岩滩扩建引水渠水下混凝土损坏处理

覃 杰，陆胜林

（1.大唐岩滩水力发电有限责任公司，广西壮族自治区南宁市 530001；2.江苏神龙海洋工程集团有限公司，江苏省泰州市 214500）

1 工程概况

岩滩水电站是一座以发电为主、兼有航运等综合利用效益的水电枢纽工程。枢纽主要建筑物由拦河坝、坝后发电厂房、开关站和垂直升船机组成。坝顶总长525m，最大坝高110m，总库容33.55亿m3。水电站一期工程装机容量1210MW，扩建工程装机容量600MW，现总装机容量为1810MW。一期工程于1995年全部投产发电，扩建工程于2014年6月20日投产发电。

扩建工程主要建筑物如进水口、引水隧洞、地下厂房、主变压器室及尾水隧洞均属1级建筑物，次要建筑物如厂房运输洞、尾水闸门运输洞、排风洞等均属3级建筑物。工程地下厂房洞室群布置于一期厂坝工程右岸山体内，地面高程为170～350m。主厂房区顶面高程为266～316m，上游小沟呈东西向发育，为厂房引水明渠进水口地段，下游为义悟大沟，临河侧为一期厂坝多台阶开挖边坡，厂区山坡地形，左低右高，上游和下游起伏变化较大。地下厂房区岩体风化较浅，全风化层厚约5m，强风化层厚3～5m，弱风化层不厚。此外，沿F48断层和石英脉侵入带出现带状和局部深层风化，沿F48断层弱风化深度达153.9m（zk1166），最低高程为131.12m。进口引水明渠右侧和洞脸边坡上部强风化岩体和坡顶覆盖层不厚，未发现有不利的软弱夹层影响边坡的整体稳定性，但存在不利于高边坡稳定的地质因素。施工中自上而下需及时采取大面积挂网锚喷混凝土和部分锚固（含局部预应力锚固）支护处理；对弱风化以上强风化和覆盖层宜采取清挖和挡护及排水处理。

2 检查情况

2015年11月3日起，6号机组停机检修，11月5日，机组流道4台水泵连续抽水28h未能抽干，正常情况8h可抽干。11月6日，经海洋公司潜水检查，发现尾水支洞检修闸门无法落到底，下尾水叠梁门抽干水后，机组流道内有近1000m3的石块或碎石碴，尾水隧洞衬砌完好。11月11日，水下检查5、6号机组拦污栅前底板上块石、树枝等杂物堆积，6号机组中孔拦污栅前底板堆积最高达8m，5号机组拦污栅前底板堆积高度2～3m；6孔合计堆积石碴约550m3。拦污栅前10m范围内底板及基岩上块石堆积较高，原集水坑底高程190.7m，现在为202.1m，堆积最高达11.4m，淤积石碴约有1800m3。5、6号机组拦污栅底板前块石、树枝等杂物堆积严重，拦污栅前20m至前沿212m高程平台，1∶3坡基岩表面堆积有块石及被冲破的挂网喷混凝土块。引水渠右侧1∶3坡混凝土面完好无损。R4道路表面及两侧没有发现被冲损部位。引水渠前沿左侧216.0m高程平台岩坎端头钢筋笼位置被冲毁，钢筋笼方量121.5m3。216.0m高程平台与212.0m高程平台之间形成了一沟槽，沟底208.0m高程左右，沟槽宽约17m，长约33m。冲刷面积约596.0m2，冲刷量约1297.8m3，引水渠前沿左侧216.0m高程平台底部淘空，淘空底部208.0m高程左右，顶部215.0m高程左右，中部位淘空深度3.66m，淘空长度10m，淘空方量约200m3。引水渠前沿左侧216.0m高程平台及218m高程平台内侧挂网喷混凝土护坡往下游约10m范围损坏，喷混凝土内部被淘空，损坏中间部位淘空深度为1.7m中间部位护坡离底2.2m被冲刷，淘空方量约40m3。引水渠前沿212.0m高程平台上游侧钢筋笼块石台阶基本完好无损。引水渠前沿212.0m高程平台表面挂网喷混凝土局部破损。

检修期间，对5号、6号机组尾水隧洞进行了放空检查，现场检查发现，尾水隧洞内堆积石块或碎石碴为石英岩，而尾水出口岩石主要为辉绿岩；同时5号、6号机组拦污栅提出水面进行检查，5号机组3扇拦污栅受损较轻，6号机组3扇拦污栅受损情况较严重，均表现为拦污栅振动[1]，被石块撞击、挤压，导致栅条弯曲变形[2]。

由引水渠水下检查、尾水隧洞及拦污栅检查现场检查结果，进行分析并初步推断：由于引水渠前端弯段左侧受冲刷破坏，被冲刷的大块石堆积于拦污栅前，较小的块石和碎石碴被发电水流挟带冲破拦污栅、经发电机组后堆积至尾水隧洞内。

在全面了解情况后，修复工作分为清渣和混凝土浇筑两个主要步骤。

3 清碴处理

水下清碴清理分两步进行，首先用电站门机上的抓污机对5号、6号机组拦污栅前淤积体上的树枝杂物进行清理，同时采用抓斗船舶对拦污栅前块石进行清理。抓污机清理出来的杂物由自卸汽车运输至义午沟弃碴场。抓斗船舶清理出来的块石由托底船舶运输到引水渠上游库区1km外抛投。

抓污机清理完成后，组织水下清理施工人员分两班组作业，每班组由4、5名潜水员组成一个班组，每个班组每天潜水作业4人次以上。考虑到清理出来的块石由电站坝上门机起吊设备起吊，两个潜水作业班组作业面距离不宜太远，施工时根据潜水员减压时间进行交替作业，同时不影响抓斗船舶施工。机械清理采用抓斗船舶先对6号机组拦污栅前原有基岩深坑部位进行抓挖块石清理，潜水作业则对5号机组拦污栅底板进行清理。潜水员人工清理主要是对拦污栅底板上的块石杂物进行清理，清理时由潜水员将块石搬入吊篮内，吊篮装满后由潜水员通过潜水电话通知船舶上指挥人员对坝上起吊设备人员进行指挥起吊，等到吊篮起吊离底30cm左右后，由潜水员检查确保起吊过程中块石不滑脱后，潜水员离开吊篮起吊垂直部位，进入安全区域后，再起吊吊篮出水。将吊篮内块石吊放在坝顶运输块石车内，清理上岸的块石杂物由自卸车负责运输卸载。对于拦污栅底板上块石较大，潜水员无法搬动时，采用铁链条捆绑大石，然后用坝顶门机直接吊出水面。

4 水下混凝土加固处理

4.1 加固处理方案概述

根据引水渠前端弯段左侧受冲刷破坏处实际情况进行水下混凝土浇筑加固处理，见图1。水下浇筑混凝土采用商品混凝土，浇筑时砼泵车设在218m高程平台下游大坝坝顶上，大坝坝顶到218m高程平台采用钢管脚手架搭设斜坡平台，混凝土由泵管通过脚手架平台经油桶平台到浇筑平台上集料斗内，混凝土再由集料斗通过导管到浇筑部位。

2016年1月11日，开始水下混凝土加固处理，前后分5次完成水下C30混凝土浇筑1579m3，于2016年3月13日完成浇筑。

4.2 基面处理

通过GPS测量定位，在水下混凝土浇筑部位抛设浮标，便于抓斗船施工作业。抓斗船舶将基面表面块石进行水下抓捞清理，抓斗船舶清理完成后由潜水员对基面表面进一步进行人工清理，确保混凝土与基面结合良好。抓出的块石运到指定地点抛弃。

4.3 水下钻锚筋孔

基面清理完成后，通过GPS测量定位，确定钻孔的位置，采用风钻水下施钻，每一个锚筋孔施钻完成后，用高压水枪进行清孔，然后安装锚筋，直到全部完成。

图1 进水渠前段支护水下抢险修复施工图（比例尺：1∶200）Fig.1 construction drawings for underwater emergency rescue and repair in the front section of the inlet canal support（Scale：1 ∶ 200）

4.4 水下立模

潜水员根据水下定位钢筋拉绳索，在绳索两边用风钻钻孔安装用于模板固定的锚筋，锚筋直径25mm，锚入深度0.5m。浇筑混凝土模板采用钢模与木模板结合。混凝土浇筑到台阶部位时，潜水员按设计要求水下插筋，浇筑台阶混凝土模板采用钢模。钢模对接由潜水员水下进行螺栓拼接。浇筑台阶宽度模板订制，模板水下固定后进行封模，即对模板下部接触不紧密部位由潜水员采用袋装混凝土方法进行封堵，确保水下模板的严密性。

4.5 混凝土浇筑

4.5.1 浇筑前的准备

混凝土浇筑采用单导管法，单导管移动浇筑法具有浇筑质量高、整体性好、浇筑速度快、不受水深和仓面大小限制、所需设备一般工地都能自制等优点，而且能在保证整体性的条件进行移动的特点。

混凝土浇筑时的坍落度根据现场条件及试验确定，水下混凝土坍落度一般18～22cm，临近结束时酌量放大，以保证后注入的混凝土能自动摊平；做好泵管铺设工作；对导管进行密闭试验，密闭情况良好的导管才投入使用。

水下混凝土陆上运输采用混凝土罐车，浇筑时由混凝土罐车将搅拌楼拌制的混凝土沿现场道路，送到混凝土汽车泵，混凝土汽车泵再将混凝土输送到仓面水上施工浇筑平台上的混凝土集料斗里。本工程采用钢板卷成直径250mm的导管，采用法兰、螺栓及橡胶垫片对接导管。在浇灌过程中，导管能上下升降，亦可根据浇筑进度进行左右移动。施工中混凝土粗骨料的最大粒径不大于导管内径的1/4，亦不超过4cm。

4.5.2 水下混凝土浇筑

水下混凝土浇筑的步骤从仓面最深处开始浇筑，若浇筑整个仓面高程无太大高差时遵循从上游往下游依次交替浇筑，保证整个仓面水下混凝土均匀上升。

导管刚开始浇筑时，由潜水员下潜到建基面，在要浇筑的导管旁，指挥平台上施工人员首先控制好导管底部高程，一般导管距基面200mm左右，混凝土集料斗中必须备料大于2.1m3混凝土，宜为2.5m3混凝土。开料时，混凝土沿溜槽往导管流动时，泵送混凝土同时向集料斗内输送混凝土。

导管移动的要点要依据确定的导管管脚混凝土堆积高度，结合潜水员水下探摸情况，进行导管缓慢移位。

4.5.3 水下施工缝处理

在210m高程台阶浇筑时留设了施工缝，由潜水员在施工缝层面上放置直径20mm的插筋，插筋长度1.5m，插入已浇混凝土内0.75m，插筋间距1.0m。水下混凝土达到20MPa后由潜水员对水下混凝土表面进行高压水枪清扫，并用风镐进行凿毛后，继续下道工序施工。

4.6 拆模

水下混凝土浇筑完成两天后拆模。拆模由潜水员用水下切割工具进行水下拆除，起吊由船舶上起吊设备起吊。

5 复查

进水口混凝土损坏处理于2016年3月15日完工，工程施工质量满足设计要求。经过一年运行，2017年5月20日对其进行复查，复查情况如下。

（1）引水渠口门区紧急加固部位210.0m高程平台混凝土完好，未发现冲刷损坏情况，如图2所示。

（2）引水渠口门区紧急加固部位212.0m高程平台混凝土完好，未发现冲刷损坏情况，如图3所示。

（3）引水渠口门区紧急加固部位214.0m高程平台混凝土完好，未发现冲刷损坏情况，如图4所示。

（4）引水渠口门区紧急加固部位216.0m高程平台混凝土完好，未发现冲刷损坏情况，如图5所示。

图2 引水渠口门区紧急加固部位210.0m高程平台混凝土Fig.2 Diversion canal entrance area at 210.0m platform site emergency reinforcement concrete

图3 引水渠口门区紧急加固部位212.0m高程平台混凝土Fig.3 Diversion canal entrance area at 212.0m platform site emergency reinforcement concrete

图4 引水渠口门区紧急加固部位214.0m高程平台混凝土Fig.4 Diversion canal entrance area at 214.0m platform site emergency reinforcement concrete

图5 引水渠口门区紧急加固部位216.0m高程平台混凝土Fig.5 Diversion canal entrance area at 216.0m platform site emergency reinforcement concrete

6 结束语

2015年11月3日，发现岩滩扩建工程进水口处出现异常；2016年3月15日，完成损坏混凝土处理；已经过一年多的运行，2017年5月20日，复查发现经处理的损坏处运行状况良好。

通过岩滩扩建工程进水口混凝土损坏处理工程的实施，可以得到如下思考：

（1）水利水电工程大部分作为水下工程，水下工程一旦出现隐患难于第一时间感知，且容易引起次生破坏，失事后果严重，基于此，工程施工期应该严格保证施工质量，为工程健康运行提供强力支撑。

（2）水利水电工程运行管理单位应对大坝及坝基进行安全监测[3]、定期进行现场检查和特殊情况下的专业检查，将隐患消除于萌芽阶段。

（3）水利水电工程运行管理单位现场检查发现异常情况，应引起重视，冷静思考，采用原型观测资料分析的方法[4]，采取科学合理的技术措施进行修复处理，保障工程的社会价值和经济价值。

[1] 阎诗武. 水电站拦污栅的振动[J]. 水利水运工程学报，2001（2）：74-77.YAN Shiwu. The vibration of trashracks hydropower station [J].Hydro-Science and Engineering，2001（2）：74-77.

[2] 何今盛，杨玉祥. 涔天河水电站发电引水管拦污栅损坏原因分析及预防措施[J]. 中南水力发电，2001（2）：60-62.HE Jinsheng，YANG Yuxiang. Centian river hydropower Station diversion pipe damage reason analysis and preventive measures of trashracks [J]. Zhongnan Hydroelectric Power generation，2001（2）：60-62.

[3] 顾冲时，吴中如.大坝与坝基安全监控理论和方法及其应用[M].南京：河海大学出版社，2006.GU Chong，WU Zhongru. Theory and method of dam and dam foundation safety monitoring and application [M]. Nanjing ：Hohai University press，2006.

[4] 吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].北京：高等教育出版社，2003.WU Zhongru. The theory and application of safety monitoring for hydraulic structures and its application [M]. Beijing ： Higher Education Press，2003.