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        高含沙高速過流堰面抗沖磨混凝土裂縫處理實踐

        2016-08-17 02:05:07王嵩松黃燁中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司陜西西安710075
        陜西水利 2016年4期
        關(guān)鍵詞:抗沖溢流環(huán)氧

        王嵩松 黃燁(中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司陜西西安710075)

        高含沙高速過流堰面抗沖磨混凝土裂縫處理實踐

        王嵩松黃燁
        (中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司陜西西安710075)

        本文從現(xiàn)場施工條件、過程控制等方面做了介紹,重點對裂縫成因、裂縫化學灌漿的程序及工藝進行了闡述。通過閘壩度汛泄洪后檢查,對處理效果進行實例驗證,結(jié)果滿足設(shè)計要求;對類似工程的抗沖磨混凝土裂縫處理,具有良好的借鑒和指導作用。

        抗沖磨混凝土;高速過流面;裂縫化灌

        1 前言

        尼泊爾上崔樹里3A水電站為徑流引水式電站,是崔樹里河四個梯級電站之一,工程區(qū)距離尼泊爾首都加德滿都北部約100km,電站壩址處多年平均流量為192.67m3/s,設(shè)計引用發(fā)電流量51m3/s,河道坡降大于30‰,泄洪建筑物年運用達5000h以上,將會長時間受大量推移質(zhì)泥沙的磨損。

        擋水閘壩一期工程在溢流堰抗沖磨混凝土施工完成后,堰面出現(xiàn)了裂縫。因溢流堰處于高速過流區(qū),長期位于水下,后期檢查和修復困難。如處置不當將在后期對電站正常運行造成影響,并將加大維護和修復成本。因此,針對工程特點和運行條件,檢查分析成因,尤其是要選用合適的工藝和材料,一次性解決高速過流區(qū)混凝土裂縫處理,并保證經(jīng)濟、可靠的效果是解決問題的關(guān)鍵。

        2 基本資料

        2.1工程概況

        該電站工程裝機容量60MW,為三等中型工程,主要任務(wù)是發(fā)電,年發(fā)電運行時間超過8000h。主要建筑物為3級,包括壅水建筑物、泄洪建筑物、引水系統(tǒng)建筑物、發(fā)電廠房及開關(guān)站等。其攔河閘壩的主要作用是壅高進水口水位,從而保證進水口的設(shè)計引用流量,并在洪水期能夠正常宣泄河道洪水。主體結(jié)構(gòu)包括4孔開敞式有閘溢流堰、自由溢流堰以及魚道。有閘溢流堰體采用WES標準實用堰型,控制段長32.5m,堰頂高程EL861.5m,單孔凈寬11.6m。堰體表層以及閘墩下部2m高范圍均設(shè)有50cm厚的C40硅粉抗沖耐磨混凝土。

        2.2水文、氣象及地質(zhì)情況

        崔樹里河發(fā)源于中國西藏,電站以上流域位于喜馬拉雅山脈的高山區(qū)域,河谷狹窄,主要水源是喜馬拉雅山脈的雪山和冰川融水。工程區(qū)在炎熱的夏季最高溫度為36℃~41℃,在冬季最低氣溫可達1.5℃~7℃。

        工程百年一遇和千年一遇重現(xiàn)期的洪峰流量分別是1606m3/s和2424m3/s。每年6月~9月為雨季,月徑流占年徑流的75.8%。河流泥沙由洪水帶來,河床質(zhì)主要由砂礫卵石夾漂石組成,近年檢測資料表明最大含沙量6835g/m3,且含有大量的推移質(zhì)。

        攔河閘壩除左側(cè)壩肩位于基巖外,整個壩基和右岸取水結(jié)構(gòu)均位于河流的深厚覆蓋層上,原巖巖性為片麻巖、石英巖和片巖。地基承載力標準值大于400kPa,能滿足樞紐建筑物的建基面要求。

        3 施工過程控制及裂縫檢查情況

        3.1C40抗沖磨混凝土配制

        砂石骨料料源為工程區(qū)域河灘料場砂卵石,在篩分廠加工后直接用于拌制混凝土。骨料無潛在堿-硅酸鹽反應(yīng)危害物質(zhì),氯化物含量、壓碎指標、云母和針片狀含量等各項檢測指標結(jié)果符合規(guī)范要求,級配良好。膠凝材料采用印度生產(chǎn)的43級水泥和適量硅粉,為降低水化熱并保證混凝土施工質(zhì)量,配合比中還摻用了10%粉煤灰及0.6%的高效緩凝減水劑。混凝土設(shè)計齡期為28d,抗壓強度保證率P=95%,和易性良好,拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制良好。

        3.2澆筑施工控制

        大壩施工采取分兩期導流方案,設(shè)有2孔閘的4#壩段屬一期工程(編號分別為1#、2#孔),混凝土澆筑施工采取“先深后淺、先高后低”的原則,從齒槽開始按2m高度逐層升倉澆筑。

        溢流堰混凝土采取分期澆筑方案,在完成一期C20臺階基礎(chǔ)混凝土后,分3段完成溢流面表層50cm厚C40硅粉抗沖磨混凝土澆筑,其中1#孔采用拉模法澆筑,2#孔采用拼裝小鋼模逐層翻模的方法施工。C40混凝土澆筑均安排在夜間進行,施工期溫控滿足設(shè)計要求,澆筑完成后采用土工布及時覆蓋并采取長流水養(yǎng)護,于雨季前完成該部位施工,當年汛期該閘壩未過水。

        3.3混凝土裂縫檢查

        雨季后在兩孔堰面均發(fā)現(xiàn)了多條裂縫,主要分布在弧門底坎下游部位的斜線段,裂縫基本呈直線狀,縫寬沿全長沒有大的變化,1#孔的裂縫條數(shù)略多于2#孔。經(jīng)檢查順水方向裂縫寬度大部分為0.1mm,最大為0.5mm,深度小于10cm;橫河方向裂縫寬度為0.5mm~2.0mm,深度較順水向裂縫深、長度橫貫堰面。裂縫分布見圖3-1。

        4 裂縫成因分析

        通過對裂縫分布、位置素描以及切割、鉆孔檢查,結(jié)合施工過程控制情況分析認為:

        (1)在臺階式基礎(chǔ)上澆筑C40抗沖耐磨堰面混凝土時,該流態(tài)的混凝土盡管經(jīng)過振搗,但仍存在重力作用下產(chǎn)生沉降,混凝土本身收縮等因素。

        (2)施工時部分模板架立筋割除不徹底,是導致順水方向裂縫產(chǎn)生的主要原因。

        (3)順水流方向的裂縫產(chǎn)生跟施澆筑方向控制也有一定的關(guān)系。

        (4)橫河方向裂縫的產(chǎn)生同時受到一期基礎(chǔ)臺階棱角鈍化處理及工藝控制因素的影響。

        經(jīng)判斷已發(fā)現(xiàn)裂縫總體以表層裂縫為主,為保證該關(guān)鍵部位的施工質(zhì)量和可靠性,對所有裂縫均采用化學灌漿的方式進行處理。

        圖3-1 4#壩段堰面裂縫分布平面示意圖

        表5-1 HK-G-2環(huán)氧灌漿材料主要性能表

        5 堰面裂縫化灌處理

        5.1化學灌漿材料

        選用中國杭州國電大壩安全工程有限公司生產(chǎn)的HK-G-2低粘度環(huán)氧灌漿材料,主要性能指標見下表5-1。

        5.2施工程序及方法

        5.2.1主要程序

        裂縫普查→刻槽→造孔→埋設(shè)灌漿管→沖洗清理基槽并封閉→通風檢查→化學灌漿→混凝土表面處理→質(zhì)量檢查。

        5.2.2灌漿管的埋設(shè)

        (1)刻槽

        采用切割機、沖擊鉆輔助,沿裂縫(以裂縫為中心)刻寬4cm、深5cm的“U”形槽;刻槽要平順不應(yīng)出現(xiàn)銳角,并盡量避免對周邊混凝土面的破壞。

        (2)布孔、造孔

        采用電鉆騎縫造孔,孔徑ф25mm,孔距20cm~30cm,孔深5cm~10cm。

        (3)灌漿管的固定

        用高壓風、水反復清理“U”形槽及孔道,然后插入ф20mm塑料管,用環(huán)氧膠泥固定,并逐條編號記錄。

        (4)“U”形槽封閉

        用高壓風、水再次清理“U”形槽,待槽內(nèi)干燥后采用環(huán)氧砂漿將槽逐層回填,確保縫面、管口均密封嚴實。

        5.2.3化學灌漿

        (1)灌漿前先采用壓縮空氣進行暢通性、密封性以及管路牢固性、可靠性的檢查,吹出縫內(nèi)殘留物并確??p面連通和干燥。

        (2)化灌時采用手動灌漿泵進行,灌漿壓力為0.2MPa。豎向縫采取“自下而上、逐孔灌漿”的方式,灌漿時由下至上逐點進行灌注,先從最低處1#灌漿孔進漿,待2#孔冒漿顏色正常后將1#孔關(guān)閉,然后將進漿管移至2#孔,并據(jù)此依次上移灌注;在最后一個灌漿孔穩(wěn)壓灌注至吸漿率為零,續(xù)灌10min后結(jié)束灌漿。對橫河方向裂縫在遵循“自下而上”灌漿原則的基礎(chǔ)上,方向上從左側(cè)向右側(cè)逐孔推進灌漿。對于不串漿的孔,單孔灌注至注入率為零,持壓續(xù)灌10min后轉(zhuǎn)至另一個孔灌注。

        (3)灌漿完成待漿液凝固后,切除外露灌漿管,表面用砂輪機打磨平順。

        5.2.4質(zhì)量檢查

        在兩孔溢流堰面橫河方向裂縫各選取3個點,對化灌后情況進行了壓水檢查,壓力0.3MPa,合格率100%。檢查孔采用環(huán)氧砂漿回填后,對灌漿所有條帶涂刷一層環(huán)氧膠泥。

        6 結(jié)語

        (1)通過本次溢流面裂縫化灌處理施工表明,化學灌漿的流動充填性較強,對細微裂縫采用“低壓慢灌”的效果好,操作方便、快捷、可靠。

        (2)在導截流施工完成后,開始二期基坑施工。汛期僅集中采用一期4#壩段兩孔閘過流,最大泄洪量約920m3/s、流速約20m/s,基本接近設(shè)計洪水的水力學指標。經(jīng)汛后旱地檢查表明,泄洪后1#孔溢流面整體完好,裂縫化灌處理的條帶完好,未見脫落、氣蝕等破壞。充分說明在高泥沙河流、高速過流部位,采用該化學灌漿方案能滿足對C40抗沖磨混凝土裂縫處理的要求。

        (3)靠近河道中心及二期上游圍堰的2#閘孔,因受壩前來水流態(tài)影響,汛期洪水搬運的絕大多數(shù)推移質(zhì)(汛后在下游消力池已發(fā)現(xiàn)最大粒徑達80cm~100cm)均經(jīng)此孔宣泄,使該溢流面抗沖磨混凝土表層發(fā)生了沖擊和磨蝕破壞,而下部化灌過的裂縫仍膠結(jié)良好,沒有發(fā)生片狀剝離、大面積掉塊等破壞問題。

        (4)對位于河道坡降大、推移質(zhì)多的河流閘壩,其高速過流面的混凝土結(jié)構(gòu)抗沖磨設(shè)計改進及維護問題,仍需做進一步的研究和處理。陜西水利

        (責任編輯:暢妮)

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