奴尔水利枢纽泄洪冲沙洞及消力池修复设计

班懿根

(新疆塔里木河流域奴尔水利枢纽建设管理局，新疆 策勒 848300)

1 工程概况

奴尔水利枢纽是奴尔河上的控制性工程，是一座承担灌溉、发电综合利用任务的枢纽工程。水库总库容为0.69亿m3，正常蓄水位为2497 m，死水位2465 m，电站总装机容量为6.2 MW，多年平均年发电量为0.217亿kW·h。工程由拦河坝、导流兼泄洪冲沙洞、溢洪洞、发电引水系统及电站厂房等组成。大坝为碾压式沥青混凝土心墙坝，最大坝高80 m。工程地震设防烈度为Ⅷ度。

奴尔河流域属暖温带大陆性干旱气候，四季分明，夏季炎热，冬季寒而不冷，春季升温快而不稳定，秋季降温快，降水稀少，日照丰富，气温年、日变化大，无霜期长，纬度地带性气候变化明显。奴尔河山区历年极端最高气温36.4 ℃，极端最低气温-22.5 ℃，多年平均气温4.7 ℃，多年平均年降水量195.0 mm，多年平均年蒸发量1267.4 mm。

奴尔河及其临近流域均无推移质观测资料，由于工程区地处南疆山区，结合该区域周边已建水利工程的设计成果和实际运行情况，推移质输沙量占年悬移质输沙量的比例按20%考虑。经计算奴尔水文站推移质输沙量为12.75×104t。奴尔河流域奴尔水文站的天然输沙量为悬移质输沙量与推移质输沙量之和。其多年平均年输沙总量为76.5×104t，多年平均含沙量3.73 kg/m3。

2 水库导流兼泄洪冲沙洞冲蚀、磨蚀现状

(1)导流兼泄洪冲沙洞有压洞洞身。通过对导流兼泄洪冲沙洞有压段洞身整体进行查看，洞内混凝土衬砌段底拱40°～60°范围有磨损现象；形成0.1～0.2 m的小沟，宽度约1 m。洞身局部有露筋，露筋主要为分布钢筋，露筋部位磨损严重，且有部分钢筋断裂现象，局部个别地方发现受力筋磨断现象。隧洞顶拱整体情况良好，磨损轻微或未磨损。

(2)导流兼泄洪冲沙洞工作闸井。导流兼泄洪冲砂洞闸井底板发现磨蚀现象。局部较严重，有0.2 m的坑槽。钢板底部工字钢出露。

(3)导流兼泄洪冲沙洞出口。出口消力池陡坡段底板局部有露筋，露筋主要为分布钢筋，露筋部位磨损严重。在陡坡段底板出露的排水管的位置混凝土磨损严重[1-2]。

3 工程修复方案设计

3.1 底拱漏水部位处理

采用水溶性聚氨酯灌浆材料对裂缝、伸缩缝进行化灌处理。该材料是由异氰酸酯与伯羟基聚醚等经一定工艺合成而得的单组分灌浆材料[3-4]。性能指标见表1。

表1 水溶性聚氨酯灌浆材料技术指标

封孔材料—GMT高性能改性聚合物修补砂浆其介绍、性能特点、主要技术参数见表2。

表2 GMT高性能改性聚合物修补砂浆技术指标

3.2 导流兼泄洪冲沙洞冲蚀、磨蚀处理

导流兼泄洪冲沙有压洞身底拱混凝土衬砌段40°～60°范围有0.1～0.2 cm、宽约1 m的小沟，局部有露筋、断筋现象；工作闸井磨蚀严重，有20 cm坑槽，钢板底部工字钢露出；出口消力池有露筋、钢筋磨损严重，需针对三段不同的冲蚀、磨蚀破坏的不同程度，有不同处理方案。

3.2.1 磨损厚度δ≤3 cm区域

(1)修补材料。磨损厚度δ≤3 cm，采用专用环氧树脂基液处理剂和改性环氧抗冲磨修复材料修补，本项目拟使用的GMT新型快速修复抗冲磨砂浆专用界面处理剂双组分改性环氧界面剂和GMT新型快速修复抗冲磨砂浆的性能见表3和表4。

(2)修补施工工艺。磨损厚度δ≤3 cm区域GMT新型快速修复抗冲磨砂浆修补的工艺流程为：确定修补区域→待修补区混凝土基面清理及打磨→清洗并干燥→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护。

表3 双组分改性环氧界面剂主要性能参数

表4 GMT新型快速修复抗冲磨砂浆主要性能参数

3.2.2 磨损厚度3 cm<δ≤10 cm区域

(1)修补材料。底板磨损厚度3 cm<δ≤10 cm，根据设计要求，该修补厚度区域可采用强度不低于M40砂浆作为基地，考虑到洞内实际情况该修补区的基面为潮湿基面，按照潮湿基面进行修补处理，宜选用高性能改性聚合物砂浆和GMT新型快速修复抗冲磨砂浆两种修复材料复合使用，其中高性能改性聚合物砂浆修补厚度为1～8 cm，作为基层修补材料，其余2 cm用GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行修复，不足2 cm的，应凿深至2 cm，当修补面积大于0.5 m2时，布置Φ20同型插筋。

(2)修补施工工艺。混凝土表面磨损厚度3 cm<δ≤10 cm区域，高性能改性聚合物砂浆作为基层修补材料修补1～8 cm，GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行表面2 cm修复，工艺流程为：确定修补区域→待修补区混凝土基面清理及凿毛→清洗→涂刷高性能改性聚合物净浆→铺筑高性能改性聚合物净浆→养护，干燥→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护→混凝土接缝面涂刷双组分改性环氧界面剂。

3.2.3 磨损厚度10 cm<δ≤15 cm区域

选用与原设计同标号混凝土回填至表层2 cm，剩余深度2 cm用GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行修复，不足2 cm的，应凿深至2 cm，当修补面积大于0.5 m2时，布置Φ20同型插筋。

(1)修补材料。底层修复材料(8～13 cm)：洞身段，C40W10二级配混凝土;闸井段，C40F200W6二级配混凝土;消力池段，C40F200W6二级配混凝土。表面抗冲磨材料(2 cm)：双组分改性环氧界面剂；GMT新型快速修复抗冲磨砂浆，性能见表3与表4。

(2)修补施工工艺。混凝土表面磨损厚度10 cm<δ≤15 cm区域，根据设计要求，回填指定的二级配混凝土进行底面修补，表面2 cm采用抗冲磨材料GMT新型快速修复抗冲磨砂浆抹面，修补工艺流程为：确定修补区域→破损区混凝土基面清理及凿毛→清洗处理→钢筋处理，回填指定混凝土→洒水养护，干燥处理→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护→混凝土接缝面涂刷双组分改性环氧界面剂。

3.2.4 磨损厚度δ>15 cm区域

露出钢筋处理，根据情况，进行钢筋除锈、置换，铺设钢筋网，后选用与原设计同标号混凝土回填至表层2 cm，剩余深度2 cm用GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行修复，不足2 cm的，应凿深至2 cm，当修补面积大于0.5 m2时，补焊钢筋，加钢筋网。

(1)修补材料。底层修复材料(大于13 cm)：洞身段，C40W10二级配混凝土；闸井段，C40F200W6二级配混凝土；消力池段，C40F200W6二级配混凝土。表面抗冲磨材料(2 cm)：双组分改性环氧界面剂与GMT新型快速修复抗冲磨砂浆。

(2)修补施工工艺。混凝土表面磨损厚度10 cm<δ≤15 cm区域，根据设计要求，回填指定的二级配混凝土进行底面修补，表面2 cm采用抗冲磨材料GMT新型快速修复抗冲磨砂浆抹面，修补工艺流程为：确定修补区域→破损区混凝土基面清理及凿毛→清洗处理→钢筋处理，铺设钢筋网，回填指定混凝土→洒水养护，干燥处理→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护→混凝土接缝面涂刷双组分改性环氧界面剂。

4 结 语

对于多泥沙河流来说，水利枢纽工程的泄洪冲沙洞与消力池部位发生磨蚀现象较为普遍。针对此种情况，根据奴尔水库工程磨蚀深度，采用专用环氧树脂基液处理剂、GMT新型快速修复抗冲磨砂浆、改性环氧抗冲磨修复材料等不同方案进行修补。工程实践表明，设计方案满足规范及运行要求，可为类似工程设计提供参考借鉴。