奴爾水利樞紐泄洪沖沙洞及消力池修復設計

班懿根

(新疆塔里木河流域奴爾水利樞紐建設管理局，新疆 策勒 848300)

1 工程概況

奴爾水利樞紐是奴爾河上的控制性工程，是一座承擔灌溉、發電綜合利用任務的樞紐工程。水庫總庫容為0.69億m3，正常蓄水位為2497 m，死水位2465 m，電站總裝機容量為6.2 MW，多年平均年發電量為0.217億kW·h。工程由攔河壩、導流兼泄洪沖沙洞、溢洪洞、發電引水系統及電站廠房等組成。大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，最大壩高80 m。工程地震設防烈度為Ⅷ度。

奴爾河流域屬暖溫帶大陸性干旱氣候，四季分明，夏季炎熱，冬季寒而不冷，春季升溫快而不穩定，秋季降溫快，降水稀少，日照豐富，氣溫年、日變化大，無霜期長，緯度地帶性氣候變化明顯。奴爾河山區歷年極端最高氣溫36.4 ℃，極端最低氣溫-22.5 ℃，多年平均氣溫4.7 ℃，多年平均年降水量195.0 mm，多年平均年蒸發量1267.4 mm。

奴爾河及其臨近流域均無推移質觀測資料，由于工程區地處南疆山區，結合該區域周邊已建水利工程的設計成果和實際運行情況，推移質輸沙量占年懸移質輸沙量的比例按20%考慮。經計算奴爾水文站推移質輸沙量為12.75×104t。奴爾河流域奴爾水文站的天然輸沙量為懸移質輸沙量與推移質輸沙量之和。其多年平均年輸沙總量為76.5×104t，多年平均含沙量3.73 kg/m3。

2 水庫導流兼泄洪沖沙洞沖蝕、磨蝕現狀

(1)導流兼泄洪沖沙洞有壓洞洞身。通過對導流兼泄洪沖沙洞有壓段洞身整體進行查看，洞內混凝土襯砌段底拱40°～60°范圍有磨損現象；形成0.1～0.2 m的小溝，寬度約1 m。洞身局部有露筋，露筋主要為分布鋼筋，露筋部位磨損嚴重，且有部分鋼筋斷裂現象，局部個別地方發現受力筋磨斷現象。隧洞頂拱整體情況良好，磨損輕微或未磨損。

(2)導流兼泄洪沖沙洞工作閘井。導流兼泄洪沖砂洞閘井底板發現磨蝕現象。局部較嚴重，有0.2 m的坑槽。鋼板底部工字鋼出露。

(3)導流兼泄洪沖沙洞出口。出口消力池陡坡段底板局部有露筋，露筋主要為分布鋼筋，露筋部位磨損嚴重。在陡坡段底板出露的排水管的位置混凝土磨損嚴重[1-2]。

3 工程修復方案設計

3.1 底拱漏水部位處理

采用水溶性聚氨酯灌漿材料對裂縫、伸縮縫進行化灌處理。該材料是由異氰酸酯與伯羥基聚醚等經一定工藝合成而得的單組分灌漿材料[3-4]。性能指標見表1。

表1 水溶性聚氨酯灌漿材料技術指標

封孔材料—GMT高性能改性聚合物修補砂漿其介紹、性能特點、主要技術參數見表2。

表2 GMT高性能改性聚合物修補砂漿技術指標

3.2 導流兼泄洪沖沙洞沖蝕、磨蝕處理

導流兼泄洪沖沙有壓洞身底拱混凝土襯砌段40°～60°范圍有0.1～0.2 cm、寬約1 m的小溝，局部有露筋、斷筋現象；工作閘井磨蝕嚴重，有20 cm坑槽，鋼板底部工字鋼露出；出口消力池有露筋、鋼筋磨損嚴重，需針對三段不同的沖蝕、磨蝕破壞的不同程度，有不同處理方案。

3.2.1 磨損厚度δ≤3 cm區域

(1)修補材料。磨損厚度δ≤3 cm，采用專用環氧樹脂基液處理劑和改性環氧抗沖磨修復材料修補，本項目擬使用的GMT新型快速修復抗沖磨砂漿專用界面處理劑雙組分改性環氧界面劑和GMT新型快速修復抗沖磨砂漿的性能見表3和表4。

(2)修補施工工藝。磨損厚度δ≤3 cm區域GMT新型快速修復抗沖磨砂漿修補的工藝流程為：確定修補區域→待修補區混凝土基面清理及打磨→清洗并干燥→涂刷雙組分改性環氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復抗沖磨砂漿→養護。

表3 雙組分改性環氧界面劑主要性能參數

表4 GMT新型快速修復抗沖磨砂漿主要性能參數

3.2.2 磨損厚度3 cm<δ≤10 cm區域

(1)修補材料。底板磨損厚度3 cm<δ≤10 cm，根據設計要求，該修補厚度區域可采用強度不低于M40砂漿作為基地，考慮到洞內實際情況該修補區的基面為潮濕基面，按照潮濕基面進行修補處理，宜選用高性能改性聚合物砂漿和GMT新型快速修復抗沖磨砂漿兩種修復材料復合使用，其中高性能改性聚合物砂漿修補厚度為1～8 cm，作為基層修補材料，其余2 cm用GMT新型快速修復抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進行修復，不足2 cm的，應鑿深至2 cm，當修補面積大于0.5 m2時，布置Φ20同型插筋。

(2)修補施工工藝。混凝土表面磨損厚度3 cm<δ≤10 cm區域，高性能改性聚合物砂漿作為基層修補材料修補1～8 cm，GMT新型快速修復抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進行表面2 cm修復，工藝流程為：確定修補區域→待修補區混凝土基面清理及鑿毛→清洗→涂刷高性能改性聚合物凈漿→鋪筑高性能改性聚合物凈漿→養護，干燥→涂刷雙組分改性環氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復抗沖磨砂漿→養護→混凝土接縫面涂刷雙組分改性環氧界面劑。

3.2.3 磨損厚度10 cm<δ≤15 cm區域

選用與原設計同標號混凝土回填至表層2 cm，剩余深度2 cm用GMT新型快速修復抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進行修復，不足2 cm的，應鑿深至2 cm，當修補面積大于0.5 m2時，布置Φ20同型插筋。

(1)修補材料。底層修復材料(8～13 cm)：洞身段，C40W10二級配混凝土;閘井段，C40F200W6二級配混凝土;消力池段，C40F200W6二級配混凝土。表面抗沖磨材料(2 cm)：雙組分改性環氧界面劑；GMT新型快速修復抗沖磨砂漿，性能見表3與表4。

(2)修補施工工藝。混凝土表面磨損厚度10 cm<δ≤15 cm區域，根據設計要求，回填指定的二級配混凝土進行底面修補，表面2 cm采用抗沖磨材料GMT新型快速修復抗沖磨砂漿抹面，修補工藝流程為：確定修補區域→破損區混凝土基面清理及鑿毛→清洗處理→鋼筋處理，回填指定混凝土→灑水養護，干燥處理→涂刷雙組分改性環氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復抗沖磨砂漿→養護→混凝土接縫面涂刷雙組分改性環氧界面劑。

3.2.4 磨損厚度δ>15 cm區域

露出鋼筋處理，根據情況，進行鋼筋除銹、置換，鋪設鋼筋網，后選用與原設計同標號混凝土回填至表層2 cm，剩余深度2 cm用GMT新型快速修復抗沖磨砂漿為抗沖磨抹面材料進行修復，不足2 cm的，應鑿深至2 cm，當修補面積大于0.5 m2時，補焊鋼筋，加鋼筋網。

(1)修補材料。底層修復材料(大于13 cm)：洞身段，C40W10二級配混凝土；閘井段，C40F200W6二級配混凝土；消力池段，C40F200W6二級配混凝土。表面抗沖磨材料(2 cm)：雙組分改性環氧界面劑與GMT新型快速修復抗沖磨砂漿。

(2)修補施工工藝。混凝土表面磨損厚度10 cm<δ≤15 cm區域，根據設計要求，回填指定的二級配混凝土進行底面修補，表面2 cm采用抗沖磨材料GMT新型快速修復抗沖磨砂漿抹面，修補工藝流程為：確定修補區域→破損區混凝土基面清理及鑿毛→清洗處理→鋼筋處理，鋪設鋼筋網，回填指定混凝土→灑水養護，干燥處理→涂刷雙組分改性環氧界面劑→待表干→鋪筑GMT新型快速修復抗沖磨砂漿→養護→混凝土接縫面涂刷雙組分改性環氧界面劑。

4 結 語

對于多泥沙河流來說，水利樞紐工程的泄洪沖沙洞與消力池部位發生磨蝕現象較為普遍。針對此種情況，根據奴爾水庫工程磨蝕深度，采用專用環氧樹脂基液處理劑、GMT新型快速修復抗沖磨砂漿、改性環氧抗沖磨修復材料等不同方案進行修補。工程實踐表明，設計方案滿足規范及運行要求，可為類似工程設計提供參考借鑒。