小山電站溢洪道混凝土缺陷原因分析及處理

仲崇合　遲明德

摘 要：經過實地考察及研究分析，小山電站溢洪道混凝土缺陷主要原因為凍融、振搗不實、氣溫驟降因素造成，通過對各種因素進行分析，提出了解決辦法并取得了良好的效果。

關鍵詞：溢洪道；缺陷；分析；處理

中圖分類號：TV544 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0150-02

小山水電站位于吉林省撫松縣境內第二松花江上游的松江河干流上，是松江河梯級水電站的第一級電站，水庫總庫容1.05億m3。水庫正常蓄水位為683.00 m，設計洪水位683.00 m，校核洪水位為684.58 m。工程為Ⅱ等大（2）型工程，混凝土面板堆石壩、溢洪道為2級建筑物。溢洪道布置在大壩右岸，溢流堰采用WES堰型，堰面曲線方程為Y=0.076782X1.81，堰頂高程670.84 m，共設3孔，每孔凈寬8 m，各設一扇8 m×12.5 m（寬×高）的弧形工作閘門，最大泄量2 445 m3/s，出口采用挑流消能。溢流堰采用堰中分縫，縫間設置銅止水。堰面鋼筋采用Φ16@25 cm鋼筋網，堰面混凝土的設計標號為：R28300D300S6。2012年發現溢洪道堰體表面混凝土有不同程度的剝蝕脫落；溢流面堰體有5條裂縫；利用雷達掃描，發現#1溢流面存在一處內部缺陷，#2溢流堰有一處空洞，#3溢流面有一處不密實和一處空洞。

1 缺陷形成的原因、發展趨勢、影響分析

1.1 缺陷形成的原因分析

小山水電站溢流壩溢流面水工混凝土裂縫及缺陷從現象上來看主要有剝蝕、裂縫及內部空洞三種。

①溢流面表面剝蝕成因分析。根據小山水電站十多年的運行情況看，小山水電站很少利用溢流壩泄洪，因此混凝土剝落由沖磨氣蝕原因造成的可能性較小。實地考察發現，溢流堰體閘門有滲水現象，雖然水量較小，但長期的閘門滲水，足以使溢流面混凝土含水量達到混凝土遭受凍融破壞的臨界值。由于小山水電站地處東北嚴寒地區，四季溫差大，晝夜溫度變幅大等氣候特點，溢流面產生凍融破壞是可能的。因此，凍融破壞是造成小山溢洪道溢流面下游混凝土表面剝蝕脫落的主要原因

②混凝土內部缺陷成因分析。溢流面內部混凝土存在空洞及不密實，其原因是混凝土施工時振搗不密實造成的。

③溢流面裂縫成因分析。小山溢洪道溢流堰下游溢流面裂縫均屬溫度裂縫，裂縫的形成是由于氣溫驟降（寒潮）引起。盡管小山水電站溢洪道溢流面施工期制定了嚴格的混凝土施工標準及保溫措施，但混凝土澆筑后或運行期遇到氣溫驟降（寒潮），致使溢流堰下游溢流面混凝土溫降收縮產生表面裂縫，而且每經歷一次寒潮裂縫還會繼續延伸。同時，溢流堰下游面混凝土因失水或養護不充分而引起的體積收縮受到基礎混凝土的約束也有可能產生表面裂縫。再者由于混凝土施工控制不合理也可能導致裂縫產生。若混凝土澆筑時對表面過度抹壓使水分及水泥砂漿聚積到混凝土表面而增大收縮，也會產生裂縫。

1.2 溢流面缺陷發展趨勢分析

1.2.1 溢流面混凝土表面凍融剝蝕破壞的發展趨勢

小山溢洪道溢流面混凝土表面剝蝕脫落，會隨著冬春季交替變化以及溢洪道泄洪時破壞部位會擴大及加深，在環境水的作用下，混凝土強度會逐漸降低。同時，由于小山溢洪道下游溢流面鋼筋的保護層厚度為15 cm，隨著時間的推移，混凝土的凍融剝落程度會逐步加深，致使鋼筋表層覆蓋的一層鈍化保護層發生破壞，而使鋼筋發生老化銹蝕，會影響溢洪道的正常運行。

1.2.2 裂縫的發展趨勢

裂縫產生后，根據小山水電站所處位置的氣候環境，凍脹和寒潮成為其主要促進因素。水由液態轉變為固態時體積增大1.09倍，使結冰的混凝土內部組織結構受到膨脹而破壞。冬季，溢流面裂縫極易受滲水而結冰，因此，凍脹對溢流面混凝土裂縫的發展具有明顯的促進作用。寒潮的作用是使混凝土在短期內產生較大的收縮變形。1次10℃的氣溫驟降，將使混凝土產生0.82×10-4的收縮變形，由此產生的拉應力將使裂縫開度增大并向縱深發展。因此，寒潮引起的溫度變形對所出現的裂縫具有相同的促進作用。

1.3 溢流面缺陷影響分析

①對溢洪道運行影響分析。當堰面裂縫規模不大，而且僅是出現裂縫，堰面平整度也滿足要求時，短期內不會影響溢洪道運行，如果長期不予以處理，將會出現前面所分析的嚴重后果，直接影響溢洪道安全泄洪，造成溢洪道安全隱患。

②混凝土耐久性分析。堰面裂縫浸入水后，縫水反復凍脹，加劇混凝土老化；長期暴露于空氣也加快內部混凝土碳化速度；裂縫兩側混凝土遭受反復凍融剝蝕，從而加快混凝土的凍融破壞，降低混凝土的耐久性能。

③對結構的影響分析。溢流堰面是鋼筋混凝土結構，當混凝土開裂后，結構拉應力將由鋼筋承擔，如果配筋率足夠大，淺層裂縫對結構影響不大，但裂縫過寬過深時，裂縫的存在將改變壩體表面或內部的應力分布，出現應力集中等不利情況，導致溢流堰體應力超標，對溢流堰的結構產生不良影響。

2 處理方法

找出了溢洪道缺陷發生的原因后，我們自然要針對各個因素提出解決辦法，從根本上消除缺陷，確保大壩安全運行。

2.1 采用“鑿舊補新”的措施對凍融剝蝕部位進行加固

溢流面凍融剝蝕破壞的面積大，且凍融最大深度在8 cm左右。將處于負溫區具有凍融循環條件的裂縫混凝土全部清除。同時新澆筑混凝土如果過薄，不方便施工，另外從抗滲角度考慮，一旦局部有凍融破壞，有效厚度減薄，易導致水力梯度偏大，很難滿足抗滲要求。因此，堰面混凝土的鑿除厚度擬定為50 cm。

2.2 溢流面裂縫處理

對溢流面裂縫的處理主要采取“粘接、封堵”的修補措施，通過縫內灌注環氧樹脂將開裂混凝土重新粘合為一體，盡量恢復結構的完整性；縫表面封閉是為了避免水進入縫隙產生凍脹，隔絕空氣對鋼筋的銹蝕，同時增強裂縫修復效果；采用柔性封閉可適應裂縫張開度隨季節變化時，不至于將封閉涂層拉裂而失去封閉作用。

3 結 語

小山溢洪缺陷治理后增強了混凝土耐久性，消除了應力集中等不利情況，保證了汛期溢常泄洪和大壩安全運行。

參考文獻：

[1] 寧輝.清河水庫溢洪道混凝土裂縫產生的原因及修補措施[J].黑龍江水利科技，2009，（6）.