安康水电站表孔消力池底板修复技术研究.docx
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安康水电站表孔消力池底板修复技术研究
安康水电站表孔消力池底板修复技术研究
王增利
一．电站概况
安康水电站位于汉江上游，在陕西省安康市城西18km处。
下游距已建丹江口水电站约260km，上游距已建的喜河水电站约145km。
安康工程以发电为主，兼顾防洪、航运、养殖、旅游等综合利用效益。
水库正常蓄水位330m，死水位300m。
正常蓄水位以下库容25.8亿m³，可进行不完全年调节。
水库预留3.6亿m³防洪库容，可以消减五年至二十年一遇洪水洪峰流量3000～4500m³/s。
坝址多年平均流量608m³/s，多年平均年径流量192亿m³/s，设计洪峰流量（P=0.1%）36700m³/s，校核洪峰流量（P=0.01%）45000m³/s。
电站总装机容量800MW，保证出力175MW，多年平均发电量28亿kW.h，年利用小时数3500h。
电站枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物、坝后式厂房和通航设施等建筑物组成。
二．工程基本情况及历史资料
2.1工程基本情况
安康水电站表孔消力池长108m，宽91m，纵横缝将池底板分成37块，除最右侧11坝段7块宽9m（另6m与小导墙连接），其余为19×18m。
池底板高程229.00m,尾坎高程243.00m，池深14m。
消力池底板厚均≥7m,最厚处达到20m，底板表面为1m厚R28300#抗冲混凝土，其内设一层抗冲防裂钢筋网，以下为R28150#基础混凝土，深度大于7m坑槽部位回填R28100#混凝土。
各块纵横缝在面层抗冲混凝土内设铜止水和塑料止水各一道，基础混凝土纵横缝内设键槽相嵌连接，表下0+090.00m、0+108.00m两条纵缝进行了并缝灌浆。
消力池底板下设有抽排系统，纵横排水廊道，廊道底板高程为222.50m，横向廊道骑缝布置，纵向廊道在缝下3.75m处，廊道内设有基础排水孔，用以降低消力池底板的仰压力。
廊道集水汇入小导墙墙6的集水井，经布置在252.5m高程的深井泵抽排至尾水渠。
池底板除11池4至11池6和12池3至12池4底板很厚，没进行灌浆外，其余底板均进行了固结灌浆。
2.2历史处理情况和存在问题
安康电站表孔消力池底板存在层间脱离等缺陷，曾先后于1996年、2000年、2002年和2004年和2007年进行过5次修复处理。
1996年表孔消力池加固后，经历了1998年多次较大洪水，造成了锚筋及伸缩缝多处破坏。
1999年3月31日表孔消力池漏水量达到4652ml／s。
2000年2月进行加固定处理，期间漏水量较小，当年最大漏水量（2月29日）仅465ml／s，但由于个别锚杆孔未进行很好的回填封堵，在2001年3月7日漏水量达到最大3792ml/s。
2002年3月进行抽水处理，在伸缩缝处理试验中，忽视了封堵材料与混凝土的粘结，2003年经历了多次较大洪水后，2004年2月初漏水量明显增大，3月25日最大达到4209ml/s。
2006年7月12日泄洪后密封门打开检查发现表孔消力池漏水量突然增大，在消力池底板廊道出现2个贯穿性集中漏水点，其中1号渗水点位于11池1、12池1靠近拱顶处，漏水量约为5850ml/s。
2号漏水点位于13池2、池5间，漏水量约为3380ml/s。
7月24日（泄洪后）密封门打开后现场检查发现除1、2号集中漏水点外，位于13池3的原脉动压力管集中漏水处又开始漏水（05年初处理后至一直未漏水），该点在7月13日消力池检查时仅有滴水产生。
估测总漏水量（包括3个漏水点）约为15600ml/s，相比7月13日总漏水量9230ml/s有明显增大。
7月30日继续增大到20500ml/s。
2007年8月2日～8月6日对该三处漏水点采用化学灌浆进行封堵。
8月8日漏水量减小到750ml/s
2011年11月抽水完成后对消力池底板进行检查发现，铁钢砂与弹性环氧砂浆实验块出现大面积脱落，其中铁钢砂实验块多半破坏，弹性环氧砂浆实验块基本全破坏，部分区域出现小面积冲坑；锚杆出现个别被拔出，锚杆头及头部环氧护面脱落较多。
最大面积及最大冲蚀坑均出现在11坝段和13坝段。
整个消力池共有近300余个插筋表面环氧脱落，钢筋外露，个别插筋有拨出现象。
3.5钢结构橡胶围堰的使用
原设计施工围堰为土石围堰，位于表孔消力池尾坎上。
为确保工程顺利施工，经多次研究分析：
第一，消力池尾坎较为狭窄，不便于土石围堰的填筑。
若填筑土石围堰必须占用尾水河道，施工量大。
第二，施工难度大，土石材料的运输很不方便。
第三，土石围堰施工效果不好，需经常检查维护。
若遇到高水位或洪水过程，长期浸泡或冲蚀，会威胁到施工人员及工地安全。
土石围堰与钢结构橡胶围堰的优缺点对比
土石围堰
钢结构橡胶围堰
填筑土石方量大，场地不足
占用空间小，利于施工
材料运输不便，需多辆运输设备
施工材料用一条船便可运输围堰所需材料
经不起长期浸泡，特别是洪水冲蚀
结构坚固，经久耐用
施工期长
施工期仅需5天左右
不环保，影响河床生态。
污染河水
可以实现0污染
3.8钢纤维混凝土配合比设计试验研究成果
3.8.1钢纤维混凝土施工配合比设计
2、混凝土配合比优化
为使新、老混凝土良好结合，优化水泥用量，降低混凝土内部水化热温升，减小新浇混凝土温度变形，有利于新老混凝土结合，科研小组在拟定配合比的基础上，对配合比进行了优化设计。
为此科研小组就天然砂的颗粒级配和细度模数进行了多次试验，将多组数据统计研究分析，根据试验得到的混合砂颗粒级配和细度模数2.90，以及各种原材料的检验结果，进行配合比优化试验，优化后的配合比及试验结果见表
钢纤维混凝土施工配合比
混凝土
强度等级
级配
水
胶
比
砂
率
每m3混凝土材料用量（kg/m3）
水
水
泥
粉
煤
灰
钢
纤
维
砂
大石
中
石
小
石
减水剂
（%）
引气剂
（/万）
C35W8F100
三
0.35
24%
112
288
32
40
482
610
458
457
2.24
0.16
钢纤维混凝土抗压、劈裂抗拉强度
设计强度等级
抗压强度/MPa
劈拉强度/MPa
7d
28d
7d
28d
C35W8F100
33.7
45.5
1.82
2.55
3.8.2研究结论
1、根据参照三峡工程中混凝土配合比设计试验的先进经验，安康消力池底板修复处理工程抗冲耐磨钢纤维混凝土配合比设计过程中采用了以中热硅酸盐水泥掺用I级粉煤灰，联合掺用高效减水剂和引气剂的技术方案，在确保混凝土施工性能、强度性能和耐久性能的同时，混凝土单位用水量得到了有效降低。
2、混凝土配合比得到了现场生产及施工应用验证，检测成果表明，混凝土配合比满足设计的各项指标要求。
从强度统计结果分析，混凝土强度保证率满足规范及设计要求，混凝土生产控制水平优良。
3.10新老混凝土结合面处理
为使新老混凝土结合满足质量要求，在混凝土浇筑前，对施工组织顺序及新老混凝土结合面处理工序的工艺方法进行研究，通过优化结合面锚杆施工、界面处理剂涂刷等各施工工序，最终满足了施工质量和进度要求。
1、结合面锚杆施工
为有利于新老混凝土结合为整体，限制结合面拉应力，设计在新老混凝土结合面设置砂浆锚杆。
浇筑混凝土内布置两层钢筋网。
在消力池底板范围内布置锚筋3264根（Ø28，L=3.6m），下端深入老混凝土2.5m，上端与上层钢筋网焊接。
锚杆施工安排在止水槽开挖和0.1m保护层凿除工序后，混凝土浇筑前实施，可以避免安装后的锚杆对止水槽开挖及保护层凿除施工造成影响，同时避免了对安装后锚杆的碰撞和扰动。
2、界面处理剂的涂刷
表孔消力池底板从通水已经运行了22年，由于泄洪量大、流速高，表孔消力池底板脉动压力造成底板防冲层的破坏严重，混凝土各个部位均有不同程度的裂缝。
按照施工技术要求“为了提高新老混凝土结合面的粘结力，在新浇混凝土前，需在结合部位涂刷一层厚水泥：
丙乳乳液=2:
1的丙乳净浆作为新老混凝土界面处理剂。
每次涂刷的面积应与浇筑强度相适应，以涂刷1h内（根据施工现场温度确定，丙乳净浆以触干为宜）开始混凝土浇筑覆盖，铺设工艺必须保证新浇混凝土能与老混凝土结合良好。
”
首先，在备仓时必须将新老混凝土接触面凿毛并清理干净，在浇筑前1h进行丙乳净浆界面处理剂的涂刷，涂刷面保持潮湿无积水，涂刷速度与混凝土浇筑速度相适应，按刷涂界面剂后在1小时内覆盖混凝土控制。
其次，为防止界面剂涂刷面积过大，在浇筑中采用人工进行涂刷，丙乳净浆根据浇筑坯层的厚度随拌随用，采用电子称量系统称量，电动搅拌器搅拌均匀。
经过实际操作效果较好。
通过本项目对刷涂界面剂后新老混凝土结合面受力性能情况的研究，得出以下试验结果：
①刷界面剂新老混凝土结合试块的劈裂抗拉强度为1.33MPa。
②28天龄期的新混凝土试块的劈裂抗拉强度为2.20MPa。
通过试验结果，分析得出以下结论：
①试块断裂处未出现在新旧混凝土结合处，说明界面剂与新混凝土和旧混凝土之间的粘结强度不是整个试块中最薄弱的环节。
②新老混凝土结合面涂刷界面剂对提高结合面粘合力是有利的。
3.12SK手刮聚尿的应用：
产品简介聚脲弹性涂料采用了端氨基聚醚和液态二元胺扩链剂作为活泼氢组份与异氰酸酯组份的反应活性极高这一技术原理，无需任何催化剂，即可在室温甚至零摄氏度以下瞬间完成反应，且材料性能极佳。
主要特性
1、A、B两组份100%参与成膜反应，无VOC排放。
2、室温下喷涂，超速固化，不需烘烤。
3、采用高压无气喷涂反应成型，一次性喷涂膜厚可达5毫米。
4、涂膜具有优异的弹性体物理力学性能，耐磨损，抗冲击，耐擦刮。
5、涂膜附着力强，在各种基材表面附着良好。
6、涂层致密，防腐防水性能好。
7、耐化学品性能好，可在各种酸、碱、盐环境下长期使用。
8、耐老化性能好，户外长期使用不起泡、不粉化、不脱落、不开裂。
表1SK抗冲磨型手刮聚脲的主要技术指标
项目
技术指标
拉伸强度
大于20MPa
扯断伸长率
大于200%
撕裂强度
大于70kN/m
硬度，邵A
60～80
附着力（潮湿面）
大于2.5MPa
耐磨性（阿克隆法）
小于15mg
颜色
浅灰色，可调
处理要求：
（1）底材处理：
混凝土底面处理首先用角磨机（钢磨片头）对混凝土表面进行打磨，清除混凝土的棱角，用高压水枪冲洗表面的灰尘、浮渣，待水分完全挥发后，再用角磨机（钢丝刷头）钢丝刷，清除混凝土表面凹部杂物。
（2）界面剂施工：
底面处理后，在混凝土表面涂刷BE14界面剂，涂刷厚度要求薄而均匀，无漏涂现象，保证SK手刮聚脲与混凝土之间的粘结强度大于2.5MPa。
（3）基底混凝土找平：
对混凝土表面局部孔洞用高弹性聚脲砂浆填补找平（混凝土面不能有突变）。
（4）涂刷SK手刮聚脲：
1）大面积涂刷SK手刮聚脲（抗冲磨型）厚度为2mm，涂刷两遍以上。
2）SK手刮聚脲涂层厚度要均匀，SK手刷聚脲各层之间的粘接很好。
3）SK手刮聚脲的施工应在界面剂施工后4~8小时内进行（根据现场温度），并保证厚度大致均匀。
在涂刷界面剂期间，要求基面干燥，不能过水，保证抗冲磨涂层与被保护的混凝土之间良好的粘接。
4）在混凝土拐角部位厚度要求大于3mm。
（5）注意事项：
1）在SK手刮聚脲涂刷范围的周边，为了保证SK手刮聚脲涂层与周围混凝土的搭接牢固可靠，避免在高速水流冲刷下开口掀起，收边处混凝土打磨成倒三角，边缘聚脲厚度大于2mm，并保证SK手刮聚脲与周围混凝土搭接边处采用平滑过渡（见图a）。
2）涂刷均匀，涂刷一次成型，不要来回涂，防止出现小包。
图a混凝土表层涂刷SK手刮聚脲收边示意图
三.主要研究内容
本次修复将表层抗冲磨混凝土全部拆除，浇筑新混凝土至原设计体形。
拆除范围共25块，混凝土8406m³。
其中19×18m，19块；9×18m，6块。
新浇混凝土采用三级配C35钢钎维混凝土，内布置两层钢筋网。
在消力池底板范围内布置锚筋3264根（Ø28，L=3.6m），下端深入老混凝土2.5m，上端与上层钢筋网焊接。
新浇筑的消力池底板纵横缝设置U型铜止水，长1058m（宽60cm，厚0.8mm），铜止水上设WGB止水条，周边需要在老混凝土上凿槽重新设置止水，上下侧各设置WGB止水条。
硬质聚氯乙烯闭孔泡沫板998m2，界面粘结剂喷涂7470m2。
四．使用结果监测
4.2新老混凝土结合面开合度监测
4.2.2运行期结合面开合度观测
运行期从新老混凝土结合面部位19支测缝计观测结果看，测缝计测值变化速率较小，混凝土结合面基本处于稳定状态，见以下典型开合度/温度-时间关系曲线图。
从总体测缝计监测资料分析，新老混凝土结合面前期呈受压闭合状态的较多，实测开合度值很小，新老混凝土结合面开合度测值变化范围在-0.11mm～2.77mm之间，满足设计要求。
4.3新老混凝土结合面渗透压力监测
4.3.2运行期渗透压力
运行期从新老混凝土结合面部位15支孔隙水压力计观测结果看，孔隙水压力计测值全部呈减小趋势，表明新老混凝土结合面间隙呈受压逐渐闭合变化趋势，测值变化范围在-34.88kpa~93.99kpa之间，无渗透水压力。
见以下典型渗水压力/时间过程曲线图。
4.4小结
通过运行期监测数据分析对比，新老混凝土结合面间隙呈受压闭合变化趋势，开合度值很小。
表明各监测仪器运行期测值变化小，未出现异常变化,满足设计要求，因此消力池底板混凝土结构稳定。
4.5表孔底板廊道渗漏水监测结果
通过对安康水电站表孔消力池底板修复处理工程，修复前与修复后的漏水量分析：
表孔消力池底板修复处理施工前，通过对2011年8月1日~2011年11月1日安康水力发电厂廊道内自动化采集监测数值分析，表孔消力池漏水量最大值2960ml/s，最小值620ml/s，平均值1914ml/s。
表孔消力池底板修复处理施工后，通过对2012年4月1日~2012年9月1日安康水力发电厂廊道内自动化采集监测数值分析，表孔消力池漏水量最大值440ml/s，最小值210ml/s，平均值250ml/s。
经过此次安康水电站消力池地板修复处理施工后，通过2012年汛期表孔两次泄洪8000m3/s流量，监测数据表明，新老混凝土结合处于闭合状态；安康水电站表孔消力池底板修复处理工程施工效果明显、成果显著，满足设计要求。
五.研究成果应用前景
水工混凝土建筑物规模宏大，对国家的经济建设和防汛等多方面有巨大的社会效益和经济效益。
我国二十世纪八十年代以前建设的混凝土坝由于设计标准低、施工质量不良、管理不善等原因，导致大坝混凝土过早地出现了老化和病害，许多工程需要进行大修。
另外，国内五十年代至八十年代修建的大坝比较多，一般经过20~30年以上的运行都会不同程度的存在质量问题，修复改造施工项目将逐渐增多，该项目的研究成果将为在正常运行条件下，对大型表孔泄流水电站消力池进行修复、改造总结出良好的施工经验，对老化、病害水工混凝土建筑物修复处理提供了良好的借鉴，应用前景广阔。
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