某水电站溢流表孔溢流面抗冲磨处理技术

2021-10-06张浩江杨念东孙建英段云超

大坝与安全 2021年2期

张浩江，杨念东，孙建英，段云超，苏健

（华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂，云南景洪，666100）

1 工程概述

某水电站溢流坝段布置在河床右侧，溢流表孔共7 孔，孔口尺寸为15 m×21 m（宽×高）。1 号表孔采用底流消能，2～7号表孔采用收缩比为1∶0.5的对称Y型“宽尾墩+消力池”联合消能工消能。溢流表孔一期混凝土台阶法浇筑，二期抗冲磨层混凝土采用滑膜施工，边角部位采用木模补缝。

从2007 年2 月浇筑完成投入运行至2019 年，溢流表孔经历了12 年的防洪度汛，随着混凝土老化和泄洪水流冲蚀磨损，溢流表孔过流面混凝土出现裂缝、冲蚀坑、麻面等缺陷，尤其表孔出口处至反弧段（桩号D0+041.00～D0+051.800）混凝土缺陷较为严重。为了保证溢流表孔安全运行，2020年汛前先对3～7 号表孔溢流面混凝土缺陷进行了修补处理，修补区域见图1。

图1 表孔溢流面修补区域Fig.1 Repaired area on the overflow surface

2 表孔溢流面缺陷形态及形成原因

2.1 表孔溢流面缺陷形态

溢流表孔混凝土缺陷主要有裂缝、冲蚀坑、混凝土麻面等三种形态。

（1）混凝土裂缝。表孔流道内混凝土裂缝均为水平状施工缝或层间缝。表孔流道出口以下反弧段混凝土裂缝呈现龟裂状和水平贯穿性，与坝段结构缝相连，裂缝最大开度2 mm，个别水平裂缝有渗水。

（2）混凝土冲蚀坑。混凝土冲蚀坑主要集中在流道出口段（D0+041.00）和宽尾墩下游侧反弧面，冲蚀坑最大深度25 cm，最大尺寸1.7 m×0.6 m（长×宽），个别部位冲蚀坑内有杂草。

（3）混凝土麻面。混凝土麻面主要在表孔流道内（桩号D0+010.00～D0+041.000），深度约1 mm左右，麻面分布零散且不集中。

2.2 溢流面缺陷形成原因分析

根据溢流面缺陷普查成果资料，结合表孔溢流面自完工后12 年的运行情况和环境条件，溢流面缺陷形成原因主要有以下几点：

（1）电站所处地区昼夜温差大，溢流面混凝土在运行过程中产生了温度应力，导致溢流面抗冲磨混凝土层施工缝开裂。

（2）随着运行时间增长，长期高温情况下溢流面混凝土老化、机组运行引起的振动以及泄洪过程中水流冲刷等综合原因，溢流面反弧段混凝土产生浅表层龟裂裂缝。

（3）溢流面平整度不够、混凝土局部强度偏低，泄水过程中造成冲蚀磨损，导致溢流面产生麻面、冲蚀坑等缺陷。

（4）横向结构缝部位错抬，在高速水流冲刷下，形成空蚀破坏，导致横向结构缝部位冲蚀坑比较集中。

（5）溢流面混凝土碳化深度达到钢筋保护层或坝体渗水等原因，溢流面混凝土钢筋锈蚀，钢筋外侧混凝土保护层胀裂，形成“顺筋裂缝”。溢流面部位的顺筋裂缝，在高速水流下，很容易形成冲蚀坑。

（6）电站所处地区属北热带和南亚热带湿润季风气候，长夏无冬，干湿季分明，雨季长达5 个月，环境温度和湿度适合植物生长。溢流面裂缝或冲蚀坑内植物根系发育，对混凝土也产生了膨胀破坏。

3 表孔溢流面修补工艺及修补方法

3.1 溢流面斜坡段施工措施

本次表孔溢流面缺陷修补范围为3～7 号溢流表孔工作弧门底坎至消力池反弧段底部（桩号D0+011.0～D0+79.7，高程530.0～581.0 m）。溢流表孔流道内及出口部位溢流面坡度较大，溢流面混凝土修补施工时，需要搭设施工吊篮作为施工平台。部分吊篮无法施工或坡度小于1∶1 的部位采用软梯和高空作业安全坐板作为施工平台。

本次缺陷修补共投入5 台吊篮，3～7 号溢流表孔各1 台吊篮同时进行施工，待流道内修补完成后，分别将吊篮移至对应的宽尾墩下游面施工。流道修补区域吊篮悬挂结构安装在坝顶；宽尾墩下游侧修补区域吊篮悬挂结构设置在宽尾墩上。

3.2 溢流面抗冲磨涂层施工

对溢流面麻面、小气孔以及过流面平整度处理采用表面涂刷抗冲磨材料EQ 环氧胶泥，见图2，主要施工工艺如下：

图2 溢流面抗冲磨层施工示意图Fig.2 Layer against abrasion on the overflow surface

（1）采用高压清洗剂将溢流面灰尘、水垢、浮浆、青苔等杂物清洗干净，以便对裂缝、剥蚀、冲坑等缺陷进行检查。

（2）凿除混凝土麻面上松动的混凝土颗粒、浮浆，并用角磨机将整个溢流面打磨平整，直至露出新鲜密实混凝土面。打磨完成后用高压清洗机将打磨基面清洗干净，待基面自然风干或采用加热设备烘干，要求修补基面清洁干燥。

（3）先用EQ 环氧胶泥将混凝土基面上的孔洞填补密实，待固化后进行大面积涂刮。涂刮过程中，多次来回挤压和抹面，将基面气泡排出，以保证孔内充填密实和胶泥与混凝土面的粘接牢靠。修补后要求表面平整光滑，环氧胶泥平均厚度不小于2 mm控制，见图3。

图3 溢流面环氧胶泥涂刮Fig.3 Applying epoxy mortar to the overflow surface

3.3 溢流面混凝土裂缝处理

溢流面混凝土裂缝一般采用表面封闭法或贴嘴灌浆法处理。

（1）裂缝开度δ＜3 mm：沿裂缝10 cm宽范围采用角磨机打磨干净，然后用高压水清洗并自然晾干，保证裂缝表面干燥、干净、无灰尘。表面再涂刮一层2 mm厚的EQ环氧胶泥封闭处理。

（2）裂缝开度δ≥3 mm：首先涂刷EQ 环氧胶泥对裂缝进行封闭，然后骑缝贴嘴或钻小斜孔灌注HK-G 环氧灌浆材料进行化学灌浆。化学灌浆采用由低向高、由一侧向另一侧逐孔灌注，相邻孔排气，多孔并灌。灌浆采用递进法，由起始孔向外端逐个孔灌注。要求选择高程最低、畅通性良好的孔作为起始灌浆孔，同等条件下应选择从灌区端部进浆。起始孔开始进浆时，其余孔敞开排气，待相邻孔排尽积水及浆水混合物并流出浓浆时，可进行并联灌浆，以此类推。灌浆压力一般为0.2～0.3 MPa，单孔不进浆并且屏浆30 min结束灌浆。

待灌浆结束浆液凝固后，将灌浆嘴切除，并用角磨机将裂缝表面打磨平整并用高压清洗机清洗干净，见图4～5。

图4 渗漏裂缝化学灌浆Fig.4 Chemical grouting of the leaking joint

图5 渗漏裂缝处理效果Fig.5 Effect of treatment of the leaking joint

3.4 溢流面冲蚀坑修补

溢流面冲蚀坑采用“凿旧补新”的修补方法，根据冲蚀坑深度和大小选择修补材料：冲蚀坑深度小于5 cm 时，采用HK-UW-3 环氧砂浆修补；冲蚀坑深度大于5 cm时，采用HK-UW-3环氧树脂细石混凝土修补；若深度大于10 cm，埋设插筋，提高修补体与母体混凝土之间的整体性。插筋采用螺纹钢筋，外露部分设置直角弯钩。

（1）先用混凝土切割机切槽（深度大于3 cm），划出要清理的破损混凝土的范围，以便形成规则的边缘，修补区域轮廓线内角不宜小于90°。然后采用小型电动工具或轻型工具凿除疏松混凝土，尽可能少用或不用大型设备凿除，以免扰动和损坏周围混凝土的完整性。凿除厚度要均匀，避免出现薄弱断面。最后采用高压水清洗基面，将基面浮渣、灰尘以及油污冲洗干净并烘干。

（2）待基面处理工作完成后，在修补基面先涂刷一层环氧基液，用手触摸不粘手并能拔丝时（约30 min）再分层回填环氧砂浆（或环氧细石混凝土），并振捣密实。修补材料固化后，对其表面进行打磨，使修补面与原混凝土高程、形体一致。

（3）环氧砂浆（或环氧细石混凝土）修补完成后的养护期为3 d，修补部位在养护期内不应有水浸泡或其他冲击。

冲坑、冲坑修补分别见图6～8。