羅塞雷斯水電站低位泄水孔修復技術

張 光 輝

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

羅塞雷斯水電站低位泄水孔修復技術

張 光 輝

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

蘇丹羅塞雷斯大壩加高工程低位泄水孔的修復利用枯水期施工，具有工期緊、工序多、結構復雜、施工難度大、質量要求高等特點。從修復工程的施工工序出發，闡述了各修復工作的設計要求和施工要點。

泄水孔；修復；復合鋼板；硅粉；環氧；羅賽雷斯水電站

1 概 述

羅賽雷斯水電站位于蘇丹境內尼羅河干流的青尼羅河上，該工程的原大壩于20世紀60年代建成，壩高66 m，裝機7臺，共計28萬kW，主要功能為灌溉兼發電。此次大壩加高工程是將原大壩整體加高10 m，同時延長左右岸土石壩，壩體全長由原來的13.5 km增長至25.1 km，庫容增加40億m3，并對壩體老舊結構物和設備進行修復和改造。

該工程共設置6個低位泄水孔，總長約120 m,底板及邊墻1.5 m范圍采用不銹鋼板進行鋼襯。由于青尼羅河泥沙含量高，經過多年的沖刷，不銹鋼鋼襯磨損嚴重，表面“千瘡百孔”，多處被磨穿，經多次修補仍不能滿足原抗沖磨功能。

為徹底解決低位泄水孔抗沖磨問題，業主決定對低位泄水孔進行全面修復處理。修復方案為：割除原有普通不銹鋼板，采用碳化鉻復合鋼板替代，鑿除邊墻高4 m范圍的老混凝土，澆筑M80/A20硅粉混凝土，對汛期水位線以下的新老混凝土表面涂刷環氧砂漿。

泄水孔修復施工程序：圍堰修筑→基坑排水→割除原鋼板→鑿除混凝土→預埋插筋→安裝底層鋼板(保證安裝精度)→回填混凝土→接觸灌漿→安裝面層復合鋼板→澆筑側墻硅粉混凝土→涂刷環氧砂漿→拆除圍堰。

修復工期安排：從2009年11月開始至2012年6月結束，歷經3個枯水期(11月至次年6月)，每個枯水期完成2孔泄水閘修 復 任 務。筆者介紹了此次修復采用的施工技術。

2 修復采用的施工方法

2.1 黏土圍堰施工

低位泄水孔進口采用工作閘門擋水，在出口位置布置黏土圍堰擋水，形成基坑以確保干地施工。黏土圍堰沿壩軸線長161 m，堰頂寬9 m，堰體最大高度為14.7 m，填筑工程量為49 100 m3。由于低位泄水孔圍堰為總價承包項目，故其填筑料選用就近棄置的土石壩剝離黏土棄料以降低施工成本。圍堰戧堤填筑采用進占法施工，對于水面以上部分采用分層碾壓填筑，20 t自卸車運輸，TY220推土機攤鋪，20 t振動碾碾壓。

2.2 原有結構的拆除

對底板原不銹鋼鋼板的拆除采用氧氣和乙炔割除，采用風鎬鑿除底板混凝土40 cm深，側墻老混凝土采用風鎬鑿除20 cm深。

2.3 預埋插筋

為增加新老混凝土的結合能力，在鑿除混凝土底板布置了φ32插筋，長度為80 cm，錨固深60 cm，外露20 cm，插筋間排距為50 cm×30 cm。造孔采用YT28手風鉆，插筋采用“先注漿后安裝”的方法施工。

2.4 底層鋼板的安裝

底層鋼板采用16 mm厚的Q345普通鋼板，每塊底層鋼板尺寸為5.8 m×1.38 m(長×寬)，其寬度的安裝精度要求達到0.8 mm/1.5 mm。為了確保底層鋼板的安裝精度，在底板插筋外露端焊接了φ28連接鋼筋，連接鋼筋全長30 cm，與插筋的焊接長度為15 cm，另有15 cm套絲，將連接鋼筋末端插入底層鋼板預留的孔洞內(以便焊接)。連接鋼筋頂端采用螺母頂托底層鋼板，調節螺母的高度以達到調整底層鋼板安裝高度和平整度的目的。當底層鋼板的安裝精度滿足設計要求后，螺母和底層鋼板間采用塞焊固定，將連接鋼筋末端與底層鋼板焊接成整體。

底層鋼板采用埋弧焊，其優越性為生產效率高、焊縫質量優、表面成形美觀、勞動條件好、節省焊接材料和電能。

2.5 回填混凝土

底層鋼板安裝完成后，根據設計要求回填C35混凝土。混凝土采用HB60泵送入倉，通過在底層鋼板預留的孔洞(直徑28 cm，每塊底層鋼板預留8個孔)灌注，采用φ50軟軸振搗器振搗密實。

2.6 接觸灌漿

接觸灌漿的施工為在底層鋼板鉆灌漿孔，采用循環灌漿法，單排作一序孔，雙排作二序孔，灌漿壓力為0.2 MPa。一序孔灌漿時，二序孔作排氣孔兼出漿孔。灌漿漿液采用1∶1、0.5∶1兩個比級，根據現場情況，經咨詢工程師許可，可加入減水劑以降低水灰比，外加劑種類和添加量由試驗確定。

2.7 面層碳化鉻鋼板的設計與施工

(1)復合鋼板的設計。面層復合鋼板由澳大利亞公司提供，復合鋼板由15 mm厚的過渡層和16 mm厚的碳化鉻耐磨面層構成，耐磨層鋼板洛氏硬度達到60～62HRC，其主要特點：高硬度、耐磨損、抗沖擊、耐高溫。

(2)復合鋼板的焊接施工。過渡層和面層的焊接采用焊條電弧焊。在碳化鉻耐磨鋼板過渡層焊接中，不僅存在合金元素的稀釋和燒損，而且還有組織和性質上的變化，因此，采用XZ101型焊條以保證過渡區的安全性。焊縫焊接需分三次完成，第一層用φ3.2焊條進行打底焊13 mm，每遍焊接高度不得超過3 mm；第二層用507焊條進行填充焊10 mm；第三層用90焊絲進行填充及焊縫蓋面8 mm，加強高度不得超過母材2 mm。

為保證碳化鉻耐磨鋼板原有的綜合性能，應對過渡層和面層分別焊接。碳化鉻耐磨鋼板焊接時，應注意以下幾點：(1)嚴格按照圖樣、焊接工藝和有關標準施焊。(2)遵循先焊接過渡層，再焊接面層的焊接順序。(3)為防止沾附焊接飛濺，施焊前需在碳化鉻耐磨鋼板坡口兩側100 mm范圍內刷涂防飛濺涂料。(4)嚴防碳鋼或低合金鋼焊條焊接在面層上或過渡層焊條焊在面層面上。(5)焊接過渡層時，為減小稀釋率，在保證焊透的條件下應盡可能采用小直徑焊條，并采用小規范反極性進行直道焊，以降低底層對過渡層焊縫的稀釋。(6)面層焊接前，仔細清除坡口邊沿面層坡口上的飛濺物。(7)面層焊接時，為保證焊接質量，必須控制焊接熱輸進，采取多層多道快速不擺動焊法，盡量采用小的焊接熱輸進和電流并快速焊接。(8)碳化鉻耐磨鋼板焊接的關鍵是確保焊縫一次合格率，減少返修次數。由于碳化鉻耐磨鋼板焊接接頭的組織和性能十分不均勻，焊縫返修時經常產生熱裂紋。(9)嚴格控制鋼板表面的機械損傷和飛濺物。

2.8 側墻硅粉混凝土的設計與施工

(1)設計要求。合同文件規定采用M80/A20硅粉混凝土進行低位泄水孔的修復。M80/A20表示混凝土的最大骨料粒徑為20 mm，其28 d最小平均抗壓強度為80 MPa，28 d配制強度為92.8 MPa。由于工程所在地氣溫較高、混凝土的運輸距離較遠、入倉方式困難，考慮到混凝土的塌落度損失，泵送硅粉混凝土的設計塌落度為150～200 mm。

(2)原材料的選用。水泥使用廣西魚峰水泥股份有限公司生產的普通硅酸鹽水泥OPC52.5N，強度等級為52.5。砂石骨料為麥洛維工程的人工破碎骨料，骨料的最大粒徑為20 mm。根據SMEC咨詢工程師要求，粗骨料沒有篩分成標準級配的骨料。超塑化劑為江蘇博特新材料有限公司生產的PCA(Ⅰ)超塑化劑，常用摻量(按重量計)為膠凝材料用量的0.6%～1.2%,配制超高強混凝土的用量為1.3%～1.8%。硅粉采用山西凱迪建材有限公司生產的KD-12型硅粉。拌和用水為地下水，來自大壩左岸1#營地內的水井。

(3)配合比設計。M80/A20硅粉混凝土配合比設計參數見表1。

(4)硅粉混凝土施工。硅粉混凝土的配料、拌合、運輸、澆筑和養護等工序與普通混凝土施工相同。由于M80/A20硅粉混凝土的水膠比較小，膠凝材料用量較高，為了保證混凝土的拌合均勻性，在拌制硅粉混凝土時，其拌合時間較普通混凝土長。澆筑混凝土前須做好各方面的準備工作，確保混凝土澆筑順暢進行，任何延誤和中途停頓都會對工程質量產生很大影響。在混凝土運輸過程中，避免混凝土產生離析，澆筑時應盡可能一次性入倉，避免二次倒運。為確保新澆筑混凝土有適宜的硬化條件，防止混凝土在早期干縮產生裂縫，硅粉混凝土澆筑完畢應立即灑水養護，混凝土表面用草袋、麻袋覆蓋，以保持混凝土表面濕潤。

表1 硅粉混凝土配合比參數表

2.9 環氧砂漿的設計與施工

(1)設計要求。在汛期水位線以下的支墩老混凝土表面及側墻新澆混凝土表面涂抹環氧，以滿足未來25 a的抗沖耐磨要求。該工程所采用的環氧砂漿為德國生產的Sikadur-41CF砂漿。其主要特點為：①環氧砂漿組分里含金鋼砂細骨料，相比普通的人工砂耐磨性好，表面強度高；②高粘結力的固結體。將該環氧砂漿涂抹在混凝土表面進行粘結力試驗時，破壞面未發生在環氧砂漿與混凝土的結合面，而是發生在老混凝土面內，與混凝土的粘結力能達到10～15 N/mm2。③涂抹后其表面平整，光潔，涂抹后的顏色與混凝土表面接近，呈灰白色，線彈性模量與混凝土也接近。環氧砂漿材料的特性見表2。

(2)環氧配合比。Sikadur-41CF環氧砂漿

表2 環氧砂漿材料特性表 /kg·L-1

配合比例：A∶B∶C=2∶1∶3(按照重量法)。

(3)環氧砂漿的現場施工。對于新澆筑的硅粉混凝土，必須在混凝土澆筑結束達到三周強度后方可在其表面涂抹環氧砂漿。環氧砂漿現場施工的要點為：①修復部位的清理。為保證所有需要涂抹環氧砂漿的老混凝土和新澆硅粉混凝土表面干凈，所采用的清理方法為：先用高壓水槍將表面的油脂、鐵銹、表面氧化、磨砂、水垢以及一些松散的附著物沖洗干凈，然后自然風干。②老混凝土面涂抹環氧砂漿。將環氧組分A+B+C按照2∶1∶3拌合均勻后，用抹刀直接抹到清理干凈的部位，按照20 cm寬左右的條帶狀，從下至上、從左至右依次推進。老混凝土面的涂抹厚度平均為22 mm，一次填壓而成，每塊條帶狀涂抹的砂漿要均勻，不能厚薄不一，抹刀涂抹時需用力。在遇到個別沖刷較為嚴重的部位、有較大的坑窩出現時，先用環氧砂漿填補深坑后壓實，保持環氧砂漿與舊混凝土粘結牢固，然后按上述方法進行壓實、抹平。③硅粉混凝土面涂抹環氧砂漿。環氧砂漿涂抹的施工方法與老混凝土面涂抹施工方法相同。需要注意的是：涂抹過程中，采用在四角釘釘和拉線的方法控制整體平整度，既不能高低起伏，也不能出現連接面的不整齊。環氧砂漿組分A+B從施工開始到全部用完的時間以不超過40～50 min為宜，否則將固結硬化而無法使用。④環氧砂漿的養護。修補完畢12 h內不允許對環氧砂漿表面進行觸碰和擾動，待其完全硬化后，在其表面涂抹一層KD-6養護劑進行養護。

3 結 語

蘇丹羅塞雷斯大壩加高工程低位泄水孔經修復后已運行5 a之久，每年汛期均要沖沙泄水，目前運行情況良好，未出現沖磨現象。該工程采用超高強度的碳化鉻復合鋼板進行泄水孔修復處理，達到了設計要求達到的預期效果，為泥沙含量高的工程泄水建筑物的設計與修復提供了可供借鑒的經驗。

TV7;TV52

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1001-2184(2017)06-0013-03

2017-10-24

張光輝(1975-)，男，四川武勝人，國際工程公司副總工程師，高級工程師，一級建造師，從事項目建設技術與管理工作.

李燕輝)