水電站溢洪道閘墩加固技術(shù)的應(yīng)用

國家電投集團(tuán)江西電力有限公司 江西 南昌 330006

1 引言

某水電站樞紐建筑物由主壩、副壩、溢洪道、非常溢洪道(自潰壩)、發(fā)電廠房等組成。溢洪道設(shè)在主壩右岸以北約2km的埡口上,由引水渠道與水庫連接。溢洪道壩頂高程105.5m,最大壩高30.1m,設(shè)有三孔開敞式溢流堰,孔口尺寸9m×12m,中間設(shè)有3m寬閘墩,堰頂高程為91.4m,設(shè)有三扇弧形閘門,采用三臺(tái)固定式啟閉機(jī)起吊。

現(xiàn)今溢洪道已經(jīng)運(yùn)行50余年,工程老化程度日趨加劇,先天存在的工程安全隱患日益突出。為保證溢洪道自身安全,保障下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全,并充分發(fā)揮水電站各項(xiàng)功能和效益,急需對(duì)閘墩進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

2 閘室加固方案比選

目前我國閘室水工建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固方案,主要有以下幾種方法:部分或全部拆除重建加固、置換鋼筋混凝土加固、粘鋼加固、粘貼纖維復(fù)合材料加固、預(yù)應(yīng)力加固等。

根據(jù)目前幾種閘室加固方案的基本要求,并參考國內(nèi)閘室加固實(shí)例,根據(jù)水電站溢洪道實(shí)際情況,由于閘墩混凝土強(qiáng)度僅為C10,左、右邊墩混凝土結(jié)構(gòu)未見配筋,中墩混凝土結(jié)構(gòu)有φ8@20的鋼筋,特別是閘墻表面15～20cm厚度為紅磚粉混凝土,表面已經(jīng)碳化,強(qiáng)度很低。閘墩混凝土強(qiáng)度及配筋均不滿足采用粘貼鋼板加固、粘貼纖維復(fù)合材料加固、預(yù)應(yīng)力加固的要求。閘墩及部分堰面拆除重建加固方案能夠從根本上解決閘墩存在的所有問題,但工程量、投資相對(duì)較大,工程處理時(shí)間較長,對(duì)水庫度汛有較大影響。綜合各種加固方案優(yōu)缺點(diǎn)分析,結(jié)合溢洪道閘墩實(shí)際情況,同時(shí)考慮加固效果、施工工期、度汛風(fēng)險(xiǎn)及工程投資等綜合分析,最終采用置換鋼筋混凝土加固、新老混凝土結(jié)合技術(shù)、弧形閘門支座加固等技術(shù)進(jìn)行閘墩加固。

3 加固技術(shù)應(yīng)用

3.1 置換鋼筋混凝土加固 該水電站溢洪道邊墩混凝土強(qiáng)度偏低,表面未配置鋼筋,混凝土存在裂縫,表面碳化嚴(yán)重。針對(duì)這些問題,采用拆除邊墩表層30cm混凝土,并重新鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),澆筑滿足強(qiáng)度要求C25混凝土,解決邊墩混凝土強(qiáng)度不足的問題。新澆混凝土厚度僅為30cm薄層結(jié)構(gòu),溫度和干縮作用在新老混凝土結(jié)合面處易產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。為防止閘墩在施工期和使用期出現(xiàn)裂縫,采用低熱混凝土,并在每方混凝土中摻入0.9kg聚丙烯腈纖維(單絲型),優(yōu)化混凝土配合比,采用特殊施工及養(yǎng)護(hù)工藝等。加固關(guān)鍵技術(shù)有:①采用低熱水泥,在混凝土中添加減水劑等外加劑,盡量降低膠凝材料用量,降低混凝土水化熱;②在混凝土中適量摻入聚丙烯腈纖維(單絲型),以防止閘墩新澆混凝土在施工期和使用期出現(xiàn)裂縫;③在混凝生產(chǎn)拌制中加入了JM—PCA聚竣酸高性能減水劑、GYQ引氣劑,控制混凝土塌落度,控制混凝土分倉澆筑時(shí)間、養(yǎng)護(hù)時(shí)間,鋪設(shè)潮濕草袋進(jìn)行保溫防護(hù)等施工關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 新老混凝土結(jié)合技術(shù) 置換混凝土加固法基本要求:為了新、舊混凝土協(xié)調(diào)工作,并避免在局部置換的部位產(chǎn)生“銷栓效應(yīng)”,故要求新置換的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜過高,一般以提高一級(jí)為宜;為了防止結(jié)合面在受力時(shí)破壞,在重要結(jié)構(gòu)或置換混凝土量較大時(shí),應(yīng)在結(jié)合面上種植貫穿結(jié)合面的拉結(jié)鋼筋或螺栓,以增加被動(dòng)剪切摩擦力的傳遞。為此采取在老混凝土表面設(shè)置三角形鍵槽,在混凝土澆筑過程中采用在老混凝土面涂刷無機(jī)界面粘結(jié)膠,布設(shè)插筋,插筋頂部與面層鋼筋網(wǎng)焊接,有效增強(qiáng)新老混凝土結(jié)合性能,使新老混凝土形成整體,共同受力。

3.3 邊墩弧形閘門支座綜合加固技術(shù) 邊墩弧形閘門支座加固關(guān)鍵技術(shù)主要有:①將邊墩原弧形閘門支座兩側(cè)加寬,新澆弧形閘門支座混凝土與原混凝土結(jié)合面鑿毛、植筋并涂刷界面膠;②在弧形閘門支座外表面包鋼,與內(nèi)部預(yù)埋鋼板焊接形成整體,使邊墩弧形閘門新老混凝土緊密結(jié)合,共同工作;③在邊墩表面新澆30cm厚薄壁混凝土中布置扇形鋼筋。通過上述加固技術(shù)的綜合使用,解決了邊墩弧形閘門支座附近閘墩局部混凝土抗拉和支座裂縫控制不滿足規(guī)范要求和閘墩局部受拉區(qū)扇形受拉鋼筋配置不足的問題。

3.4 新材料、新工藝的應(yīng)用 針對(duì)人工風(fēng)鎬拆除邊墩薄層混凝土方案進(jìn)度緩慢、施工難度較大等問題,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,選用金剛石繩鋸切割邊墩混凝土方案,既提高了混凝土鑿除深度精確度,又保證了工程進(jìn)度要求。

在邊墩表面混凝土置換、邊墩弧形門支座加寬等加固項(xiàng)目中,為加強(qiáng)新老混凝土界面的粘結(jié)力,以保證新老混凝土形成整體,共同受力,達(dá)到理想的加固效果,在老混凝土面植筋過程中采用了無機(jī)植筋膠,同時(shí)在新老混凝土結(jié)合面上采用新老混凝土界面無機(jī)粘結(jié)膠。在閘墩表面混凝土防碳化加固項(xiàng)目中,采用了防碳化性能好的丙乳砂漿。

4 結(jié)語

2016年10月,該水電站溢洪道閘墩補(bǔ)強(qiáng)加固工程正式開工,2017年2月,混凝土置換等主體工程完工。2017年3月,順利通過主體工程投入使用驗(yàn)收,水庫開始正常蓄水。2019年5月,工程通過竣工驗(yàn)收。工程已經(jīng)歷2017年、2018年、2019年及2020年4個(gè)汛期高水位考驗(yàn),在每年汛前進(jìn)行的溢洪道閘門啟閉試驗(yàn)和2017年、2019年洪水過程中閘門均能正常啟閉,溢洪道運(yùn)行穩(wěn)定。通過觀測(cè)數(shù)據(jù)分析和混凝土取芯檢測(cè),反映新老混凝土結(jié)合良好,能夠形成整體共同受力。