某小型水库溢洪道及泄洪洞的加固设计分析

2019-03-14舒城县建筑工程质量监督站安徽六安231300

安徽建筑 2019年3期

许勇（舒城县建筑工程质量监督站，安徽六安 231300）

1 引言

目前我国的中小型水库多修建于上世纪60年代，由于当时的历史原因、技术力量、施工技术有限，加之运行的年限已久，导致这些水库出现了包括防洪能力不足、大坝填筑质量不良、裂缝、异常渗流、整体稳定性不足、抗震能力不足、金属结构和启闭机不满足要求等病险[1]。

近年来我国经济不断发展，“国盛水利兴”已成为共识，在这个背景下，加快中小型水库的除险加固工作，对促进国民经济发展、改善民生有着重要的意义[2]。

溢洪道及泄洪洞作为水库枢纽工程的重要组成部分，在水库枢纽的加固工作中占有重要的地位，本文以某病险水库的溢洪道及泄洪洞的加固设计为切入点，详述了对其进行加固的设计方案及施工方案。

2 工程概况

某水库枢纽工程主要由主坝、岸边溢洪道、泄洪洞、灌溉兼发电隧洞等建筑物组成，水库总库容6412万m3，工程规模为中型，工程等别属Ⅲ等，主坝、溢洪道等主要建筑物级别为3级。工程以防洪、灌溉为主，兼顾发电、水产养殖、旅游等综合效益。坝址以上集雨面积 256km2，主河道长 35km，河道平均坡降10.53‰；多年平均流量4.35m3/s。多年平均年径流量1.37 亿 m3。

该枢纽工程的溢洪道布置于右岸山梁垭口处，距大坝约300m，为正槽式陡槽溢洪道。由进口段、陡槽段、出口段组成。泄洪洞布置在主坝右岸，为城门洞型无压隧洞（5.0×5.3m），洞身用厚40cm的250#混凝土全断面衬砌。由进口段、洞身段、出口明渠组成。经过长时间的运行，溢洪道和放水涵出现了不同的险情，对其进行加固设计变得刻不容缓。

3 工程存在的问题

3.1 溢洪道存在的问题

溢洪道结构整体稳定，边墙无垮塌等破坏现象，进口二元边坡为支护，有掉土石现象发生，引渠、泄槽边墙混凝土存在表面裂缝，裂缝密度大于3条/m，宽度为1～2mm，延伸长度大于1m。其中驼峰堰堰体存在4条裂缝，迎水坡横向裂缝1条，宽1～2mm，长20m，背水坡横向裂缝1条，宽1～2mm，长24m，距离左边墙6.9m和距离右边墙6.6m纵向裂缝各1条，宽度均为1～2mm，裂缝长10.8m和长19m，贯穿至底板。

3.2 泄洪洞存在的问题

泄洪隧洞洞身进口多处渗漏，混凝土钙化严重，且越靠近进口闸门段其洞身顶部渗漏以及混凝土钙化相对越严重，渗漏量最大处大于3L/s。洞顶及侧墙衬砌混凝土局部脱落，局部钢筋出露；洞身存在L1～L5共计5条裂缝。洞身衬砌混凝土局部厚度不足，基岩出露。泄洪洞工作闸门门体变形，门槽及附近混凝土存在空蚀、淘空现象，部分构件锈蚀，边角止水破损；检修闸门门体止水不严，关闭时漏水量大；启闭机极限开关和高度指示仪等设备匹配不全，动力线路敷设不规范，绝缘存在老化现象；启闭机房狭窄，无检修通道。

4 加固设计方案

4.1 溢洪道加固设计方案

根据裂缝的形状、分布规律以及当地气温昼夜温差较大的特点，分析认为裂缝产生的原因主要与混凝土施工后的表面保护措施欠佳等综合因素有关。鉴于工程施工进度紧等情况限制，同时考虑到水库具有调洪功能，溢洪道过水溢流次数相对要少，因而裂缝处理采用便于施工且快捷的表面涂刷水泥基渗透结晶型防水材料的方法进行处理。

水泥基渗透结晶型防水涂料（简称CCCW）是一种新型防水材料[1]，它是由波兰特水泥、特别选用石英砂及多种活性化学成分配制成的一种粉末状防水材料。CCCW的防水原理是与水作用后，材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的枝蔓状结晶体，填塞毛细孔道，与基层混凝土结合成封闭的防水整体，从而使混凝土致密、防水，同时起到保护钢筋，增强混凝土结构强度的作用。

水泥基渗透结晶型防水材料是由其本身涂层来使混泥土本身致密来达到放水的目的，对水泥基渗透结晶型防水材料来说，基层处理显得尤为重要，因此进行防水层施工前，对基层处理要达到如下要求：①基层混泥土强度复合设计要求，混泥土表面无明显积水；②混泥土表面平整、无油污、灰尘及影响粘结的杂物；③施工前用钢丝刷将混泥土便面的浮浆、返碱、尘土等杂物清除干净，用清水或者稀盐酸清洗表面；④结构裂缝、施工缝等缺陷均进行防水处理后，在进行防水层的施工；⑤蜂窝结构及松散结构均应凿除，将所有的松动的杂物用清水冲掉，直至见到坚硬的混凝土层。

施工基层处理完成后，可采用刮板、半硬性棕毛刷用力涂刷，也可以用滚筒涂，十字交叉处至少要涂两遍，当上一层已固化（约两小时），产生足够的强度后，可涂刷第二层，在涂刷第二层前应用水湿润前一层。滚涂时混合料比涂刷的混合料要稀一些，用料控制≥1.0kg/m2。涂层施工时，必须控制涂层的厚度，即因在规定的施工面积上将计算得出来的土料用量，均匀的涂刷或滚涂直至用完，涂刷次数不少于两遍，涂膜总厚度大于1mm。待表面涂层初凝达到足够强度后，立即进行喷水养护或者覆盖湿布养护，并保证涂层处于湿润状态，但不得用水浸泡或用压力水冲洒养护。养护时间为3天，每天洒水至少3次（天气炎热时应增加喷水次数）。

4.2 溢洪道加固设计方案

针对泄洪洞存在渗漏、冲蚀等问题，同时考虑到工程施工进度紧等情况限制，因而加固处理采取对裂缝进行灌浆，对混凝土表面冲蚀等缺陷进行高强度改性环氧砂浆法涂刷修复处理，具体做法如下。

4.2.1 裂缝渗水处理

从泄洪隧洞存在问题看，洞身混凝土裂缝宽度为2～5mm≥0.2mm，因而对裂缝宽度＞0.2mm的裂缝采取低压灌注水溶性聚氨酯灌浆材料，表面涂刷水泥基渗透结晶型防水材料及聚氨酯灌浆涂刷材料的方法处理。

施工程序：施工准备→布孔、钻孔→安装灌浆塞、封缝→压风测孔、补漏→注浆→基层处理→清理与湿润→刷浆CCCW→刷浆（聚氨酯灌浆涂刷材料）→养护。

4.2.2 出水点处理

针对洞顶等出水点，根据出水量的大小，首先在涌水处四周混凝土上进行凿毛处理，用快凝水泥封堵漏水处并同时埋设注浆管和导水管，将水集中引到导水管中导出，再将周围可能冒水冒浆的孔洞封堵好，然后从注浆管中进行回填反压灌浆，反压灌浆的压力为P=P1+P2，其中，P1为孔口管关闭后的水稳定压力，P2为正常情况下的灌浆压力。考虑到泄洪洞上游约70m长洞顶段因渗漏可能存在原有混凝土衬砌与基岩接触面存在空隙、不密实，因而除了对洞顶漏水点处进行回填灌浆外，对泄洪洞上游约70m长洞顶段亦进行回填灌浆补强，回填灌浆范围为顶拱中心角120。，孔距和排距为4m，灌浆压力为0.3MPa，灌浆孔深入围岩50mm。为减少围岩水对洞顶衬砌混凝土压力，在泄洪洞下游洞段顶部渗漏部位处增设排水孔进行排水减压，排水孔深0.7m。

4.2.3 混凝土缺陷处理

对洞身左侧墙等混凝土表面局部脱落、冲蚀以及过水断面表面不平顺等缺陷，采用便捷的NE—Ⅱ型环氧砂浆进行修复处理[2]（此NE—Ⅱ型环氧砂浆在四川庆大河排洪洞、黄河小浪底水利枢纽、贵州东风电站等工程的衬砌混凝土质量缺陷处理得到广泛应用）。此砂浆是以环氧树脂、固化剂及其特种填料等为基料而制成的高强度、抗冲蚀、耐磨损材料。

环氧砂浆由环氧树脂、固化剂及其特种填料等为基料拌制而成。

NE—Ⅱ环氧砂浆主要技术指标：抗压强度80.0MPa，抗拉强度10.0MPa，与混凝土粘结抗拉强度＞4.0MPa，抗冲磨强度7.0h.㎡/kg，抗压弹性模量2150 MPa。

环氧砂浆施工步骤具体如下。

①基面处理。清除混凝土表面乳皮、水泥净浆表层或松动颗粒等，使表面外露新鲜骨料。混凝土表面有超出平面的局部凸起，用磨平机磨平；表面的蜂窝、麻面等缺陷，用切割机切除薄弱部分。

②表面清理。用高压水或高压风清除表面沙粒、粉尘，直至混凝土基面干燥。

③涂刷基液。选用口齐、头软、不掉毛的扁形毛刷，在处理好的混凝土基面上均匀的涂刷一薄层底层基液。待基液涂刷后陈化20～60min，并连续3次手触拉丝至1cm断开时，涂刷基液结束，进行涂抹环氧砂浆施工。

④涂抹环氧砂浆。待基液初凝时，用抹刀涂抹环氧砂浆，环氧砂浆的涂抹采用沿逆水流方向、先上后下的顺序施工，涂抹厚度不小于10mm，对脱落部位涂抹厚度以抹平脱落厚度。涂抹平整度为3mm以内。

⑤养护。环氧砂浆的养护温度控制在20°C，养护期间，涂层要避免受到行车、人踏、雨淋、暴晒等，养护龄期7d。

⑥质量检查。环氧砂浆强度1天可达到50%，对已修补部分进行敲击检查。凡起泡、声音发哑的部位均应凿除重抹。