水下混凝土拆除技术在遥田水电站门槽改造工程中的应用

罗 亮，陈 烨

（青岛太平洋水下科技工程有限公司，山东青岛，266100）

1 工程概况

遥田水电站拦河坝中的溢流坝段设27孔溢流堰（WES），其中高堰24孔，低堰3孔，采用钢弧门。电站自1988年底下闸蓄水发电，已运行近30年。由于溢流孔仅设置了弧形工作门，未设置检修门，自运行以来，大坝弧门和溢流堰水下部分无法得到正常维护和检修，目前大部分弧门存在门板锈蚀、水封老化变形等问题。此外，长期泄洪导致弧形钢闸门漏水（如图1所示），给电站运行带来极大安全隐患。根本解决这一问题的方法是在溢流坝上增设检修闸门，再对弧门进行彻底检修、维护。

对于类似工程，传统的施工需降低水位、放空水库或者修建围堰。针对遥田项目，降低水位不足以创造干地施工工作面，放空水库则导致水资源损失过大，因此项目设计最初选择修建围堰后局部干地改造。由于项目施工工期长，需要度过冬季和春季两个汛期，围堰的安装位置正好位于溢流孔上游，将对大坝汛期的正常行洪造成非常不利的影响，对库区群众生产生活造成巨大的损失。同时汛期洪水对围堰安全也将造成巨大威胁，可能导致汛期无法正常施工，工期和工程造价都无法控制。

图1 弧形门漏水情况Fig.1 Leakage of radial gate

2 改造方案

工程实施时由于低堰计算工况相对复杂，需采取多种处理措施才能确保闸坝的稳定和安全，因此3个低堰孔未实施改造，仅对24个高堰孔进行了改造。高堰增设的检修门底坎高程是65.80 m，挡水高程为正常蓄水位73.0 m，孔口净宽度为10 m，改造时高堰检修门厚度为700 mm。由于要新增检修门槽，在高堰孔堰体上游侧新浇底槛混凝土，采用水下不分散混凝土浇筑，强度等级为C30。

图2 高堰改造前Fig.2 Weir before reconstruction

图3 高堰改造后Fig.3 Weir after reconstruction

闸墩处改造方案为：首先将门槽改造处1.468 m长度范围内的闸墩混凝土从上到下全部拆除，使闸墩分为上游、下游独立的两段；在两段闸墩之间采用植锚筋、增设钢筋、埋设预埋件、立模浇筑混凝土等方式，重新恢复闸墩的整体结构，并使门槽一体成型。

图4 高堰新增检修门槽配筋图Fig.4 Distribution of rebar in additional gate slot

3 施工重点与难点

在遥田电站增设检修闸门工程中，门槽埋件的精确安装是重中之重，因此，最关键的部分为门槽施工和底槛施工。其中难度最大的部分是在原有闸墩的基础上开槽施工。遥田水电站有24个高堰孔、25个闸墩需要改造。原闸墩结构混凝土强度为C20，内部设置了钢筋网，厚度为1.5 m。施工时，需要将闸墩中部1.5 m范围内的混凝土全部拆除，重新浇筑二期混凝土。单个闸墩切割高度16 m，切割截面为1.5 m×1.5 m，单个闸墩切割拆除方量36 m3。项目现场共有25个闸墩需要切割，共需切割、拆除900 m3混凝土，工程量较大，因此闸墩的水下开槽也是影响本工程施工进度的关键工序之一。一旦闸墩混凝土无法顺利拆除，门槽改造项目就无法按期进行。鉴于此，快速、高效切割、拆除大体积混凝土是项目需要解决的一大难点。

4 闸墩整体拆除方法

在已建闸墩上进行开槽和切除的传统方法是使用液压锯和液压镐，由潜水员在水下进行人工拆除。这种方法施工范围小、效率低，且耗费的劳动力非常大。对于大体积水下混凝土的拆除，在施工进度和施工成本上都不具备优势。

另一种传统的大体积混凝土水下拆除方法为水下爆破，但爆破带来的震动会对周边水工建筑物有不同程度的影响，因此其使用局限性很大，无法广泛推广。

为了保证遥田项目能够如期、顺利完成，研究了两种大体积混凝土水下拆除工法。一种是将水下静态破碎剂加上适量的水配合后注入混凝土预先钻好的装药孔中，破碎剂发生水化反应，产生体积膨胀，从而持续、缓慢地向孔壁施加膨胀压力，将混凝土胀碎。此方法无声且不会引发震动，不会对周边建筑物带来安全隐患。另一种方法是采用液压绳锯作为水下切割工具，进行混凝土整体切割、拆除。

4.1 静态破碎结合人工凿除

静力破碎的原理是：由于岩石、混凝土是抗压强度高，而抗拉强度很低的材料，因此，通过膨胀剂，对事先布置好的破碎孔施加一定的膨胀力，就会在切向拉应力的作用下使孔壁产生径向胀开的裂缝，再使裂缝进一步扩展并相互连接，最终实现岩石、混凝土的解体破碎。

为建筑工程施工工作可以顺利的开展，施工单位应在施工前期做好充足技术准备，进而使工程施工能够达到预期目标。在建筑施工技术前期准备阶段，要全面分析工程的具体情况，制定科学的施工进度计划。深入优化施工方案，提升施工效率，使建筑施工工程成本尽量缩减[4]。建筑施工技术管理是建筑施工过程的重要环节，其肩负着对施工现场的技术管理和质量把控的重要作用。在建筑施工过程的技术管理工作中，要加强对工程质量、工程进度、工程投资成本以及施工安全管理等方面的把控。加强对施工技术管理的检查力度，相关部门应进行不定期抽查，对施工技术管理运用不当和违规操作的施工企业予以处罚。

现场施工时，首先采用绳锯切割出门槽边缘线。切割完成后采用ϕ42液压钻头，按照图5所示位置钻取静力爆破孔，并在孔内灌注静力破碎剂，每次钻取深度为2 m。当膨胀剂把闸墩混凝土胀碎后，采用人工凿除的方式对已经胀碎的混凝土进行凿除。

图5 静力爆破孔位置示意图Fig.5 Distribution of static blast holes

静态破碎法的优点包括：

（1）操作简单。主要工艺为水下钻孔和水下装药，目前水下钻孔工艺已经相当成熟，潜水员水下施工效率快。

（2）安全、易管理。静态爆破剂为非爆炸危险品，破碎剂与其他普通货物一样可以购买、运输、使用。

（3）材料环保。使用中无声、无震动、无飞石、无毒气、无粉尘，是无公害环保产品。

（4）使用方便。按破碎要求，设计适当的孔径、孔距、角度，能够达到“外科手术式”的分裂、切割。

图6 遥田水电站现场静力破碎效果Fig.6 Result of static blast at Yaotian hydropower station

静态破碎法的缺点如下：

（1）主要通过膨胀剂将混凝土胀碎，之后仍然需要耗费较多人力进行水下凿除和清理。

（2）静态破碎法只能把混凝土胀碎，但对混凝土内的钢筋无效。因此，对于钢筋混凝土的水下拆除，仍然需要潜水员在水下对混凝土内部钢筋进行水下切割。

（3）水下静态破碎无法控制破碎孔对周边需保留的混凝土的破坏。因此，在实施破碎之前，需要将待拆除混凝土的边缘提前切割出来，将需要保留和需要拆除的混凝土分隔开。

4.2 采用绳锯对闸墩进行整体切割

根据现场的起吊能力，采用绳锯将闸墩切割成若干块后，用吊机将混凝土块整体吊出。绳锯主要由绳锯驱动、飞轮、导向轮、金刚石绳锯链条组成。绳锯能切割钢筋密布的混凝土构筑物、厚砖墙，也能胜任水下切割作业。绳锯比液压墙锯能完成的切割深度更深，切割作业深度不受限制，作业环境适应性更强、作业效率更高。

图7 液压绳锯安装和切割Fig.7 Installation and cutting of hydraulic rope saw

绳锯切割法的优点包括：

（1）绳锯可同时切割混凝土和钢筋，在完成链条穿孔及绳锯链条安装后，便无需潜水员进行水下操作，降低了劳动强度，提高了切割能力和劳动生产率。

（2）线性切割可以使施工截面更加整齐，能够成倍提高工作速度，缩短施工工期，进一步降低劳动力成本。

绳锯切割法的缺点有：

（1）对待切割混凝土的形状有要求，比较适合切割独立的混凝土结构，比如墩、柱等。

（2）绳锯的金刚石链条磨损率大，设备损耗较大。

4.4 实施结果

结合遥田水电站施工现场实际情况，项目最终选择绳锯整体切割法对闸墩进行整体拆除，拆除效果良好。

图8 闸墩混凝土整体切割效果Fig.8 Overall cutting result of pier concrete

5 结语

我国很多小型水电站依然沿用40年前的设备和技术，安全保护性能差，大部分设备和建筑物带病运行。输水和泄水建筑物缺少检修门槽是此类农村水电站的普遍缺陷之一。

项目通过对现有门槽进行水下改造，增设检修门槽，解决了遥田水电站溢流孔因缺少检修闸门无法对已经老化破损的工作闸门进行检修的问题，便于后期工作闸门的日常维护，确保大坝的正常运行，为各地区农村水电站类似工程问题提供了宝贵的工程经验。