呂 琦，高月仙，王 靜，張 博

（中國水電顧問集團西北勘測設計研究院，西安710065）

1 工程簡介

黃河蘇只水電站位于青海省循化縣與化隆縣交界處，工程以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位1900m，電站裝機容量225MW。工程規(guī)模為Ⅲ等中型工程，工程樞紐布置格局從左岸到右岸依次為左岸混凝土防滲墻、電站廠房壩段、泄洪閘壩段（包括右導墻）、右岸堆石壩壩段及右岸混凝土防滲墻。泄水建筑物為3 孔泄洪閘，從上游至下游由攔沙坎、閘室段、消力池段、尾渠段、鋼筋籠海漫段組成［1］。

水電站于2003年9月開工，2006年12月30日投產發(fā)電。

2 原消力池設計

泄洪閘消能方式為底流消能，消力池為泄洪閘3孔共用，總池長74m，池寬59.5m，池深8.5m，池底高程1869.50m，坎高1.5m，坎頂高程1874.5m。消力池采用矩形斷面，底板厚2.5m。在底板基礎設置錨桿以保證消力池抗浮穩(wěn)定，錨桿采用準25 砂漿錨桿，長4.3m，間排距1.5m×1.5m，深入基巖3.5m。底板設置縱橫向結構縫，縫面設鍵槽、橡膠止水帶和止水條。消力池底板結構縫下設置縱橫向無砂混凝土排水管排水系統(tǒng)，并在消力池兩側邊墻底部及上下游齒坎內設排水廊道。底板表面采用厚1m 的高標號C30W6F100 抗沖耐磨混凝土。尾坎設固結灌漿，灌漿孔間排距3m，入巖5m。

消力池左導墻墻頂高程1887.50m，墻頂寬度1.0m，墻背坡度1∶0.6，至樁號壩下0+172.00；右導墻墻頂高程1885.00m，墻頂寬度1.0m，下游至樁號壩下0+177.00。

3 消力池現(xiàn)狀及成因分析

3.1 消力池現(xiàn)狀

蘇只水電站已運行7年，電站運行整體平穩(wěn)、正常。然而，電站經過多年運行，水流沖刷可能對泄洪建筑物產生沖蝕、磨損和沖刷等破壞。為摸清情況，于2013年8月15日至2013年8月18日，對消力池等部位逐一進行了水下檢查施工。檢查發(fā)現(xiàn)泄洪閘消力池部位存在混凝土不同程度破損情況。底板沖刷破壞面積2332m2，其中沖刷破壞較深范圍130m2，破損處平均深度0.2～0.6m 不等。破損較深區(qū)域可見混凝土內部鋼筋網，鋼筋網周圍混凝土被淘空，消力池底板準22 主筋、副筋及施工綁扎處清晰可見，部分鋼筋被水流沖斷后向下游方向彎折。

3.2 成因分析

（1）泄洪閘下泄的水流攜帶大量泥沙，尤其發(fā)電初期壩前庫內過多施工碴高速磨蝕消力池底板是產生沖蝕破壞主要原因。當沖蝕發(fā)生時，局部較薄弱的混凝土首先發(fā)生破壞產生麻面，逐漸發(fā)展為沖坑，當水流沖刷時間較長后，底板混凝土以沖坑為主要突破口發(fā)生成片破壞。由缺陷范圍來看，水流對消力池底板混凝土的沖刷效應比較明顯。

（2）通過泄洪閘閘門泄水情況分析表明，閘門局部開啟高度大多數(shù)在0.5～2m 之間，閘門小開度運行對閘門振動和消力池底板沖刷不利。

4 圍堰設計

4.1 圍堰高程確定

圍堰頂高程取10年一遇洪水標準11月～次年6月份的水位+安全超高控制。按設計流量1680m3/s對應下游控制水位最高水位1882.2m，安全超高0.3m，堰頂高程確定1882.5m；考慮到圍堰安全超高值偏低，現(xiàn)場預準備裝土草袋，應急時堆放至圍堰頂部左半范圍1882.5m高程以上。右半側因與右導墻頂1885.0m高程銜接，安全超高滿足設計洪水流量要求。

4.2 圍堰形式

圍堰形式的選擇可采用均質粘土圍堰、草土圍堰、防滲粘土心墻和土工膜心墻圍堰。

草土圍堰是利用當?shù)夭牧希湶莼虻静莺腿劳粒?］。考慮到蘇只水電站附近目前草料收集困難，草土填筑時浪費較大，且草土圍堰工序復雜，后期圍堰拆除對下游生態(tài)環(huán)境影響較大等因素，不予采用。

由于圍堰長度較大（60m），又是水下施工，因此，防滲粘土心墻和土工膜心墻施工困難，方案不予考慮。

蘇只樞紐區(qū)域左岸料層較豐富的為階地粉砂質粘土，施工期試驗結果表明，其平均天然容重1.78g/cm3，平均天然含水量4.6%，平均最優(yōu)含水量16.7%，平均粘粒含量39.4%，平均塑性指數(shù)14.7，平均滲透系數(shù)4.93×10-8cm/s，各項指標基本符合作為防滲土料料源，也可作為均質土壩料源。為此圍堰形式采用均質粘土圍堰。

4.3 圍堰布置

根據(jù)工程建筑物消力池、尾坎、左右導墻的布置和下游排水、防滲的設計，結合本次修復工程的檢查范圍、截流、交通等因素，圍堰布置方案如下。

泄洪建筑物檢查范圍到消力池尾坎 （樁號壩下0+122.50不含護坦段），綜合考慮圍堰布置在消力池尾坎—導墻內護坦段上比較合適。圍堰中心線樁號壩下0+141.25，頂高程1882.50m，底高程1873.0m，堰高12.0～9.5m，堰長同消力池寬59.5m，左、右端與導墻銜接。圍堰斷面形式，堰頂寬4.5m，堰體通過設計最高水位工況下的穩(wěn)定計算，確定上游坡按1∶2.0、下游坡按1∶2.2進行填筑。坡腳采用裝土草袋進行防沖防護。

鍵盤和LED數(shù)碼管是單片機系統(tǒng)中最常用的人機交互設備。如果外圍的按鍵較多、顯示位數(shù)比較大，不但要花費設計人員更多的時間，程序也變得非常龐大和復雜，采用效率不高的單片機會出現(xiàn)整個系統(tǒng)癱瘓、輸入不靈敏或者顯示拖影等現(xiàn)象，增加了單片機的負擔。所以，設計出專用的鍵盤/LED的驅動電路，讓專用的芯片去處理這些繁瑣的工作，把單片機解放出來，集中精力做主要的事情。

4.4 圍堰穩(wěn)定計算

根據(jù)圍堰采用的土料場土料參數(shù)［4］，圍堰穩(wěn)定計算采用河海大學研制的AUTOBANK程序和SLOP程序，計算中采取總應力法，穩(wěn)定分析方法采用簡化畢肖普法和瑞典圓弧法，根據(jù)DL/T 5087—1999《水利水電工程圍堰設計導則》，圍堰穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05。

計算中采用兩種工況分別進行計算。

工況1：正常運行期，上游水位達到設計水位1882.2m，下游無水（護坦頂高程1873.0m）的情況。

工況2：水位驟降期，下游水位由3 臺機發(fā)電尾水位1881.9m 驟降到1873.0m（歷時36h），上游水位1881.9m 的情況。圍堰穩(wěn)定計算結果如表1。

表1 圍堰穩(wěn)定計算結果

以上兩種工況穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足DL/T5087—1999《水電水利工程圍堰設計導則》規(guī)范要求≥1.05。本工程工期時短，只有3 個月，故計算中未考慮地震對圍堰穩(wěn)定的影響?？紤]到圍堰上游坡腳防沖要求，在上游坡腳處堆壓裝土草袋。

5 消力池修復處理措施

5.1 混凝土表面破壞處理

消力池表面破壞處理材料采用抗沖耐磨涂料、環(huán)氧砂漿和強度等級C35F100W8 的抗沖耐磨混凝土；混凝土級配采用小一級配、一級配或二級配。

針對不同的破壞深度，采取措施如下：

（1）破壞深度小于5mm，鑿除深度不小于5mm，鑿毛后表面涂一層環(huán)氧基液，采用環(huán)氧砂漿進行修補處理［3］。

（2）破壞深度5～50mm，采用環(huán)氧砂漿進行修復，且深不足20mm 的修復區(qū)鑿除不小于20mm。

（3）破壞深度50～150mm，采用小一級配混凝土（即骨料最大粒徑為10mm）或一級配混凝土進行修復。若修補面積大于0.4m2，且深度大于100mm，需要布置 準8 錨固長度12cm 的插筋（植筋膠植筋），插筋布置按照每0.4m2一根的原則布置。

（4）破壞深度大于150mm，采用二級配混凝土材料進行修復。原鋼筋出露，應采用除銹劑除銹。對變形嚴重的鋼筋，應割除并采用準22@20×20的鋼筋網焊接修補，焊接長度不小于10d。對變形不嚴重的鋼筋在原鋼筋網上補加準8鋼筋網，間距10cm（保護層厚度10cm），修補區(qū)邊緣先切割輪廓線，構成凸多邊形，其相鄰兩線的夾角應小于90°。若修補面積大于0.4m2，需要布置準22錨固長40cm的插筋 （植筋膠植筋），插筋布置按照每0.4m2一根，并與上層鋼筋網連接的原則布置。

（5）修補區(qū)邊緣不得形成深度小于30mm 的邊口。平面薄層修補區(qū)邊緣應鑿成齒槽狀，立面修補的槽、孔鑿成楔形狀。

（6）修補區(qū)有鋼筋出露并銹蝕時，修補前應進行除銹處理。如鋼筋面積明顯減小或被沖斷，應補焊受力筋并加設必要的連接筋，對沖壞的預埋件，應予修復。

（7）對于建筑物不平整處的處理采用鑿除及風動砂輪打磨，與周邊混凝土保持平順。

5.2 永久縫的處理

5.2.1 止水修復

消力池永久縫止水修復包括原橡膠止水帶的修復和止水帶上下縫面的封閉。消力池原橡膠止水帶安裝高度為底板頂面以下20cm 處，對于混凝土破壞深度大于20cm 的永久縫部位，需對破壞的橡膠止水帶進行修復，修復基本方法采用硫化熱粘結法。為了確保止水效果良好，在永久縫上部及破壞面縫底部采用聚氨酯密封膠封填。對于破壞深度小于20cm 的永久縫部位，只需在永久縫上部進行聚氨酯密封膠封填。聚氨酯密封膠具有彈性止水和遇水止水的雙重功能。主要性能指標不低于：邵氏硬度>50，拉伸強度>2.0MPa，拉斷伸長度>300%，靜水膨脹率>200%。

5.2.2 縫面處理

為防止頂部縫內聚氨酯被水流沖掉，在永久縫縫面增加一道柔性抗沖磨止水。經查閱相關資料，最終確定采用SK 手刮聚脲［2］。SK 手刮聚脲由含多異氰酸酯-NCO 的高分子預聚體與經封端的多元胺（包括氨基聚醚）混合，并加入其他功能性助劑所組成。分為“抗沖磨型”和“防滲型”兩種，本工程采用“抗沖磨型”SK 手刮聚脲，其主要性能指標如表2。

表2 SK 手刮聚脲主要技術指標

6 結語

（1）消力池修復處理措施是在綜合考慮施工條件、施工能力、施工工期等因素后提出的，基本滿足工程需要。對于修復效果，還有待經汛期泄洪的考驗。

（2）文中混凝土沖蝕處理方法和永久縫的處理思路、止水材料的選用，可供同類工程借鑒。

［1］中國水電顧問集團西北勘測設計研究院.蘇只水電站泄洪閘消力池混凝土沖蝕破壞處理工程設計報告［R］.2013.

［2］鄧仁貴.SK 手刮聚脲在官山渡槽伸縮縫修補中的應用［J］.中國農村水利水電，2010（8）.

［3］盧騰，龔建華.環(huán)氧砂漿在酉酬水電站消力池混凝土缺陷修復處理中的應用［J］.四川水力發(fā)電，2012，31（2）.

［4］羅國純.顯崗水庫加固工程圍堰的設計與施工［J］.廣西水利發(fā)電，2009（3）.

［5］牛福鈺，丁小平.草土圍堰的應用與改進［J］.人民黃河，2006，12（28）.