双牌水库大坝溢流坝面改造方案优化

2010-03-21卿光大

湖南水利水电 2010年4期

卿光大

（湖南省双牌水电站永州市425203）

双牌水库枢纽工程始建于1958年,1962年竣工,是典型的“三边”工程。坝址控制集雨面积1.059万km2，总库容6.9亿m3，装机150 MW，多年平均发电量5.85亿kW·h。溢流坝段溢流面长128 m，装11扇10 m×9 m钢质弧形闸门，闸墩厚1.5 m，为开敞式非真空实用剖面堰，堰面曲线为克奥型，采用鼻坎挑流消能。原设计溢流面混凝土为C20，顺水流向钢筋为Φ12@300 mm，垂直水流向钢筋为Φ16@300 mm。由于长期露天环境影响及高速水流的冲刷，混凝土表面已出现剥蚀和露筋现象。大坝安全论证时，堰顶及溢流面共查出裂缝30条，裂缝平均长度：（2～8）m，平均宽度（0.3～0.6）mm。情况有逐年恶化趋势，影响大坝安全行洪，需对大坝溢流面进行处理。

1 溢流坝面改造方案的优化

大坝闸门前混凝土较好，反弧段在1985年加固已作处理，本次加固范围是由堰顶至陡坡段尾，加固方案有三种：修补方案、加层方案及凿除重浇方案。

修补方案是将冲坏与露筋处混凝土凿除，重浇高标号混凝土修补。该方案优点：工程量少，施工简便，投资少，不易影响到汛期防洪；缺点是：不能从根本上解决混凝土普遍老化及被冲损问题。此次不予采纳。

凿除重浇方案是将原堰面混凝土凿除，凿除老混凝土厚度为40 cm，保护好伸入闸墩内钢筋，使之外露部分留长50 cm以上，再布锚筋，锚筋为Φ18@100 mm，再浇C30混凝土，使新老混凝土结合紧密，混凝土中布置Φ12@150 mm钢筋网，纵横布置相同，恢复原形。该方案优点：处理彻底，无后患，安全可靠；缺点：工程量大，工程造价高，且易影响到汛期防洪。

加层方案是将现有混凝土表面凿毛后，再浇筑250 mm厚钢纤维混凝土或聚丙烯纤维混凝土保护层，在钢筋锚固时，采用新型的自锁锚杆。与混凝土凿除重浇方案相比，该方案优点是：安全可靠，工程量少，投资较省。混凝土凿除重浇方案与加层方案两者工程量比较见附表。

附表混凝土凿除重浇方案与加层方案工程量比较

从附表可以看出，加层方案更可靠，投资较省，又可节省工期，所以选定加层方案作为此次溢流坝面的改造方案。

2 坝面加层方案的设计

（1）混凝土凿毛深度的确定。

根据工程现状，若只单纯凿毛在原混凝土面上浇混凝土层，就改变了溢流面的堰型，经泄洪实验模型分析得出，对泄流量有一定的滞泄影响，且转滑的陡坡施工难度大，予以放弃。若凿除深度太深，那就变为重浇方案。经优化，选择凿除深度25 cm，保留原堰型，重浇25 cm混凝土，为防止开裂，采用小而密的钢筋网Φ14@200 mm，纵横向布置相同，保护层10 cm。

（2）锚固设计。

因新浇溢流面层混凝土薄，锚固不采用常规砂浆锚筋，而采用巨成牌自锁锚杆，为武大研制。该自锁锚杆有以下优点：抗拔力大，Φ20锚杆抗拉力为53.1 kN，抗剪力为40.1 kN；施工简便，工期短；自锁锚杆主要靠锚头与混凝土作用，与常规砂浆锚筋（灌溉砂浆有收缩问题，会减小锚筋抗拔力）相比，不受环境影响。具体布置：为梅花型布置，每m2布置1根，锚杆深入老混凝土50 cm，使新老混凝土结合紧密。自动锚杆一般要求：自动锚杆需锚杆材质证明及合格证；自动锚杆只对专用扩孔钻头所成钻孔有效，锚杆与孔径须匹配，孔径大于锚杆直杆（2-4）mm；自动锚杆钻孔应避钢筋，钻孔质量与结构边缘距离大于10 cm。施工步骤：①按设计要求在坝面标出锚杆位置；②电锤钻孔至设计深度；③专用钻头扩孔，扩孔后，钻杆钻至设计深度，并旋转一周才算扩孔到位；④自锁锚杆配插契，稍用力夹紧；⑤将自锁锚杆插入孔内，用敲击加压，使锚杆移位到进深要求；⑥锚孔灌浆料注紧密实，压力0.4 MPa为宜，灌液溢出后持续（1～2）min；⑦锚杆尾部由新混凝土钢筋焊接。

（3）混凝土设计。

设计为C30混凝土，其掺和料有二种,一是聚丙烯纤维,二是钢纤维,若在混凝土里面掺聚丙烯纤维，量为（0.8～0.9）kg/m2左右,该混凝土在浙江白溪水库溢洪道面层及欧阳海水库溢洪道面层得到运用。但与掺钢纤维相比，其抗冲、抗渗耐久性较差。从双牌大坝溢流面运行历史来看，要彻底解决混凝土的冲损现象，经试验选择掺钢纤维料。具体配料为：钢纤维78 kg（剪切型，长度25 cm）；42.5R水泥340 kg，水160 kg，河砂（770～870）kg，碎20：（1 100～1 060）kg。考虑从拌和、运输及入仓，期间不能超过30分钟，且有一定的落差，按建筑标准另加适当减水剂。