水電站溢洪道閘墩加固技術的應用

國家電投集團江西電力有限公司 江西 南昌 330006

1 引言

某水電站樞紐建筑物由主壩、副壩、溢洪道、非常溢洪道(自潰壩)、發電廠房等組成。溢洪道設在主壩右岸以北約2km的埡口上,由引水渠道與水庫連接。溢洪道壩頂高程105.5m,最大壩高30.1m,設有三孔開敞式溢流堰,孔口尺寸9m×12m,中間設有3m寬閘墩,堰頂高程為91.4m,設有三扇弧形閘門,采用三臺固定式啟閉機起吊。

現今溢洪道已經運行50余年,工程老化程度日趨加劇,先天存在的工程安全隱患日益突出。為保證溢洪道自身安全,保障下游人民生命財產安全,并充分發揮水電站各項功能和效益,急需對閘墩進行補強加固處理。

2 閘室加固方案比選

目前我國閘室水工建筑物補強加固方案,主要有以下幾種方法:部分或全部拆除重建加固、置換鋼筋混凝土加固、粘鋼加固、粘貼纖維復合材料加固、預應力加固等。

根據目前幾種閘室加固方案的基本要求,并參考國內閘室加固實例,根據水電站溢洪道實際情況,由于閘墩混凝土強度僅為C10,左、右邊墩混凝土結構未見配筋,中墩混凝土結構有φ8@20的鋼筋,特別是閘墻表面15～20cm厚度為紅磚粉混凝土,表面已經碳化,強度很低。閘墩混凝土強度及配筋均不滿足采用粘貼鋼板加固、粘貼纖維復合材料加固、預應力加固的要求。閘墩及部分堰面拆除重建加固方案能夠從根本上解決閘墩存在的所有問題,但工程量、投資相對較大,工程處理時間較長,對水庫度汛有較大影響。綜合各種加固方案優缺點分析,結合溢洪道閘墩實際情況,同時考慮加固效果、施工工期、度汛風險及工程投資等綜合分析,最終采用置換鋼筋混凝土加固、新老混凝土結合技術、弧形閘門支座加固等技術進行閘墩加固。

3 加固技術應用

3.1 置換鋼筋混凝土加固 該水電站溢洪道邊墩混凝土強度偏低,表面未配置鋼筋,混凝土存在裂縫,表面碳化嚴重。針對這些問題,采用拆除邊墩表層30cm混凝土,并重新鋪設鋼筋網,澆筑滿足強度要求C25混凝土,解決邊墩混凝土強度不足的問題。新澆混凝土厚度僅為30cm薄層結構,溫度和干縮作用在新老混凝土結合面處易產生較大的拉應力。為防止閘墩在施工期和使用期出現裂縫,采用低熱混凝土,并在每方混凝土中摻入0.9kg聚丙烯腈纖維(單絲型),優化混凝土配合比,采用特殊施工及養護工藝等。加固關鍵技術有:①采用低熱水泥,在混凝土中添加減水劑等外加劑,盡量降低膠凝材料用量,降低混凝土水化熱;②在混凝土中適量摻入聚丙烯腈纖維(單絲型),以防止閘墩新澆混凝土在施工期和使用期出現裂縫;③在混凝生產拌制中加入了JM—PCA聚竣酸高性能減水劑、GYQ引氣劑,控制混凝土塌落度,控制混凝土分倉澆筑時間、養護時間,鋪設潮濕草袋進行保溫防護等施工關鍵技術。

3.2 新老混凝土結合技術 置換混凝土加固法基本要求:為了新、舊混凝土協調工作,并避免在局部置換的部位產生“銷栓效應”,故要求新置換的混凝土強度等級不宜過高,一般以提高一級為宜;為了防止結合面在受力時破壞,在重要結構或置換混凝土量較大時,應在結合面上種植貫穿結合面的拉結鋼筋或螺栓,以增加被動剪切摩擦力的傳遞。為此采取在老混凝土表面設置三角形鍵槽,在混凝土澆筑過程中采用在老混凝土面涂刷無機界面粘結膠,布設插筋,插筋頂部與面層鋼筋網焊接,有效增強新老混凝土結合性能,使新老混凝土形成整體,共同受力。

3.3 邊墩弧形閘門支座綜合加固技術 邊墩弧形閘門支座加固關鍵技術主要有:①將邊墩原弧形閘門支座兩側加寬,新澆弧形閘門支座混凝土與原混凝土結合面鑿毛、植筋并涂刷界面膠;②在弧形閘門支座外表面包鋼,與內部預埋鋼板焊接形成整體,使邊墩弧形閘門新老混凝土緊密結合,共同工作;③在邊墩表面新澆30cm厚薄壁混凝土中布置扇形鋼筋。通過上述加固技術的綜合使用,解決了邊墩弧形閘門支座附近閘墩局部混凝土抗拉和支座裂縫控制不滿足規范要求和閘墩局部受拉區扇形受拉鋼筋配置不足的問題。

3.4 新材料、新工藝的應用 針對人工風鎬拆除邊墩薄層混凝土方案進度緩慢、施工難度較大等問題,根據現場情況,選用金剛石繩鋸切割邊墩混凝土方案,既提高了混凝土鑿除深度精確度,又保證了工程進度要求。

在邊墩表面混凝土置換、邊墩弧形門支座加寬等加固項目中,為加強新老混凝土界面的粘結力,以保證新老混凝土形成整體,共同受力,達到理想的加固效果,在老混凝土面植筋過程中采用了無機植筋膠,同時在新老混凝土結合面上采用新老混凝土界面無機粘結膠。在閘墩表面混凝土防碳化加固項目中,采用了防碳化性能好的丙乳砂漿。

4 結語

2016年10月,該水電站溢洪道閘墩補強加固工程正式開工,2017年2月,混凝土置換等主體工程完工。2017年3月,順利通過主體工程投入使用驗收,水庫開始正常蓄水。2019年5月,工程通過竣工驗收。工程已經歷2017年、2018年、2019年及2020年4個汛期高水位考驗,在每年汛前進行的溢洪道閘門啟閉試驗和2017年、2019年洪水過程中閘門均能正常啟閉,溢洪道運行穩定。通過觀測數據分析和混凝土取芯檢測,反映新老混凝土結合良好,能夠形成整體共同受力。