春水水电站主要水工建筑物安全复核及评价分析

张陆勇

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司， 广东 广州 510000)

在中国近代发展的过程中，大大小小的水电站随着国民经济的发展，都在不断进行水利资源的开发，中国建有9万余座大坝[1]，部分大坝已经建成时间较为久远，大坝的坝体结构都有或多或少的运行损伤和老旧变化[1]。

大坝的本身的功能是拦蓄水体，蓄积能量，用于发电、灌溉或者防洪，包括改善航运的等级等，为国家创造了经济效益，但是大坝一旦出现危险，巨大的库容水量也会给下游的人类生命财产带来巨大的伤害，破坏生态环境。因此，大坝的运行安全评价是水电站运行过程中必不可少的过程。本文就针对春水水电站的主要水工建筑物，阐述如何进行安全检测，安全检测的内容，安全复核的项目及内容，对水电站的主要结构进行安全评价，给运营单位的维护保养予以建议[2-3]。

1 概 况

春水水电站工程位于绥江中游，地处广宁县排沙镇春水圩，电站距广宁县城26.0 km，距上游东乡水电站26.5 km，距下游白沙水电站25.0 km，至肇庆74.0 km，至广州114.0 km。春水水电站是一宗以发电为主兼有航运效益、美化环境的水利枢纽工程。工程正常蓄水位为21.400 m，设计洪水位24.168 m，校核洪水位25.207 m；春水电站总装机1.8万kW，正常蓄水位相应库容3255.48万m3。春水枢纽拦河坝闸坝、发电厂房、船闸等永久建筑物级别均按4级建筑物设计，洪水标准按50 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核。

2 安全检测

2.1 安全检测内容

根据项目的实际情况，综合确定检测内容如下：

(1)混凝土结构安全检测，主要包括：外观质量与缺陷检测、主要结构构件混凝土强度检测、混凝土碳化深度、钢筋保护层厚度与锈蚀程度检测。

(2)金属结构安全检测，主要包括钢闸门启闭机的巡视检查与外观检测、腐蚀检测、材料检测、无损检测及启闭机运行状况检测。

2.2 检测方法

用于本项目的检测方法见表1[4]。

2.3 检测结果

2.3.1 混凝土结构

(1)结构强度。 对上闸首、导流墙、拦河闸坝等结构进行了强度检测，检测结果为：上闸首左边墩、上闸首右边墩、导流墙、拦河闸坝左边墩、拦河闸坝3号墩、拦河闸坝5号墩、拦河闸坝7号墩、拦河闸坝A-3立柱、拦河闸坝A-7立柱、拦河闸坝B-1立柱、拦河闸坝B-5立柱、进水口左边墩、进水口右边墩和交通桥的混凝土强度推定值依次为29.9 MPa、29.3 MPa、28.2 MPa、29.4 MPa、29.7 MPa、29.5 MPa、28.9 MPa、26.2 MPa、27.7 MPa、26.9 MPa、26.8 MPa、25.5 MPa、29.1 MPa、29.5 MPa和31.1 MPa，各部分结构强度都大于25 MPa，满足规范要求。

表1 检测方法汇总

(2)钢筋保护层。 对上闸首左边墩、上闸首右边墩、拦河闸坝3号墩、拦河闸坝5号墩、拦河闸坝A-3立柱、拦河闸坝B-5立柱和进水口左边墩的混凝土碳化深度和钢筋保护层厚度检测结果表2。

碳化深度均小于其钢筋保护层厚度，表明钢筋目前仍处于混凝土的碱性保护之中。

(3)钢筋锈蚀度检测。 上闸首左边墩、上闸首右边墩；拦河闸坝左边墩、拦河闸坝3号墩；进水口左边墩、进水口右边墩测区的电位水平均在-200～-350 mV，根据技术标准判别，位于该电位水平的钢筋发生锈蚀的概率为50%[2]，可能存在坑蚀现象。

2.3.2 钢闸门

船闸共2扇闸门，闸门采用人字闸门，闸门整体结构完好，未见扭曲变形。闸门主梁、次梁、隔板、斜接柱、门轴柱、背拉杆及面板结构完整，未见变形，损伤。闸门主要受力焊缝外观完整，未发现裂纹、表面夹渣等缺陷。门体及各个主要构件涂层基本完整。闸门面板下部由于长期泡水有青苔以及淤泥覆盖，在有青苔覆盖的部分区域，涂层存在鼓泡、起皮现象，锈斑明显可见，局部可见蚀坑。闸门主梁腹板，主梁翼缘板均有明显可见的锈斑，且伴有起皮现象。

表2 混凝土结构碳化深度和钢筋保护层厚度检测结果 mm

闸门有止水橡胶，止水橡胶有磨损、老化现象。闸门右侧止水以及底部止水均有老化现象，导致有漏水现象。

2.3.3 启闭机及电气设备

启闭机安全检测主要是进行启闭机机械零部件检查和电气参数检测。

拦河闸坝共8台启闭机，进水口共1台启闭机，启闭机均采用的是集中驱动双吊点固定式卷扬启闭机，室内布置，检查各个启闭机的主要结构，显示8台启闭机整体结构完好，涂层基本完整。运行过程中，所有机械部件在运转中没有冲击声，开式齿轮未发现有表面点蚀、断齿、齿端崩角、胶合、齿面塑性变形等失效形式，啮合状态满足要求。制动器无打滑、无焦味和冒烟现象。卷扬机的钢丝绳无断丝、磨损、变形和锈蚀现象，绳鼓上钢丝绳圈数满足规范要求。

3 防洪能力复核

本工程电站装机容量1.80万kW，上游河床槽蓄水量为3255.48万m3，船闸设计最大船舶吨级为100 t。

根据规范要求，上游河床槽蓄水库容在1000万～10 000万m3之间，工程等别为Ⅲ等，属中型水库；电站装机容量小于5万kW，工程等别为Ⅳ等[3]，属于小型水电站；船闸设计最大船舶吨级为100 t，为Ⅳ级航道。工程等别应按其中最高等别确定，综合分析本工程等别为Ⅲ等。本电站采用闸坝拦蓄，经复核原设计所采用的防洪标准符合国家和行业标准。采集春水水电站的流量、水位和泄洪量的数据，泄流能力稍比原设计泄流能力稍大，说明原设计闸孔过流能力满足要求，防洪功能满足要求。

4 渗流安全复核

水闸渗流安全复核应包括：水闸基地渗流稳定、侧向渗流稳定复核。

4.1 基地渗流稳定复核

春水电站拦河闸坝分8孔，单孔净宽14.0 m，闸室底板顺水流方向长18.4 m，每条结构缝内设铜片止水，缝内填充沥青模板。

拦河闸坝闸室底板上游侧齿墙下设C20混凝土防渗墙，墙厚0.8 m，墙底深入微风化岩层1.0 m；闸室与消力池之间设有止水，消力池底板末端设有排水孔。

拦河闸消力池基础主要为粗砂，允许渗透坡降[J]=0.169～0.221[4]，现出口段渗流坡降J=0.158，小于允许渗透坡降，满足要求。

4.2 船闸基底渗流复核

春水水电站基础防渗结构为：船闸进口底板顶高程为16.0 m，底板下设混凝土防帷幕，帷幕底进入弱风化岩层1.0 m；船闸进口底板下防渗帷幕与拦河闸坝底板下帷幕相连，上闸首右侧与闸坝间的隔流墙下的桩基兼作地下防渗墙，与上闸首、闸坝前沿的桩基紧密连接；因此认为在拦河闸坝及船闸防渗帷幕不破坏情况下，船闸底板将不会发生渗透破坏。如果拦河闸坝基底防渗帷幕发生局部破坏，则船闸底板下最短防渗长度同拦河闸坝段，则船闸底板下最短防渗长度同拦河闸坝段，即L1=57.2 m。假定拦河闸坝基础帷幕有局部破坏，船闸坝基地防渗长度计算结果为37.0 m，而船闸最不利情况下的地下轮廓线的水平长度为57.2 m，满足渗透要求。

4.3 侧向渗流稳定复核

上闸首的底板底面高程8.8 m，放置在粗砂层上，在上闸首前端，设有钢筋混凝土挡土、防渗桩墙(D=2000 mm为钢筋混凝土桩，D=1200 mm 为素混凝土桩)，此防帷幕和闸坝的防帷幕相连接，并延伸至左岸刺入山体，长5.0 m，以防止绕坝渗流，成为一个整体。船闸上闸首、闸室、下闸首周围均设有同样的钢筋混凝土挡土、防渗桩墙，形成整个闭合挡水体系。厂房布置在右岸，厂房靠岸侧为开挖回填，采用黏土防渗，防止右坝肩绕坝渗流。

5 结构安全复核

水闸结构安全复核包括结构应力复核以及消能防冲复核。

5.1 拦河闸坝

拦河闸坝共设闸孔8个，单孔净宽14.0 m，闸坝总长131.6 m，闸顶高程27.1 m，安装8扇工作平面钢闸门。闸坝垂直水流方向每两孔底板为一整体，闸墩中间分缝。每个坝段布置13条1.0 m 钻孔灌注桩，桩基进入中风化基岩。闸坝防渗采用混凝土铺盖加垂直防渗墙的措施解决，消能型式采用底流消能。堰顶高程为14.0 m时，8孔泄水闸，泄水总净宽112.0 m，上游设计洪水、校核洪水位分别为23.833 m、24.903 m，较原设计水位低，原初步设计水位计算成果合理，泄流能力满足要求。

5.2 船闸上闸首结构安全复核

春水水电站船闸位于拦河闸坝的左侧，船闸上、下闸首反对称布置，采用整体式钢筋混凝土结构，上闸首属拦河闸坝挡水前沿的一部分；闸门净宽8.5 m。上闸首的左、右边墩，墩宽均为6.5 m，顶高程27.1 m。左右墩内设有充水管，墩间设有提升式钢平面工作闸门一扇，门坎高程16.0 m，门前设有检修门槽一道。挡水前沿总宽21.5 m，闸墩长25.0 m，上闸首底板底高程8.8 m，底板处粗砂层。门坎以下为消能室，底高程8.8 m，空间尺寸为13.3 m×8.5 m×2.6 m，室顶设置格栅消能。为便于安装、操作输水管钢平面阀门，在墩内输水管阀门上方布置2.4 m×2.4 m竖井，此竖井下内设有输水管的工作闸门和检修门槽。

上闸首稳定计算结果显示：船闸上闸首正常挡水工况、检修工况抗滑稳定、抗浮稳定、抗倾稳定均满足要求，地基未出现拉应力，且应力值小于地基承载力250 kPa，船闸上闸首边墩高度满足防洪要求，上闸首抗滑、抗倾、抗浮稳定满足规范要求，地基应力小于地基承载力，符合规范要求。

5.3 电站厂房结构

春水水电站的厂房为河床式厂房，布置在右岸，主厂房基础置于弱一微风化石英砂岩上，厂内安装2台灯泡式贯流式水轮发电机组，单机容量9000 kW。水轮机置于转轮室段，发电机置于管形壳段，流道进口布置倾斜拦污栅一道，倾角为70°，孔口尺寸为 10.34 m×26.36 m。上游设检修闸门，静水启闭，闸口尺寸为10.34 m×12.00 m。下游设尾水事故闸门，孔口尺寸为9.36 m×9.36 m。

厂房顺水流方向底板长62.37 m，垂直随流方向宽32.86 m。

电站厂房稳定计算结果显示：电站厂房正常运行工况、检修期工况和非常运行工况下抗滑稳定、抗浮稳定均满足要求；基底未出现拉应力，且应力值小于地基承载力9000 kPa，满足规范要求。

经工程复核计算，电站厂房抗滑稳定、抗浮稳定满足规范要求；厂房基底未出现拉应力，且应力值小于地基承载力，符合规范要求。

6 其他结构复核

6.1 抗震安全复核

春水水电站工程区地震基本烈度<Ⅵ度，因此不进行抗震复核。

6.2 金属结构

春水水电站的溢洪道、船闸进水口的闸门及启闭设备等基本满足规范要求，启闭设备的安全保护装置与防护措施基本完好。经复核计算，闸门结构的强度、刚度、稳定性满足规范要求，拦污栅间距满足规范要求，启闭机的启闭力、扬程、速度、跨度等基本满足要求。闸门局部存在锈蚀现象，配电系统基本正常，局部设备需要加强维护，闸门及启闭设备均未超过折旧年限，整体可以正常运行，故春水水电站的溢洪道、船闸上首、电站进水口金属结构基本安全，评为B级。

7 结 论

(1)春水电站安全监测设施总体满足大坝安全运行要求，但无专业、系统的安全监测系统，应该招聘专业技术人员定期进行安全监测，并按照规范要求整理监测数据。

(2)春水电站闸门锈蚀较严重，尽快对闸门进行保养。

(3)春水电站拦河闸坝、船闸上闸首、电站进水口主体结构总体安全，闸门位置局部混凝土结构出现骨料及钢筋裸漏现象，尽快请专业团队进行安全维护。

(4)管理单位严格按照已审批的调度规则进行运行调度，确保工程安全运行，同时加强日常运行调度记录资料整编工作。