雙牌水庫大壩溢流壩面改造方案優化

卿光大

（湖南省雙牌水電站永州市425203）

雙牌水庫樞紐工程始建于1958年,1962年竣工,是典型的“三邊”工程。壩址控制集雨面積1.059萬km2，總庫容6.9億m3，裝機150 MW，多年平均發電量5.85億kW·h。溢流壩段溢流面長128 m，裝11扇10 m×9 m鋼質弧形閘門，閘墩厚1.5 m，為開敞式非真空實用剖面堰，堰面曲線為克奧型，采用鼻坎挑流消能。原設計溢流面混凝土為C20，順水流向鋼筋為Φ12@300 mm，垂直水流向鋼筋為Φ16@300 mm。由于長期露天環境影響及高速水流的沖刷，混凝土表面已出現剝蝕和露筋現象。大壩安全論證時，堰頂及溢流面共查出裂縫30條，裂縫平均長度：（2～8）m，平均寬度（0.3～0.6）mm。情況有逐年惡化趨勢，影響大壩安全行洪，需對大壩溢流面進行處理。

1 溢流壩面改造方案的優化

大壩閘門前混凝土較好，反弧段在1985年加固已作處理，本次加固范圍是由堰頂至陡坡段尾，加固方案有三種：修補方案、加層方案及鑿除重澆方案。

修補方案是將沖壞與露筋處混凝土鑿除，重澆高標號混凝土修補。該方案優點：工程量少，施工簡便，投資少，不易影響到汛期防洪；缺點是：不能從根本上解決混凝土普遍老化及被沖損問題。此次不予采納。

鑿除重澆方案是將原堰面混凝土鑿除，鑿除老混凝土厚度為40 cm，保護好伸入閘墩內鋼筋，使之外露部分留長50 cm以上，再布錨筋，錨筋為Φ18@100 mm，再澆C30混凝土，使新老混凝土結合緊密，混凝土中布置Φ12@150 mm鋼筋網，縱橫布置相同，恢復原形。該方案優點：處理徹底，無后患，安全可靠；缺點：工程量大，工程造價高，且易影響到汛期防洪。

加層方案是將現有混凝土表面鑿毛后，再澆筑250 mm厚鋼纖維混凝土或聚丙烯纖維混凝土保護層，在鋼筋錨固時，采用新型的自鎖錨桿。與混凝土鑿除重澆方案相比，該方案優點是：安全可靠，工程量少，投資較省。混凝土鑿除重澆方案與加層方案兩者工程量比較見附表。

附表混凝土鑿除重澆方案與加層方案工程量比較

從附表可以看出，加層方案更可靠，投資較省，又可節省工期，所以選定加層方案作為此次溢流壩面的改造方案。

2 壩面加層方案的設計

（1）混凝土鑿毛深度的確定。

根據工程現狀，若只單純鑿毛在原混凝土面上澆混凝土層，就改變了溢流面的堰型，經泄洪實驗模型分析得出，對泄流量有一定的滯泄影響，且轉滑的陡坡施工難度大，予以放棄。若鑿除深度太深，那就變為重澆方案。經優化，選擇鑿除深度25 cm，保留原堰型，重澆25 cm混凝土，為防止開裂，采用小而密的鋼筋網Φ14@200 mm，縱橫向布置相同，保護層10 cm。

（2）錨固設計。

因新澆溢流面層混凝土薄，錨固不采用常規砂漿錨筋，而采用巨成牌自鎖錨桿，為武大研制。該自鎖錨桿有以下優點：抗拔力大，Φ20錨桿抗拉力為53.1 kN，抗剪力為40.1 kN；施工簡便，工期短；自鎖錨桿主要靠錨頭與混凝土作用，與常規砂漿錨筋（灌溉砂漿有收縮問題，會減小錨筋抗拔力）相比，不受環境影響。具體布置：為梅花型布置，每m2布置1根，錨桿深入老混凝土50 cm，使新老混凝土結合緊密。自動錨桿一般要求：自動錨桿需錨桿材質證明及合格證；自動錨桿只對專用擴孔鉆頭所成鉆孔有效，錨桿與孔徑須匹配，孔徑大于錨桿直桿（2-4）mm；自動錨桿鉆孔應避鋼筋，鉆孔質量與結構邊緣距離大于10 cm。施工步驟：①按設計要求在壩面標出錨桿位置；②電錘鉆孔至設計深度；③專用鉆頭擴孔，擴孔后，鉆桿鉆至設計深度，并旋轉一周才算擴孔到位；④自鎖錨桿配插契，稍用力夾緊；⑤將自鎖錨桿插入孔內，用敲擊加壓，使錨桿移位到進深要求；⑥錨孔灌漿料注緊密實，壓力0.4 MPa為宜，灌液溢出后持續（1～2）min；⑦錨桿尾部由新混凝土鋼筋焊接。

（3）混凝土設計。

設計為C30混凝土，其摻和料有二種,一是聚丙烯纖維,二是鋼纖維,若在混凝土里面摻聚丙烯纖維，量為（0.8～0.9）kg/m2左右,該混凝土在浙江白溪水庫溢洪道面層及歐陽海水庫溢洪道面層得到運用。但與摻鋼纖維相比，其抗沖、抗滲耐久性較差。從雙牌大壩溢流面運行歷史來看，要徹底解決混凝土的沖損現象，經試驗選擇摻鋼纖維料。具體配料為：鋼纖維78 kg（剪切型，長度25 cm）；42.5R水泥340 kg，水160 kg，河砂（770～870）kg，碎20：（1 100～1 060）kg。考慮從拌和、運輸及入倉，期間不能超過30分鐘，且有一定的落差，按建筑標準另加適當減水劑。

（4）分縫、止水。

溢流壩加固面上設垂直水流方向縫2條，位置與原有縫一致，縫寬20 mm，順水流方向5條，與原有結構一致。

壩面止水采用銅片止水下夾柏油、杉木止水，上面嵌止水橡皮條與壩面齊平。

3 結語

由于雙牌大壩溢流面的重要性，對其溢流壩面的改造進行了多方案的比較，最終選擇了自鎖錨桿和鋼纖維混凝土加層方案處理方案，有效地解決了老混凝土普遍老化及抗沖性能差的問題。經過多年的洪水檢驗，現溢流壩面光滑平整,未發生沖刷、剝蝕現象,該處理方案是成功的，對類似工程有一定的參考價值。