隔河岩大坝下游护坡修复加固

吴道仓，田 阳

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

清江隔河岩水利枢纽工程是清江中下游梯级开发的三个梯级中间一级，工程于1987年开始施工，1993年开始下闸蓄水，大坝、厂房工程于1996年全部建成并挡水、发电。

隔河岩水利枢纽自1993年开始运用至今，期间经受了多次洪水的考验，特别是1998年和2016年清江流域两次较大的洪水，大坝均长时间开闸泄洪，泄洪流量大。2016年汛后，运行单位先后多次组织对隔河岩大坝下游护岸、消力池护坦等部位进行检查，发现大坝下游左右岸混凝土护坡和河床二级消力池混凝土护坦、左右岸混凝土护坡结构缝和左岸下游护坡坡脚护坦板均存在一定程度的水毁破坏。本文主要阐述根据大坝下游护坡和护坦水毁破损的实际情况，针对不同破损类型，采用不同材料，采取相应的工程治理措施。

1 缺陷情况

根据现场检查和测量资料，水毁破损主要可分为以下三种类型。

1.1 护坡和护坦局部水毁冲坑和破损

由于混凝土老化，隔河岩大坝下游混凝土护坡在泄洪时，受高速水流的冲击，部分位置出现局部水毁冲坑，混凝土剥落，具体型式多种多样。

1)右岸护坡靠一级消力池上游侧局部冲坑，破坏形状为直角三角形，现场测量直角三角形边长分别为3.3 m和3.1 m，破损区平均冲蚀深度约15 cm；

2)右岸护坡下游侧靠近电站厂房位置附近两处水毁破损；

3)河床二级消力池下游护坦局部水毁冲坑；

4)右岸护坡局部面积较大的3处破损；

5)其他面积较小、深度较浅或护坡表面混凝土剥落的缺陷。

1.2 护坡结构缝张开

由于长期受到水流的淘刷和冲蚀、原缝面填充物脱落及护坡混凝土板不均匀沉降等原因，原大坝下游左、右两岸混凝土护坡分缝多处被水流冲蚀破坏，出现结构分缝张开较大，护坡混凝土沿原结构分缝位置冲蚀破损等情况，部分破坏处可见钢筋和粗骨料裸露，结构缝附近区域局部冲蚀破损，混凝土表面剥落。经现场检查、统计，右岸台阶下游侧一共有32条纵向(垂直于河道方向)伸缩缝张开，伸缩缝缝面存在混凝土剥落，其中伸缩缝张开最深为120 cm，张开最宽处约10 cm。有3条横向伸缩缝(平行于河道水流方向)张开，最深为90 cm，部分伸缩缝已见钢筋。

1.3 左岸护坡坡脚护坦冲毁

大坝下游左岸靠近升船机位置，因原护坡坡脚混凝土护坦板抗浮稳定不足，被泄洪水流冲毁，形成局部大冲坑，面积约583 m2，在靠河床侧堆积大量的石块和破碎的混凝土块。

2 修复方案

2.1 护坡和护坦局部水毁冲坑修复方案

根据护坡混凝土水毁破损缺陷的实际情况，对于破损面积较大且较深的冲坑，在破损缺陷区内设置锚杆和面层钢筋网，采用C20二级配混凝土浇筑修复，如图1所示。

图1 冲坑修复剖面示意

针对冲坑破损深度较深，面积小的区域，采用C20二级配混凝土浇筑修复处理，如图2所示。

图2 破损缺陷区C20二级配混凝土浇筑修复示意

针对现场检查发现的冲坑破损深度浅、面积大或混凝土局部区域表面剥落的情况，采用M30预缩砂浆修复，如图3所示。

图3 破损缺陷区M30预缩砂浆修复示意

2.2 混凝土护坡分缝张开修复方案

由现场检查的水毁现状情况可知，隔河岩大坝下游左右岸混凝土护坡均存在较多结构缝张开，并伴随结构缝附近混凝土局部冲蚀破损的情况。结合现场实际情况，对于护岸结构缝张开宽度超过3 cm的结构缝，先采用厚10 mm的高密度聚乙烯闭孔泡沫板隔缝，然后用M30预缩砂浆进行灌缝修复，预缩砂浆是将普通砂浆拌制好后，归堆存放0.5～1.0 h再使用的干硬性水泥砂浆，一般用来修补浅表型或其他缺陷。与原有混凝土有较好的粘合力，也具有很高的强度，能够满足常规混凝土的缺陷修补，技术上成熟可靠，同时与环氧砂浆相比，其成本低。因此在无特殊要求和高强度修补要求的情况下，优先使用预缩砂浆修补工艺是必要且可行的选择[1-2]；对于护坡结构缝张开宽度1～3 cm的的结构缝，采用高弹性环氧嵌缝材料直接灌缝修复，高弹性环氧嵌缝修复材料是一种改性环氧树脂胶泥材料，其具有弹性高、抗流挂性优异、耐久性好等特点，适用于混凝土结构缝、混凝土衬砌缝及裂缝进行嵌缝及封闭修复[3]；对于护坡结构缝张开宽度小于1 cm的结构缝，可不进行处理。

2.3 左岸护坡坡脚护坦修复方案

1)护坦修复方案。大坝下游左岸护坡坡脚混凝土护坦板水流冲毁段浇筑混凝土板恢复。混凝土护坦板主要起保护原混凝土护坡、防止混凝土护坡坡脚被水流冲蚀掏空的作用，修复设计方案将原水毁段高程80.0 m，宽11 m的混凝土护坦板用厚度为1.5～2 m的C20三级配混凝土修复，并与上、下游未破损混凝土护坦板平顺衔接。原高程79.3 m，宽9.0 m的混凝土护坦板尾部逐步收敛、过渡至新修段宽11 m护坦板，为使河床水流过渡平顺，防止紊流对混凝土护坦板的淘刷，过渡段用两段圆弧衔接，新浇护坦板靠河侧采用大块石回填保护，见图4。混凝土护坦板修复段每隔10 m采用10 mm厚高密度聚乙烯闭孔泡沫板隔缝，平均需修复段的长度约53 m。为防止护坦板因上、下面压力差而导致护坦板可能被抬起的破坏，在护坦板上设置直径50 mm间排距3 m×3 m的PVC-U型排水管。

图4 左岸护坡坡脚护坦结构

护坦抗浮稳定计算。影响消力池底板稳定性的因素较多，如施工质量、非正常运行工况、止水破坏、淘刷、空化、震动等。在这些因素中，因为板块间止水破坏，动水压强在缝隙中传播，在脉动压力不断反复产生的上举力作用下，底板与基岩的锚固钢筋遭受疲劳破坏，致使消力池失稳[4]。因原护坦板抗浮稳定不足，在泄洪水流冲刷下失稳，按新设计护坦板结构型式，根据《溢洪道设计规范》[5]计算在设计泄洪流量工况下的护坦抗浮稳定作用效应函数(竖直向上所有合力)和结构抗力函数(竖直向下所有合力)。

作用效应函数：

S(·)=γQ2Q2+γQ3Q3

抗力函数：

R(·)=γG1G1+γQ1Q1(未采取锚固措施)

式中：G1为护坦自重标准值，kN；γG1为护坦自重分项系数，取0.95；Q1为护坦顶面时均压力标准值，kN；γQ1为护坦顶面时均压力分项系数，取0.95。

经计算，护坦底板的抗力效应93 046.8 kN大于作用效应80 799.7 kN，即垂直向下的合力大于垂直向上的合力，满足规范要求。

3 修复施工

3.1 局部水毁冲坑和破损修复工艺

采用锚杆和面层钢筋网的修复方案主要工艺流程如下：确定修复范围→待修复区表面清理→缺陷破损素描及确认→待修复区混凝土凿除、凿毛及验收→钻孔埋设锚杆,布置钢筋网→C20二级配混凝土浇筑→现场验收。

3.2 混凝土护坡结构缝修复主要施工流程

1)确定修复范围。以混凝土护坡原有结构缝为参考，将需要修复的结构缝依次编号，并逐个检查结构缝破损的情况，从而确定修复的范围。

2)待修复区结构缝缺陷表面的处理。用手钎或其他工具将结构缝张开处及周边附近混凝土疏松部分凿除。去掉原老混凝土表面乳皮，污染物，松散颗粒，处理后直至露出新鲜、密实的骨料。用压缩空气将表面砂粒、灰尘吹去，再用水冲洗结构缝面，使基面干净无灰尘。

3)待修复区结构缝张开宽度测量。用塞尺或裂缝宽度对比卡测量清洁、平整部位结构缝张开的宽度，确定待修复的结构缝张开的宽度。若现场测量结构缝张开宽度大于或等于3 cm，在结构缝中放置一块厚度10 mm的高密度聚乙烯闭孔泡沐板，然后沿高密度聚乙烯闭孔泡沫板两侧用M30预缩砂浆灌缝，直至填满缝内，再刮平缝面，表面抹光抹平;若现场测量结构缝张开宽度小于3 cm，大于1 cm时，用配制好的高弹性环氧嵌缝材料用刮刀来回批刮结构缝混凝土基面。应采取措施排除待修补区基面水分，尽量保持修补基面干燥，从而利于材料与混凝土基面的结合，然后再填满缝内并刮平缝面，表面抹光抹平。

3.3 左岸护坡坡脚护坦修复工艺

在施工前，沿河道设置围堰，联系调度，降低高坝洲水库水位，创造干地施工条件；在新混凝土护坦板浇筑前，对开挖的河床建基面进行碾压密实并整平。混凝土浇筑前，基岩面先铺一层厚度2～3 cm左右的水泥砂浆，后浇筑混凝土。

4 结 语

本文针对隔河岩大坝下游护坡和护坦局部水毁冲坑、结构缝张开等缺陷，分别采用了锚杆加面层钢筋网混凝土、M30预缩砂浆、高弹性环氧嵌缝材料直接灌缝等多种技术措施进行修复，科学合理、经济高效地完成了水毁修复工作，对新修复的左岸下游护坡坡脚护坦进行了结构设计和抗浮稳定计算。修复工程完工后，历经2017年和2020年两次泄洪考验，最大泄洪量达5 050 m3/s，经汛后检查，上述修复工程均完好无损，表明修复措施是合理可行的，可为今后类似工程提供借鉴。