿。環(huán)氧砂漿現(xiàn)場施工的要點為：①修復部位的清理。為保證所有需要涂抹環(huán)氧砂漿的老混凝土和新澆硅粉混凝土表面干凈，所采用的清理方法為：先用高壓水槍將表面的油脂、鐵銹、表面氧化、磨砂、水垢以及一些松散的附著物沖洗干凈，然后自然風干。②老混凝土面涂抹環(huán)氧砂漿。將環(huán)氧組分A+B+C按照2∶1∶3拌合均勻后，用抹刀直接抹到清理干凈的部位，按照20 cm寬左右的條帶狀，從下至上、從左至右依次推進。老混凝土面的涂抹厚度平均為22 mm，一次填壓而成，每塊條帶狀涂抹的砂漿要均勻，不能厚薄不一，抹刀涂抹時需用力。在遇到個別沖刷較為嚴重的部位、有較大的坑窩出現(xiàn)時，先用環(huán)氧砂漿填補深坑后壓實，保持環(huán)氧砂漿與舊混凝土粘結(jié)牢固，然后按上述方法進行壓實、抹平。③硅粉混凝土面涂抹環(huán)氧砂漿。環(huán)氧砂漿涂抹的施工方法與老混凝土面涂抹施工方法相同。需要注意的是：涂抹過程中，采用在四角釘釘和拉線的方法控制整體平整度，既不能高低起伏，也不能出現(xiàn)連接面的不整齊。環(huán)氧砂漿組分A+B從施工開始到全部用完的時間以不超過40～50 min為宜，否則將固結(jié)硬化而無法使用。④環(huán)氧砂漿的養(yǎng)護。修補完畢12 h內(nèi)不允許對環(huán)氧砂漿表面進行觸碰和擾動，待其完全硬化后，在其表面涂抹一層KD-6養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護。

3 結(jié) 語

蘇丹羅塞雷斯大壩加高工程低位泄水孔經(jīng)修復后已運行5 a之久，每年汛期均要沖沙泄水，目前運行情況良好，未出現(xiàn)沖磨現(xiàn)象。該工程采用超高強度的碳化鉻復合鋼板進行泄水孔修復處理，達到了設計要求達到的預期效果，為泥沙含量高的工程泄水建筑物的設計與修復提供了可供借鑒的經(jīng)驗。

TV7;TV52

B

1001-2184(2017)06-0013-03

2017-10-24

張光輝(1975-)，男，四川武勝人，國際工程公司副總工程師，高級工程師，一級建造師，從事項目建設技術與管理工作.

李燕輝)