王超杰，萬 磊，賈麗娟

（1.福建省金湖電力有限責任公司,福建 將樂，353300；2.青島太平洋水下科技工程有限公司，山東 青島，266100）

1 工程概況

1.1 孔頭水電站概況

孔頭水電站位于閩江流域金溪中段，上游距池潭41 km，下游距將樂縣城25 km，是閩江流域金溪河流上的第五梯級電站。裝機容量40.5 MW。樞紐由左右岸混凝土重力壩、擋水壩、泄洪閘、發(fā)電廠房、戶內升壓開關站等建筑物組成，是低水頭河床式中型水電站。壩址以上控制流域面積5 388 km2，水庫總庫容3 310萬m3，死水位174.00 m，正常蓄水位175.80 m，校核洪水位177.10 m，電站平均水頭14.0 m。左右岸擋水壩均為實體重力壩，壩頂高程為179.0 m，重力壩最大壩高26.5 m，壩長282.86m，其中：右岸混凝土重力壩長17.9 m，安裝場壩段長28.9 m，引水廠房長52.76 m，泄洪閘壩段長133 m，左岸混凝土重力壩長33.3 m。

1.2 尾水渠檢修門槽情況

2006年2 月，出于電站安全運行考慮，針對孔頭水電站機組進水口、機組尾水渠及檢修門槽、護坦和消力坎、溢流壩泄洪閘墩及檢修門槽、溢流堰堰頂等結構物進行了全面水下檢查，檢查發(fā)現(xiàn)機組尾水渠檢修門槽底部止水鋼板底面混凝土存在淘空問題，如表1所示。為使孔頭電站大壩水工建筑物的缺陷得到良好維護，保障孔頭電站的安全正常運行，對孔頭水電站1～3號機組尾水檢修門槽處水下淘坑破壞部位進行了水下補強加固。

2 成因分析

在電站機組運行發(fā)電階段，電站發(fā)電機組尾水渠檢修門開啟，門槽及埋件長時間處于過流狀態(tài)，流速很大。對于這種結構的表面和混凝土材料來說，其流速已接近甚至達到高速水流，易產生空化、空蝕，造成埋件周邊混凝土破壞。其破壞過程首先是埋件與混凝土接縫處和混凝土表面受到高速水流力的沖擊和化學作用而剝落，出現(xiàn)表面剝蝕，起初這種破壞是局部的，隨后，由于其附近混凝土的材料性能顯著惡化，強度降低，使剝蝕加速，并由此造成過流面的不平順，引起流體流態(tài)的變化，進而加劇了空化進程，導致空蝕量的急劇增加，在沖蝕和空化的混合作用下，埋件被淘空。

表1 尾水渠檢修門槽底部檢查缺陷匯總Table 1 Defects at the bottom of bulkhead gate slot of tailrace

此外，未能實時檢查和及時修補，沒有在受損初期就采取防護措施，造成破損的累積和加速也是一個原因。因此，及時修補和加固是必須采取的工程管理措施。

3 處理方案的確定

水下混凝土結構空蝕、磨損產生的坑槽、孔洞可用填充修復法、填充錨固法、防滲加固法等進行修補加固。對于水下混凝土結構表面缺陷（如沖坑、淘洞缺陷）的補強加固修補，填充修復法、填充錨固法水下施工時，應切割、鑿除掉坑洞內松動、破碎的混凝土，鑿毛露出未受損的混凝土，切割線應在破損邊緣線外6～10 cm處，開挖鑿除深度應為6～8 cm。此外，應保證澆筑的水下混凝土層厚度，對于水下不分散混凝土應≥8 cm，對于環(huán)氧混凝土、樹脂混凝土應≥5 cm。切割面與原混凝土面不應形成反坡，夾角宜為85°～90°。鋼筋網的鋼筋直徑應≥8 mm，鋼筋網保護層厚度應大于5 cm，受限時可降至3 cm。錨筋應伸入基巖或堅固的混凝土層內，滿足錨固要求，錨固深度宜大于10 cm。

本次檢查發(fā)現(xiàn)的淘坑原始形狀基本為邊緣淺中間深、外大里小的鍋底形狀，若按此形狀直接修補填充，由于修補材料與原混凝土的熱膨脹系數不同，容易造成修補邊緣開裂甚至脫落失效,因此本次工藝確定的處理原則為：首先對沖坑缺陷根據水流方向進行切割打鑿，將沖坑處理成規(guī)整的矩形，再進行填坑修補。為有利于修補結構抗裂和粘結，經過多方研究、方案比選，最終選擇采用填充錨固法進行修補加固。

對于沖刷深度小于50 mm的，開鑿達到50 mm，保證新澆筑的水下混凝土厚度，提高其抗沖刷能力。在淘坑中布設錨筋，錨筋直徑為14 mm，錨固深度300 mm，間排距300 mm。由于2006年水下檢查結果中淘坑沖刷深度均未大于100 mm，方案初步考慮不增設雙向鋼筋網。2008年現(xiàn)場施工時，發(fā)現(xiàn)部分沖坑深度有加深，為了增強修補混凝土的整體性，提高其抗沖刷能力，對于深度大于100 mm的沖坑，現(xiàn)場對方案工藝進行細微調整，在修補混凝土中增設一層?12@200雙向鋼筋網，錨筋與鋼筋網在水下焊接成一體。

4 修補材料選擇

對于深度在150 mm以內的蝕坑，宜采用環(huán)氧混凝土（或其他聚合物混凝土）修補，深度很小時，采用環(huán)氧砂漿。環(huán)氧混凝土強度高、抗沖磨等性能好，但造價高。對于深度在150 mm以上的蝕坑，可采用水下不分散混凝土修補。水下不分散混凝土的性能沒有環(huán)氧混凝土的性能好，但也能滿足一定條件下的修補施工的要求，并且造價低。所選用的水下不分散混凝土標號應高于原混凝土的設計標號?；炷恋拇止橇弦瞬捎糜晌达L化火成巖加工而成的堅固性指標良好的碎石，細骨料宜采用堅固性良好的河沙，粗、細骨料的含泥量應盡量低（小于1%）且不得含有泥塊。為了進一步提高混凝土的抗沖磨性能，可在混凝土中添加硅粉。

考慮修補后性能及沖坑的類型，本工程選擇采用水下環(huán)氧混凝土進行修補加固，如圖1所示。

圖1 止水鋼板底部淘坑修補加固圖（單位：mm）Fig.1 Reinforcement of bottom scouring pit of water stop steel plate(unit:mm)

5 主要材料性能

目前國內應用的水下環(huán)氧混凝土主要有HSL-101環(huán)氧混凝土、HK-UW-1環(huán)氧混凝土。HKUW-1水下環(huán)氧混凝土（砂漿）是一種強度高、可在水下固化的高分子復合材料，具有在水下不分散、自流平、自密實的性能。它的低稠度使其在低溫下仍具有良好的流動性能,可采用手工、電動或混凝土強力攪拌機進行拌和，并可在水下直接進行澆注。該材料在水下固化后具有很高的抗壓和抗折強度，可用于大壩、港口、碼頭、橋墩等水下建筑物的止封和補強加固處理。其主要特點是：

（1）可在水下澆注，固化快，混凝土早期強度增長快，終期強度高；

（2）收縮小，粘結力強；

（3）在水下不分散、自流平、自密實，低溫仍具有良好的流動性能；

（4）優(yōu)良的抗沖磨和耐腐蝕性能，耐久性好；

（5）施工、拌和和水下澆注工藝簡便。

主要性能指標如表2所示。

6 施工工藝

6.1 水下測量和標識

潛水員對淘坑逐一作水下復查和測量，復查結果與此前檢查結果復核，并對修復區(qū)域作明顯標識。本次工程復核后，發(fā)現(xiàn)部分沖坑深度有所加深，但其余尺寸基本結果一致，未發(fā)現(xiàn)淘坑大范圍擴大或產生新的沖坑?，F(xiàn)場進行復核與認定后，經多次開會進行技術分析，最終對方案進行細微調整。

6.2 水下切割與鑿除

潛水員沿破損邊線外延10 cm劃出切割邊線，使用液壓鋸在水下沿已劃出的切割線切割出補強邊緣線，切割深度不少于5 cm，然后用液壓鎬鑿除待清理的混凝土。對于深度小于5 cm的淘坑，采取切割和鑿除的處理方法，使淘坑深度大于5 cm，保證澆筑新混凝土層的厚度。

6.3 水下修整與清理

將淘坑內已被切割掉的破損混凝土和碎石等雜物清理出淘坑，棄至護坦下游。再利用高壓水直接將淘坑內的沉積碎屑沖掃出沖坑以外，將零星混凝土塊及卵石清除干凈，露出混凝土原面，表面沖洗干凈，確保新澆混凝土能和老混凝土牢固地粘結。同時對已出露的鋼筋除銹，達到無銹痕、無銹斑，可以澆筑混凝土的程度。

6.4 水下布設鋼筋

為了增強被澆筑沖坑內新老混凝土的結合強度，并成為一個整體，在修補區(qū)域內布設錨固筋，然后對于沖坑深度大于100 mm的沖坑，架設抗沖、限裂鋼筋網。

（1）鉆錨筋孔：潛水員用水下液壓鉆在沖坑底部進行水下鉆孔，按孔距30 cm布孔，孔深30 cm，孔徑?20 mm。錨筋布置圖見圖2。

圖2 錨固筋布置圖Fig.2 Layout of anchored bar

（2）錨固鋼筋：錨孔沖洗完成之后，陸上人員將拌和好的HSL-601高強環(huán)氧錨固劑送至水下，潛水員進行錨固作業(yè)。錨孔內充填滿HSL-601環(huán)氧錨固劑，插入?14的鋼筋后，要轉動幾次，使錨固劑充分與錨桿和孔壁粘緊，以增加錨固力。

（3）水下布設鋼筋網：對于沖刷深度大于100 mm的淘坑，為保證新澆混凝土的抗沖和限裂的整體性能，待錨固劑具有50%以上的強度后，需增設一層雙向鋼筋網。具體工藝為在錨固筋上焊接?12@200的鋼筋網，將事先陸上制作的鋼筋網整體吊裝下水，鋼筋網與錨筋之間用水下電焊連接，若水下原混凝土鋼筋網裸露，增設的雙向鋼筋網亦需與原混凝土鋼筋網電焊連接，若未裸露，一般不破環(huán)原混凝土結構，不做處理。鋼筋網片之間的搭接長度不少于鋼筋直徑的15倍，采用單面焊，鋼筋保護層厚度一般為5cm。

6.5 澆筑水下環(huán)氧混凝土

根據淘坑大小計算出所需澆筑量，嚴格按水下環(huán)氧混凝土的配比，在強制式攪拌機中進行陸上拌和，然后裝桶放到水下，進行水下直接澆筑。澆筑時，應對混凝土在水中的自由落距進行嚴格控制，混凝土在水中的自由落距應不大于50 cm。澆筑完的混凝土上表面應平坦、順滑，并且保證模板的各個角落都充填飽滿。

7 結語

本次水下補強加固工程的實施，及時修復了孔頭電站1～3號機組尾水檢修門槽12處水下淘坑破壞缺陷，加強了尾水渠門槽混凝土的完整性，確保了電站尾水渠的安全運行，使孔頭電站大壩水工建筑物得到良好維護，發(fā)揮了很好的經濟效益。結果表明，水下環(huán)氧混凝土補強加固方法具有不受水庫運行條件限制、實施性好、成本低，工期短等優(yōu)點，可供類似工程的補強加固參考。 ■

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