陕西陇县段家峡水库溢流堰维护措施分析

王志刚，杨爱国

（陇县段家峡水库灌溉管理处，陕西 陇县 721200）

1 工程概况

段家峡水库位于千河干流上游15公里处的宝鸡市陇县曹家湾镇段家峡村，是一座以灌溉、防洪为主，兼顾水力发电、水产养殖等综合利用的中型水利工程。坝址以上千河长度51 km，平均比降18.6‰，控制流域面积634 km2，流域内多年平均降水量696 mm，水库承担着下游8万亩耕地，5个乡镇，42个村庄，2座县城，5.5万人等供水。

段家峡水库枢纽工程为Ⅲ级水工建筑物，主要由均质土坝、侧槽式溢洪道和输水洞组成。坝高43 m、坝顶长187.5 m、坝顶宽12 m，坝基宽262.5 m，坝顶高程1090 m，坝基高程1047 m；大坝迎水坡坡比 1 ∶3、1 ∶2.75、1 ∶1.25、背水坡坡比 1 ∶2.75、1 ∶3、1 ∶2，总库容 1832.4万 m3，其中调洪库容744万立方米，兴利库容1038万m3，死库容167万m3，截至2006年底已淤积245万m3，死库容全部淤积，有效库容淤积78万m3。侧墙式溢洪道位于大坝右肩，总长258.77 m，溢洪道侧墙为浆砌石钢筋混凝土护面，溢流堰实用堰型，堰顶高程1083 m，堰长95 m，溢洪道槽宽19.2 m～24.1 m，末端为挑流消能，最大泄水流量1070 m3/s。输水洞建在大坝左端，由放水塔、输水洞和闸门组成。放水塔为浆砌石圆柱形，内径4 m，壁厚0.5 m，塔高20 m，塔内设检修闸门一道，配备15 kW、50 t手电两用螺杆启闭机一台。输水洞为内径2 m的钢筋混凝土压力涵洞，全长170.4 m，最大放水流量42 m3/s。出口建有工作闸，其型式为弧形钢闸门。水库正常高水位1083 m，水面长度为4 km，水面平均宽度270 m，水面面积1.08平方公里。

2 存在的主要问题和成因分析

段家峡水库溢洪道溢流堰为混凝土面，经过多年运行，表面产生了严重的冻融，溶蚀破坏，混凝土面出现了麻面、露石、松动、剥落等老化现象，最大剥落面长2.35 m，高1.32 m，深0.16 m，上述问题的存在严重影响运行安全。

2.1 空蚀破坏

由于本工程修建于70年代，受当时施工设备、技术等因素的限制，施工质量要求不高，特别是模板接缝不平，致使溢流堰表面混凝土不平整，溢流时，高速水流与边界分离，形成空洞，导致混凝土表面产生空蚀破坏。

2.2 冻融破坏

段家峡水库坝址处冬季最低气温-18℃,加之溢流堰表面混凝土不平整，冬季易产生冻融破坏。

2.3 渗溶破坏

混凝土是一种多项非均匀材料，内部存在很多空隙和毛细孔，水分可以通过这些空隙和毛细孔渗透侵入。该工程施工用的是硅酸盐水泥，水泥结石中的主要成分在Ca（OH）2的极限浓度下才能够稳定存在于固相中，并与液相保持平衡。当水汽渗透到混凝土内时，Ca（OH）2从水泥石中溶析出来并不断让水汽带走，使其浓度降低，从而失去平衡，迫使在Ca（OH）2饱和溶液中才能稳定的其它水化物不断分解，不断被渗水带走，导致水泥石的结构孔隙不断增多增大，使混凝土强度不断降低，逐渐变疏松。

3 处理措施

为了消除段家峡水库溢流堰存在的隐患，确保水水库安全正常运行，发挥水库防洪减灾、灌溉蓄水能力，决定对段家峡水库溢流面进行维修养护，经多种方案进行比选，最后确定采用挂网喷射混凝土的方法进行处理。因为它不需模板，施工快速、简捷，能及早发挥承载作用，具有强度增长快、粘结力强、密度大、抗渗性好的特点。与模筑混凝土相比，其物理力学性能多有所改善。

3.1 原材料选用

水泥采用P.042.5普通硅酸盐水泥；细骨料采用坚硬耐久洁净的中砂，细度模数大于2.5，砂中小于0.075 mm的颗粒小于20%，含水率5%～7%；粗骨料采用最大粒径小于15 mm，级配连续的坚硬耐久的碎石；速凝剂质量稳定，掺量小于水泥用量的5%；锚杆采用Φ22的螺纹钢筋制作，锚杆纵横向间距2 m，锚杆长度1.5 m；挂网钢筋为单层Φ10螺纹钢筋，纵横向间距0.2 m。

3.2 配合比选用

注浆锚杆水泥砂浆为M10水泥砂浆，砂浆配合比：水泥:砂为1∶1～1∶2，水灰比为0.38～0.45；喷射混凝土强度等级采用C25混凝土，配合比根据原材料性能、喷射工艺通过试验选定，胶骨比为 1 ∶4～1 ∶5，水胶比为 0.4～0.5，砂率为 45%～60%；喷射混凝土塌落度为80 mm～130 mm。

3.3 施工处理方法

（1）原溢流面处理：对原溢流面松动混凝土进行凿除，然后对溢流面进行凿毛，用高压水枪对溢流面进行冲洗。

（2）锚孔测量放线：按设计立面图要求，将锚孔位置准确测量放线在原溢流面上，做好标记，孔位误差不得超过±10 mm。

（3）钻孔：采用φ50 mm钢管搭设脚手架，采用手持式凿岩机钻孔，钻孔与原溢流面倾角为30°。为确保锚孔直径及深度，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径，实际钻孔深度大于设计深度0.2 m以上，钻进达到设计深度后，不立即停钻，稳钻1～2分钟，防止孔底达不到设计孔径，钻孔倾角误差保持在±1.0°内，方位误差保持在±2.0°内。在钻孔完成后，对钻孔孔壁的沉碴清理干净，然后用高压空气（风压0.2 MPa～0.4 MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，遇锚孔中有承压水流出时，等水压、水量变小后，在该位置设置排水孔，然后下安锚筋、注浆。

（4）锚杆安装、注浆

锚杆安装前，要确保每根锚杆顺直，除锈、除油污，安装前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将地锚体放入孔内，用钢尺量出孔外露出长度，计算孔内锚杆长度（误差控制在±10 mm范围内），确保锚固长度。锚杆安装完毕后进行注浆，注浆采用二次高压注浆，从孔底开始，以排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准，注浆压力大于2.5 MPa，如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。

（5）挂网

锚杆施工完毕且注浆达到强度达到设计强度70%后即可进行挂网施工。钢筋网在现场由人工按设计要求进行绑扎，钢筋网与原溢流面间隙为10 cm；锚杆端部与钢筋网点进行焊接，钢筋网用铅丝绑扎。

（6）喷射混凝土

喷射混凝土采用湿拌法，喷射混凝土釆用强制式搅拌机搅拌，其搅拌时间应大于1.5分钟，做到随拌随用，停放时间小于于30 mm，在运输、存放过程中不得淋雨、浸水及混入杂物。喷射前对喷射面进行检查，用高压风水枪冲洗喷面，并采用压力风清扫岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志，喷射时将拌好的混凝土通过压浆泵送至喷嘴，再用压缩空气进行喷灌，喷射砼前先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷射砼，先将溢流面损坏部位深度较大的凹洼处喷平，然后进行大面积喷射。作业前先用水灰比为1∶2的水泥浆润滑喷射机的料斗及输料管路，作业开始时先送风，后开机，再给料，风压0.9 MPa，水压0.4 MPa；混凝土或砂浆进入喷射机料斗后，起动主机的同时调整喷射机的喷射速度，根据配合比控制速凝剂添加量，作业分段、分层由下而上往复喷射，喷嘴应连续、缓慢作横向环形移动，喷层厚度应均匀。分段施工时，在前段喷射砼接头处预留斜面，斜面宽度为20 cm～30 cm，喷射时使喷嘴与受喷面间保持1.5 m～2.0 m距离，喷射角度尽可能接近90°，以获得最大压实和最小回弹，回弹率小于15%。一次喷射砼的厚度以砼不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响砼的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量，一般控制在3 cm～5 cm。分层喷射时，后层混凝土应在前层混凝土终凝1小时后进行，先用风、水清洗喷层表面后再喷射。喷射施工完毕时，先停速凝剂输送泵，后停主机，最后关风阀。本工程沿溢流面每间隔20 m设纵向伸缩缝1道，缝宽20 mm，用沥青麻絮进行塞缝处理。喷射砼终凝2小时后及时进行养护，养护时间不小于14 d[1]。

（7）溢流面压光

本工程为溢流面维修养护，溢流面对混凝土表面平整度要求高，由于喷射混凝土表面较粗糙，因此本工程要考虑喷射砼表面处理问题。我们采取的方法是在最后一层混凝土喷射完毕后，在表面喷射一层2 cm厚的M10水泥砂浆，不加速凝剂，然后迅速采用人工进行压光。

4 结语

陇县段家峡水库承担着着重要的防洪任务，它的运行安全，直接关系到下游5.5万人的生命财产安全。因此确保它的运行绝对安全。针对段家峡水库溢洪道溢流面出现的问题，我们采取了挂网喷射混凝土的维修养护方法，取得的较好的效果，处理后段家峡水库溢洪道溢流面经受了2018年7月11日水库来水351.9 m3/s，库水位为1084.51 m（为段家峡水库建库以来最高水位库水位），泄洪流量为352.36 m3/s的洪水检验，工程运行正常，溢流面完好，确保了段家峡水库的安全正常运行。