某小型水庫溢洪道及泄洪洞的加固設計分析

許 勇 （舒城縣建筑工程質量監督站，安徽 六安 231300）

1 引言

目前我國的中小型水庫多修建于上世紀60年代，由于當時的歷史原因、技術力量、施工技術有限，加之運行的年限已久，導致這些水庫出現了包括防洪能力不足、大壩填筑質量不良、裂縫、異常滲流、整體穩定性不足、抗震能力不足、金屬結構和啟閉機不滿足要求等病險[1]。

近年來我國經濟不斷發展，“國盛水利興”已成為共識，在這個背景下，加快中小型水庫的除險加固工作，對促進國民經濟發展、改善民生有著重要的意義[2]。

溢洪道及泄洪洞作為水庫樞紐工程的重要組成部分，在水庫樞紐的加固工作中占有重要的地位，本文以某病險水庫的溢洪道及泄洪洞的加固設計為切入點，詳述了對其進行加固的設計方案及施工方案。

2 工程概況

某水庫樞紐工程主要由主壩、岸邊溢洪道、泄洪洞、灌溉兼發電隧洞等建筑物組成，水庫總庫容6412萬m3，工程規模為中型，工程等別屬Ⅲ等，主壩、溢洪道等主要建筑物級別為3級。工程以防洪、灌溉為主，兼顧發電、水產養殖、旅游等綜合效益。壩址以上集雨面積 256km2，主河道長 35km，河道平均坡降10.53‰；多年平均流量4.35m3/s。多年平均年徑流量1.37 億 m3。

該樞紐工程的溢洪道布置于右岸山梁埡口處，距大壩約300m，為正槽式陡槽溢洪道。由進口段、陡槽段、出口段組成。泄洪洞布置在主壩右岸，為城門洞型無壓隧洞（5.0×5.3m），洞身用厚40cm的250#混凝土全斷面襯砌。由進口段、洞身段、出口明渠組成。經過長時間的運行，溢洪道和放水涵出現了不同的險情，對其進行加固設計變得刻不容緩。

3 工程存在的問題

3.1 溢洪道存在的問題

溢洪道結構整體穩定，邊墻無垮塌等破壞現象，進口二元邊坡為支護，有掉土石現象發生，引渠、泄槽邊墻混凝土存在表面裂縫，裂縫密度大于3條/m，寬度為1～2mm，延伸長度大于1m。其中駝峰堰堰體存在4條裂縫，迎水坡橫向裂縫1條，寬1～2mm，長20m，背水坡橫向裂縫1條，寬1～2mm，長24m，距離左邊墻6.9m和距離右邊墻6.6m縱向裂縫各1條，寬度均為1～2mm，裂縫長10.8m和長19m，貫穿至底板。

3.2 泄洪洞存在的問題

泄洪隧洞洞身進口多處滲漏，混凝土鈣化嚴重，且越靠近進口閘門段其洞身頂部滲漏以及混凝土鈣化相對越嚴重，滲漏量最大處大于3L/s。洞頂及側墻襯砌混凝土局部脫落，局部鋼筋出露；洞身存在L1～L5共計5條裂縫。洞身襯砌混凝土局部厚度不足，基巖出露。泄洪洞工作閘門門體變形，門槽及附近混凝土存在空蝕、淘空現象，部分構件銹蝕，邊角止水破損；檢修閘門門體止水不嚴，關閉時漏水量大；啟閉機極限開關和高度指示儀等設備匹配不全，動力線路敷設不規范，絕緣存在老化現象；啟閉機房狹窄，無檢修通道。

4 加固設計方案

4.1 溢洪道加固設計方案

根據裂縫的形狀、分布規律以及當地氣溫晝夜溫差較大的特點，分析認為裂縫產生的原因主要與混凝土施工后的表面保護措施欠佳等綜合因素有關。鑒于工程施工進度緊等情況限制，同時考慮到水庫具有調洪功能，溢洪道過水溢流次數相對要少，因而裂縫處理采用便于施工且快捷的表面涂刷水泥基滲透結晶型防水材料的方法進行處理。

水泥基滲透結晶型防水涂料（簡稱CCCW）是一種新型防水材料[1]，它是由波蘭特水泥、特別選用石英砂及多種活性化學成分配制成的一種粉末狀防水材料。CCCW的防水原理是與水作用后，材料中含有的活性化學物質通過載體向混凝土內部滲透，在混凝土中形成不溶于水的枝蔓狀結晶體，填塞毛細孔道，與基層混凝土結合成封閉的防水整體，從而使混凝土致密、防水，同時起到保護鋼筋，增強混凝土結構強度的作用。

水泥基滲透結晶型防水材料是由其本身涂層來使混泥土本身致密來達到放水的目的，對水泥基滲透結晶型防水材料來說，基層處理顯得尤為重要，因此進行防水層施工前，對基層處理要達到如下要求：①基層混泥土強度復合設計要求，混泥土表面無明顯積水；②混泥土表面平整、無油污、灰塵及影響粘結的雜物；③施工前用鋼絲刷將混泥土便面的浮漿、返堿、塵土等雜物清除干凈，用清水或者稀鹽酸清洗表面；④結構裂縫、施工縫等缺陷均進行防水處理后，在進行防水層的施工；⑤蜂窩結構及松散結構均應鑿除，將所有的松動的雜物用清水沖掉，直至見到堅硬的混凝土層。

施工基層處理完成后，可采用刮板、半硬性棕毛刷用力涂刷，也可以用滾筒涂，十字交叉處至少要涂兩遍，當上一層已固化（約兩小時），產生足夠的強度后，可涂刷第二層，在涂刷第二層前應用水濕潤前一層。滾涂時混合料比涂刷的混合料要稀一些，用料控制≥1.0kg/m2。涂層施工時，必須控制涂層的厚度，即因在規定的施工面積上將計算得出來的土料用量，均勻的涂刷或滾涂直至用完，涂刷次數不少于兩遍，涂膜總厚度大于1mm。待表面涂層初凝達到足夠強度后，立即進行噴水養護或者覆蓋濕布養護，并保證涂層處于濕潤狀態，但不得用水浸泡或用壓力水沖灑養護。養護時間為3天，每天灑水至少3次（天氣炎熱時應增加噴水次數）。

4.2 溢洪道加固設計方案

針對泄洪洞存在滲漏、沖蝕等問題，同時考慮到工程施工進度緊等情況限制，因而加固處理采取對裂縫進行灌漿，對混凝土表面沖蝕等缺陷進行高強度改性環氧砂漿法涂刷修復處理，具體做法如下。

4.2.1 裂縫滲水處理

從泄洪隧洞存在問題看，洞身混凝土裂縫寬度為2～5mm≥0.2mm，因而對裂縫寬度＞0.2mm的裂縫采取低壓灌注水溶性聚氨酯灌漿材料，表面涂刷水泥基滲透結晶型防水材料及聚氨酯灌漿涂刷材料的方法處理。

施工程序：施工準備→布孔、鉆孔→安裝灌漿塞、封縫→壓風測孔、補漏→注漿→基層處理→清理與濕潤→刷漿CCCW→刷漿（聚氨酯灌漿涂刷材料）→養護。

4.2.2 出水點處理

針對洞頂等出水點，根據出水量的大小，首先在涌水處四周混凝土上進行鑿毛處理，用快凝水泥封堵漏水處并同時埋設注漿管和導水管，將水集中引到導水管中導出，再將周圍可能冒水冒漿的孔洞封堵好，然后從注漿管中進行回填反壓灌漿，反壓灌漿的壓力為P=P1+P2，其中，P1為孔口管關閉后的水穩定壓力，P2為正常情況下的灌漿壓力。考慮到泄洪洞上游約70m長洞頂段因滲漏可能存在原有混凝土襯砌與基巖接觸面存在空隙、不密實，因而除了對洞頂漏水點處進行回填灌漿外，對泄洪洞上游約70m長洞頂段亦進行回填灌漿補強，回填灌漿范圍為頂拱中心角120。，孔距和排距為4m，灌漿壓力為0.3MPa，灌漿孔深入圍巖50mm。為減少圍巖水對洞頂襯砌混凝土壓力，在泄洪洞下游洞段頂部滲漏部位處增設排水孔進行排水減壓，排水孔深0.7m。

4.2.3 混凝土缺陷處理

對洞身左側墻等混凝土表面局部脫落、沖蝕以及過水斷面表面不平順等缺陷，采用便捷的NE—Ⅱ型環氧砂漿進行修復處理[2]（此NE—Ⅱ型環氧砂漿在四川慶大河排洪洞、黃河小浪底水利樞紐、貴州東風電站等工程的襯砌混凝土質量缺陷處理得到廣泛應用）。此砂漿是以環氧樹脂、固化劑及其特種填料等為基料而制成的高強度、抗沖蝕、耐磨損材料。

環氧砂漿由環氧樹脂、固化劑及其特種填料等為基料拌制而成。

NE—Ⅱ環氧砂漿主要技術指標：抗壓強度80.0MPa，抗拉強度10.0MPa，與混凝土粘結抗拉強度＞4.0MPa，抗沖磨強度7.0h.㎡/kg，抗壓彈性模量2150 MPa。

環氧砂漿施工步驟具體如下。

①基面處理。清除混凝土表面乳皮、水泥凈漿表層或松動顆粒等，使表面外露新鮮骨料。混凝土表面有超出平面的局部凸起，用磨平機磨平；表面的蜂窩、麻面等缺陷，用切割機切除薄弱部分。

②表面清理。用高壓水或高壓風清除表面沙粒、粉塵，直至混凝土基面干燥。

③涂刷基液。選用口齊、頭軟、不掉毛的扁形毛刷，在處理好的混凝土基面上均勻的涂刷一薄層底層基液。待基液涂刷后陳化20～60min，并連續3次手觸拉絲至1cm斷開時，涂刷基液結束，進行涂抹環氧砂漿施工。

④涂抹環氧砂漿。待基液初凝時，用抹刀涂抹環氧砂漿，環氧砂漿的涂抹采用沿逆水流方向、先上后下的順序施工，涂抹厚度不小于10mm，對脫落部位涂抹厚度以抹平脫落厚度。涂抹平整度為3mm以內。

⑤養護。環氧砂漿的養護溫度控制在20°C，養護期間，涂層要避免受到行車、人踏、雨淋、暴曬等，養護齡期7d。

⑥質量檢查。環氧砂漿強度1天可達到50%，對已修補部分進行敲擊檢查。凡起泡、聲音發啞的部位均應鑿除重抹。

5 結語

水庫除險加固工程不似新建工程，選取加固方案時應充分從施工條件、水庫運行需要等多方面綜合考慮，確定最優的加固設計方案。本文以某病險水庫的溢洪道及泄洪洞的加固設計為切入點，詳述了對其進行加固的設計方案及施工方案，希望能供類似的工程作借鑒參考。