老虎溝水庫泄洪洞洞身維修加固方案

康亞亭

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

1 概述

老虎溝水庫坐落在灤河水系灑河支流橫河中下游，流域面積338km2，總庫容1328萬m3，主要建筑包括攔河壩、泄洪洞、輸水洞、電站等，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。

泄洪洞位于攔河壩左側(cè)，擔(dān)負(fù)著水庫泄洪、排沙、放空等任務(wù)，由進(jìn)水塔、有壓洞身、出水閘等組成，全長46.9m，泄洪洞洞身中心線與攔河壩壩軸線斜交。有壓洞身為鋼筋混凝土圓管，洞徑2.0m，壩下埋管方式，最大泄量為54m3/s。

2 泄洪洞洞身維修加固方案

2017 年對老虎溝水庫進(jìn)行大壩安全鑒定時，發(fā)現(xiàn)泄洪洞洞身存在環(huán)向裂縫，出口附近混凝土脫落及縱向裂縫等缺陷，泄洪洞的結(jié)構(gòu)安全直接影響著攔河壩安全。為解決泄洪洞洞身存在的問題，本工程擬定處理方案為： ①對泄洪洞壩外出口段洞身外包鋼筋混凝土，內(nèi)部縱向裂縫灌漿處理，以滿足強(qiáng)度和抗凍要求；②對洞內(nèi)混凝土脫落部位，鑿除周邊混凝土，設(shè)置錨筋及鋼筋網(wǎng)，澆筑混凝土處理；③對洞身進(jìn)行水泥灌漿處理，對洞內(nèi)環(huán)向裂縫及網(wǎng)狀裂縫涂刷環(huán)氧樹脂處理。具體處理方案如下。

2.1 泄洪洞壩外出口段外包鋼筋混凝土

2.1.1 外包混凝土厚度

根據(jù)SL211—2006 《水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范》規(guī)范要求，外包混凝土厚度需滿足抗凍要求，當(dāng)?shù)貎鐾梁穸?.1m，本加固設(shè)計選擇外包混凝土厚度1.2m。

2.1.2 配筋

壩外出口段配筋通過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度確定，選取最不利工況即正常蓄水位擋水不泄流工況進(jìn)行計算，并根據(jù)強(qiáng)度進(jìn)行配筋，配置鋼筋直徑20mm，間距15cm，三級鋼筋，內(nèi)外層鋼筋配置相同。

2.1.3 混凝土等級

考慮抗凍、抗?jié)B及強(qiáng)度的要求，混凝土等級選為C30W8F200。

2.2 泄洪洞洞身縱向裂縫處理

泄洪洞洞身縱向裂縫采用化學(xué)灌漿處理。

2.2.1 灌漿材料選擇

泄洪洞洞身環(huán)向裂縫縫寬0.5～3mm，裂縫自左側(cè)墻水面以上連接至拱頂及右側(cè)墻水面部位。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，以改性環(huán)氧樹脂漿液作為首選補(bǔ)強(qiáng)灌漿材料，并根據(jù)灌漿試驗(yàn)的吃漿情況，可摻入水泥凈漿。

灌漿材料采購時應(yīng)注意，生產(chǎn)廠商需附有產(chǎn)品質(zhì)量保證書及使用說明書，灌漿材料經(jīng)性能檢驗(yàn)，滿足相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計要求后方能使用，并按照規(guī)定的方式放置于低溫避光以及通風(fēng)良好處，設(shè)專人看管，定時定期進(jìn)行檢查，若涉及到易燃爆、有腐蝕及有毒的化學(xué)灌漿材料，需采取嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。

2.2.2 灌漿工藝

化學(xué)灌漿施工工藝主要有以下幾個步驟：

（1）沿裂縫兩側(cè)鑿“U”形槽，上口寬3cm，下口寬2cm，槽深2cm。為使嵌補(bǔ)材料更好地與混凝土黏結(jié)，并使鑿槽表面整齊、平整，首先用切割設(shè)備垂直混凝土表面對混凝土進(jìn)行切割，深度不小于1cm，再進(jìn)行鑿槽； 用壓縮空氣清掃槽內(nèi)殘碴并用高壓水沖洗干凈后，安設(shè)灌漿管、回漿管，嵌入壓抹丙乳砂漿，形成縫口封閉。灌漿管孔徑不宜小于10mm，間距不大于50cm。

（2）縫內(nèi)沖洗。用清水自灌漿管壓入，回漿管排出，沖洗灌漿縫，至回水清澈。

（3）灌漿。自底部灌漿孔灌入，至回漿管出漿，然后關(guān)閉回漿管，進(jìn)行加壓注漿，控制壓力不大于0.3MPa，直至不吃漿為止。若吃漿量較大或有冒漿，可間歇灌漿。

（4）閉漿。灌漿結(jié)束后，關(guān)閉灌漿、出漿管，閉漿至凝固（時間根據(jù)試驗(yàn)確定）。

（5）拆除管路，封閉灌漿孔。拆除灌漿、回漿管，清理基面，用丙乳砂漿填實(shí)、抹平。

2.2.3 灌漿要求

（1） 漿液性能要求。①在灌漿壓力0.2～0.3MPa時，可灌入裂縫寬度0.1～0.2mm，在灌漿之前，需對漿液進(jìn)行可灌性試驗(yàn)。②固化物與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度應(yīng)大于1.5MPa。③固化物滲透系數(shù)小于10～6cm/s。④固化物應(yīng)具有較小的收縮率。⑤固化物應(yīng)具有良好的耐久性。⑥固化物能在潮濕環(huán)境下固化，并具有規(guī)定的強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度。⑦漿液在-10 ℃～20 ℃環(huán)境中具有穩(wěn)定性、可灌性和固化要求。

（2）嚴(yán)格按照要求進(jìn)行灌漿材料和漿液體積量度稱量，各灌漿材料均不得超實(shí)際用量的2%。

（3）為保證灌注漿液在低黏度時進(jìn)行，配制漿液需分批分次進(jìn)行，且在漿液配制完成后立即進(jìn)行灌注。

（4）灌漿前需做好一切準(zhǔn)備工作。灌漿所需設(shè)備器具及其他必須藥品用品均帶入場地，以保證施工質(zhì)量為前提，根據(jù)工程特點(diǎn)及需求選擇灌漿設(shè)備，一般現(xiàn)場應(yīng)備有灌漿設(shè)備，如手持沖擊電鉆、空壓機(jī)、承壓罐及配料罐等。對基礎(chǔ)表面裂縫及裂縫上、下兩米工作面處的浮灰、碎石等雜物進(jìn)行清掃、吹刷至裂縫清晰及干凈。

（5）灌漿開始前，首先選取代表性的灌漿位置進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，對裂縫的灌漿難易程度及灌漿措施做到心中有數(shù)，以保證灌漿的施工質(zhì)量。灌漿時需注意裂縫位置深淺，較淺的裂縫直接灌注環(huán)氧粘貼灌漿嘴，位置較深處的裂縫則需要鉆孔進(jìn)行灌漿。

灌漿采用梅花型布置鉆孔，具體位置可由施工單位參照設(shè)計圖紙，并根據(jù)現(xiàn)場裂縫實(shí)際分布情況進(jìn)行布設(shè)，孔距可根據(jù)裂縫實(shí)際開展寬度進(jìn)行調(diào)整，一般為0.5m，孔徑12mm，孔深15cm。裂縫交叉及分叉時，應(yīng)增設(shè)一個鉆孔；遇到鋼筋時，需要對孔深進(jìn)行調(diào)整；若遇分縫處開裂，需要在此處打騎縫孔，騎縫孔需要打進(jìn)漿砌石或混凝土中，孔徑20mm，向孔內(nèi)灌注環(huán)氧砂漿進(jìn)行填縫處理，填縫時需注意防止?jié){液進(jìn)入伸縮縫。裂縫較淺處不進(jìn)行鉆孔，對該段進(jìn)行裂縫封堵處理，首先鑿?fù)凇癠”形槽，然后嵌入壓抹丙乳砂漿，對此處進(jìn)行嚴(yán)密表面封堵。

對較深處裂縫進(jìn)行鉆孔灌漿及較淺處裂縫進(jìn)行表面嚴(yán)密封堵處理完畢后，清除殘留碎渣及灰塵，測量灌漿后孔深，用水壓不大于200kPa高壓水反復(fù)沖洗灌漿后的裂縫數(shù)次，直至裂縫反回清水，最后用風(fēng)壓不大于100kPa的高壓空氣沖刷縫面，同時，為保證灌漿漿液于裂縫的良好粘結(jié)不被影響，需要對沖刷縫面的壓縮空氣進(jìn)行通過油水分離器處理，確保避免影響灌漿施工質(zhì)量。

2.3 泄洪洞洞身處理

水泥灌漿之前首先對泄洪洞洞身環(huán)向裂縫進(jìn)行縫口封堵，環(huán)向裂縫縫口封堵工藝及技術(shù)要求同縱向裂縫縫口封堵。繼而進(jìn)行洞身鉆孔灌漿，洞身固結(jié)灌漿孔呈梅花形布置，排距2.0m （以環(huán)向縫位置為準(zhǔn)），單孔布設(shè)于洞頂中心位置，雙孔按照夾角90。布置，其灌漿工藝采用孔內(nèi)循環(huán)灌漿，材料為水泥漿，壓力控制0.3MPa，合格標(biāo)準(zhǔn)1lu，封孔材料為水泥濃漿或環(huán)氧水泥砂漿，灌漿結(jié)束后在環(huán)向裂縫及網(wǎng)狀裂縫位置涂刷環(huán)氧樹脂處理。

2.4 泄洪洞混凝土脫落處理

距泄洪洞出口7m處拱頂部位混凝土脫落，面積50cm×50cm，深25cm，鋼筋裸露，銹蝕嚴(yán)重，可見鋼筋上方為塊石。對洞身本工程缺陷采用設(shè)置錨桿、鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)處理。

2.4.1 錨桿設(shè)置

為保證施工安全及補(bǔ)強(qiáng)混凝土連接牢固性，在混凝土脫落部位設(shè)置錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。錨桿采用直徑20mm，錨深1.5m，在混凝土脫落范圍內(nèi)（上、下游方向1m、左右方向2m）設(shè)置3排，一排設(shè)置4根，間距50cm，錨桿采用水泥砂漿錨固。

2.4.2 基面清理

根據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)果，鑿除2m×1m×0.4m（長×寬×厚）范圍內(nèi)混凝土，露出原有結(jié)構(gòu)配筋。

2.4.3 布設(shè)鋼筋網(wǎng)

選用與原結(jié)構(gòu)鋼筋相同的間距及直徑，并與原鋼筋連接。

2.4.4 補(bǔ)強(qiáng)混凝土

采用丙乳混凝土澆注，襯砌設(shè)計澆注厚度40cm，與原結(jié)構(gòu)襯砌厚度一致，并保持過水?dāng)嗝嫫巾槨?/p>

3 結(jié)語

（1）經(jīng)對泄洪洞縱縫、環(huán)向縫、混凝土脫落和剝蝕進(jìn)行處理，以及壩外段外包混凝土補(bǔ)強(qiáng)防凍處理，結(jié)構(gòu)滿足承載力要求，并提高了工程的耐久性，且不影響泄洪洞的泄流能力，達(dá)到了泄洪洞洞身維修加固目的。

（2）由于泄洪洞出口斷面豎向收縮程度不足，敞泄情況下不能保證洞內(nèi)穩(wěn)定有壓流態(tài)，建議運(yùn)用中加強(qiáng)檢查，盡量避免長時間、全開度運(yùn)行。