張陸勇

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司， 廣東 廣州 510000)

在中國近代發(fā)展的過程中，大大小小的水電站隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，都在不斷進行水利資源的開發(fā)，中國建有9萬余座大壩[1]，部分大壩已經(jīng)建成時間較為久遠，大壩的壩體結(jié)構(gòu)都有或多或少的運行損傷和老舊變化[1]。

大壩的本身的功能是攔蓄水體，蓄積能量，用于發(fā)電、灌溉或者防洪，包括改善航運的等級等，為國家創(chuàng)造了經(jīng)濟效益，但是大壩一旦出現(xiàn)危險，巨大的庫容水量也會給下游的人類生命財產(chǎn)帶來巨大的傷害，破壞生態(tài)環(huán)境。因此，大壩的運行安全評價是水電站運行過程中必不可少的過程。本文就針對春水水電站的主要水工建筑物，闡述如何進行安全檢測，安全檢測的內(nèi)容，安全復(fù)核的項目及內(nèi)容，對水電站的主要結(jié)構(gòu)進行安全評價，給運營單位的維護保養(yǎng)予以建議[2-3]。

1 概 況

春水水電站工程位于綏江中游，地處廣寧縣排沙鎮(zhèn)春水圩，電站距廣寧縣城26.0 km，距上游東鄉(xiāng)水電站26.5 km，距下游白沙水電站25.0 km，至肇慶74.0 km，至廣州114.0 km。春水水電站是一宗以發(fā)電為主兼有航運效益、美化環(huán)境的水利樞紐工程。工程正常蓄水位為21.400 m，設(shè)計洪水位24.168 m，校核洪水位25.207 m；春水電站總裝機1.8萬kW，正常蓄水位相應(yīng)庫容3255.48萬m3。春水樞紐攔河壩閘壩、發(fā)電廠房、船閘等永久建筑物級別均按4級建筑物設(shè)計，洪水標(biāo)準(zhǔn)按50 a一遇洪水設(shè)計，200 a一遇洪水校核。

2 安全檢測

2.1 安全檢測內(nèi)容

根據(jù)項目的實際情況，綜合確定檢測內(nèi)容如下：

(1)混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測，主要包括：外觀質(zhì)量與缺陷檢測、主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強度檢測、混凝土碳化深度、鋼筋保護層厚度與銹蝕程度檢測。

(2)金屬結(jié)構(gòu)安全檢測，主要包括鋼閘門啟閉機的巡視檢查與外觀檢測、腐蝕檢測、材料檢測、無損檢測及啟閉機運行狀況檢測。

2.2 檢測方法

用于本項目的檢測方法見表1[4]。

2.3 檢測結(jié)果

2.3.1 混凝土結(jié)構(gòu)

(1)結(jié)構(gòu)強度。 對上閘首、導(dǎo)流墻、攔河閘壩等結(jié)構(gòu)進行了強度檢測，檢測結(jié)果為：上閘首左邊墩、上閘首右邊墩、導(dǎo)流墻、攔河閘壩左邊墩、攔河閘壩3號墩、攔河閘壩5號墩、攔河閘壩7號墩、攔河閘壩A-3立柱、攔河閘壩A-7立柱、攔河閘壩B-1立柱、攔河閘壩B-5立柱、進水口左邊墩、進水口右邊墩和交通橋的混凝土強度推定值依次為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，各部分結(jié)構(gòu)強度都大于25 MPa，滿足規(guī)范要求。

表1 檢測方法匯總

(2)鋼筋保護層。 對上閘首左邊墩、上閘首右邊墩、攔河閘壩3號墩、攔河閘壩5號墩、攔河閘壩A-3立柱、攔河閘壩B-5立柱和進水口左邊墩的混凝土碳化深度和鋼筋保護層厚度檢測結(jié)果表2。

碳化深度均小于其鋼筋保護層厚度，表明鋼筋目前仍處于混凝土的堿性保護之中。

(3)鋼筋銹蝕度檢測。 上閘首左邊墩、上閘首右邊墩；攔河閘壩左邊墩、攔河閘壩3號墩；進水口左邊墩、進水口右邊墩測區(qū)的電位水平均在-200～-350 mV，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)判別，位于該電位水平的鋼筋發(fā)生銹蝕的概率為50%[2]，可能存在坑蝕現(xiàn)象。

2.3.2 鋼閘門

船閘共2扇閘門，閘門采用人字閘門，閘門整體結(jié)構(gòu)完好，未見扭曲變形。閘門主梁、次梁、隔板、斜接柱、門軸柱、背拉桿及面板結(jié)構(gòu)完整，未見變形，損傷。閘門主要受力焊縫外觀完整，未發(fā)現(xiàn)裂紋、表面夾渣等缺陷。門體及各個主要構(gòu)件涂層基本完整。閘門面板下部由于長期泡水有青苔以及淤泥覆蓋，在有青苔覆蓋的部分區(qū)域，涂層存在鼓泡、起皮現(xiàn)象，銹斑明顯可見，局部可見蝕坑。閘門主梁腹板，主梁翼緣板均有明顯可見的銹斑，且伴有起皮現(xiàn)象。

表2 混凝土結(jié)構(gòu)碳化深度和鋼筋保護層厚度檢測結(jié)果 mm

閘門有止水橡膠，止水橡膠有磨損、老化現(xiàn)象。閘門右側(cè)止水以及底部止水均有老化現(xiàn)象，導(dǎo)致有漏水現(xiàn)象。

2.3.3 啟閉機及電氣設(shè)備

啟閉機安全檢測主要是進行啟閉機機械零部件檢查和電氣參數(shù)檢測。

攔河閘壩共8臺啟閉機，進水口共1臺啟閉機，啟閉機均采用的是集中驅(qū)動雙吊點固定式卷揚啟閉機，室內(nèi)布置，檢查各個啟閉機的主要結(jié)構(gòu)，顯示8臺啟閉機整體結(jié)構(gòu)完好，涂層基本完整。運行過程中，所有機械部件在運轉(zhuǎn)中沒有沖擊聲，開式齒輪未發(fā)現(xiàn)有表面點蝕、斷齒、齒端崩角、膠合、齒面塑性變形等失效形式，嚙合狀態(tài)滿足要求。制動器無打滑、無焦味和冒煙現(xiàn)象。卷揚機的鋼絲繩無斷絲、磨損、變形和銹蝕現(xiàn)象，繩鼓上鋼絲繩圈數(shù)滿足規(guī)范要求。

3 防洪能力復(fù)核

本工程電站裝機容量1.80萬kW，上游河床槽蓄水量為3255.48萬m3，船閘設(shè)計最大船舶噸級為100 t。

根據(jù)規(guī)范要求，上游河床槽蓄水庫容在1000萬～10 000萬m3之間，工程等別為Ⅲ等，屬中型水庫；電站裝機容量小于5萬kW，工程等別為Ⅳ等[3]，屬于小型水電站；船閘設(shè)計最大船舶噸級為100 t，為Ⅳ級航道。工程等別應(yīng)按其中最高等別確定，綜合分析本工程等別為Ⅲ等。本電站采用閘壩攔蓄，經(jīng)復(fù)核原設(shè)計所采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)符合國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。采集春水水電站的流量、水位和泄洪量的數(shù)據(jù)，泄流能力稍比原設(shè)計泄流能力稍大，說明原設(shè)計閘孔過流能力滿足要求，防洪功能滿足要求。

4 滲流安全復(fù)核

水閘滲流安全復(fù)核應(yīng)包括：水閘基地滲流穩(wěn)定、側(cè)向滲流穩(wěn)定復(fù)核。

4.1 基地滲流穩(wěn)定復(fù)核

春水電站攔河閘壩分8孔，單孔凈寬14.0 m，閘室底板順?biāo)鞣较蜷L18.4 m，每條結(jié)構(gòu)縫內(nèi)設(shè)銅片止水，縫內(nèi)填充瀝青模板。

攔河閘壩閘室底板上游側(cè)齒墻下設(shè)C20混凝土防滲墻，墻厚0.8 m，墻底深入微風(fēng)化巖層1.0 m；閘室與消力池之間設(shè)有止水，消力池底板末端設(shè)有排水孔。

攔河閘消力池基礎(chǔ)主要為粗砂，允許滲透坡降[J]=0.169～0.221[4]，現(xiàn)出口段滲流坡降J=0.158，小于允許滲透坡降，滿足要求。

4.2 船閘基底滲流復(fù)核

春水水電站基礎(chǔ)防滲結(jié)構(gòu)為：船閘進口底板頂高程為16.0 m，底板下設(shè)混凝土防帷幕，帷幕底進入弱風(fēng)化巖層1.0 m；船閘進口底板下防滲帷幕與攔河閘壩底板下帷幕相連，上閘首右側(cè)與閘壩間的隔流墻下的樁基兼作地下防滲墻，與上閘首、閘壩前沿的樁基緊密連接；因此認(rèn)為在攔河閘壩及船閘防滲帷幕不破壞情況下，船閘底板將不會發(fā)生滲透破壞。如果攔河閘壩基底防滲帷幕發(fā)生局部破壞，則船閘底板下最短防滲長度同攔河閘壩段，則船閘底板下最短防滲長度同攔河閘壩段，即L1=57.2 m。假定攔河閘壩基礎(chǔ)帷幕有局部破壞，船閘壩基地防滲長度計算結(jié)果為37.0 m，而船閘最不利情況下的地下輪廓線的水平長度為57.2 m，滿足滲透要求。

4.3 側(cè)向滲流穩(wěn)定復(fù)核

上閘首的底板底面高程8.8 m，放置在粗砂層上，在上閘首前端，設(shè)有鋼筋混凝土擋土、防滲樁墻(D=2000 mm為鋼筋混凝土樁，D=1200 mm 為素混凝土樁)，此防帷幕和閘壩的防帷幕相連接，并延伸至左岸刺入山體，長5.0 m，以防止繞壩滲流，成為一個整體。船閘上閘首、閘室、下閘首周圍均設(shè)有同樣的鋼筋混凝土擋土、防滲樁墻，形成整個閉合擋水體系。廠房布置在右岸，廠房靠岸側(cè)為開挖回填，采用黏土防滲，防止右壩肩繞壩滲流。

5 結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

水閘結(jié)構(gòu)安全復(fù)核包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力復(fù)核以及消能防沖復(fù)核。

5.1 攔河閘壩

攔河閘壩共設(shè)閘孔8個，單孔凈寬14.0 m，閘壩總長131.6 m，閘頂高程27.1 m，安裝8扇工作平面鋼閘門。閘壩垂直水流方向每兩孔底板為一整體，閘墩中間分縫。每個壩段布置13條1.0 m 鉆孔灌注樁，樁基進入中風(fēng)化基巖。閘壩防滲采用混凝土鋪蓋加垂直防滲墻的措施解決，消能型式采用底流消能。堰頂高程為14.0 m時，8孔泄水閘，泄水總凈寬112.0 m，上游設(shè)計洪水、校核洪水位分別為23.833 m、24.903 m，較原設(shè)計水位低，原初步設(shè)計水位計算成果合理，泄流能力滿足要求。

5.2 船閘上閘首結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

春水水電站船閘位于攔河閘壩的左側(cè)，船閘上、下閘首反對稱布置，采用整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上閘首屬攔河閘壩擋水前沿的一部分；閘門凈寬8.5 m。上閘首的左、右邊墩，墩寬均為6.5 m，頂高程27.1 m。左右墩內(nèi)設(shè)有充水管，墩間設(shè)有提升式鋼平面工作閘門一扇，門坎高程16.0 m，門前設(shè)有檢修門槽一道。擋水前沿總寬21.5 m，閘墩長25.0 m，上閘首底板底高程8.8 m，底板處粗砂層。門坎以下為消能室，底高程8.8 m，空間尺寸為13.3 m×8.5 m×2.6 m，室頂設(shè)置格柵消能。為便于安裝、操作輸水管鋼平面閥門，在墩內(nèi)輸水管閥門上方布置2.4 m×2.4 m豎井，此豎井下內(nèi)設(shè)有輸水管的工作閘門和檢修門槽。

上閘首穩(wěn)定計算結(jié)果顯示：船閘上閘首正常擋水工況、檢修工況抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定均滿足要求，地基未出現(xiàn)拉應(yīng)力，且應(yīng)力值小于地基承載力250 kPa，船閘上閘首邊墩高度滿足防洪要求，上閘首抗滑、抗傾、抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，地基應(yīng)力小于地基承載力，符合規(guī)范要求。

5.3 電站廠房結(jié)構(gòu)

春水水電站的廠房為河床式廠房，布置在右岸，主廠房基礎(chǔ)置于弱一微風(fēng)化石英砂巖上，廠內(nèi)安裝2臺燈泡式貫流式水輪發(fā)電機組，單機容量9000 kW。水輪機置于轉(zhuǎn)輪室段，發(fā)電機置于管形殼段，流道進口布置傾斜攔污柵一道，傾角為70°，孔口尺寸為 10.34 m×26.36 m。上游設(shè)檢修閘門，靜水啟閉，閘口尺寸為10.34 m×12.00 m。下游設(shè)尾水事故閘門，孔口尺寸為9.36 m×9.36 m。

廠房順?biāo)鞣较虻装彘L62.37 m，垂直隨流方向?qū)?2.86 m。

電站廠房穩(wěn)定計算結(jié)果顯示：電站廠房正常運行工況、檢修期工況和非常運行工況下抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定均滿足要求；基底未出現(xiàn)拉應(yīng)力，且應(yīng)力值小于地基承載力9000 kPa，滿足規(guī)范要求。

經(jīng)工程復(fù)核計算，電站廠房抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；廠房基底未出現(xiàn)拉應(yīng)力，且應(yīng)力值小于地基承載力，符合規(guī)范要求。

6 其他結(jié)構(gòu)復(fù)核

6.1 抗震安全復(fù)核

春水水電站工程區(qū)地震基本烈度<Ⅵ度，因此不進行抗震復(fù)核。

6.2 金屬結(jié)構(gòu)

春水水電站的溢洪道、船閘進水口的閘門及啟閉設(shè)備等基本滿足規(guī)范要求，啟閉設(shè)備的安全保護裝置與防護措施基本完好。經(jīng)復(fù)核計算，閘門結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，攔污柵間距滿足規(guī)范要求，啟閉機的啟閉力、揚程、速度、跨度等基本滿足要求。閘門局部存在銹蝕現(xiàn)象，配電系統(tǒng)基本正常，局部設(shè)備需要加強維護，閘門及啟閉設(shè)備均未超過折舊年限，整體可以正常運行，故春水水電站的溢洪道、船閘上首、電站進水口金屬結(jié)構(gòu)基本安全，評為B級。

7 結(jié) 論

(1)春水電站安全監(jiān)測設(shè)施總體滿足大壩安全運行要求，但無專業(yè)、系統(tǒng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)該招聘專業(yè)技術(shù)人員定期進行安全監(jiān)測，并按照規(guī)范要求整理監(jiān)測數(shù)據(jù)。

(2)春水電站閘門銹蝕較嚴(yán)重，盡快對閘門進行保養(yǎng)。

(3)春水電站攔河閘壩、船閘上閘首、電站進水口主體結(jié)構(gòu)總體安全，閘門位置局部混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)骨料及鋼筋裸漏現(xiàn)象，盡快請專業(yè)團隊進行安全維護。

(4)管理單位嚴(yán)格按照已審批的調(diào)度規(guī)則進行運行調(diào)度，確保工程安全運行，同時加強日常運行調(diào)度記錄資料整編工作。