赵山渡水电站泄洪闸闸墩补强及消能设施消缺

时间：2024-07-28

张晓武，潘巍伟

（浙江珊溪水利水电开发股份有限公司，浙江温州325300）

1 引言

赵山渡水电站位于浙江省瑞安市高楼镇，水库总库容3414万m3，水电站属于河床式贯流水电站，已经安全运行20年，目前发现泄洪闸下游消能设施（闸墩过水部位、消力池、下游护坦、海漫）局部部位出现了混凝土表层冲蚀、破损、骨料出露和露筋等现象，下游护坦及海漫分块间局部部位出现了不均匀沉降，导致边缘破损等情况，泄洪闸下游消能设施主要存在混凝土板块伸缩缝错台、消力池底板露筋、混凝土破损及骨料裸露等缺陷，影响了主体工程的正常安全运行，存在安全隐患[2]。主要存在问题有：

（1）消能设施混凝土表面冲蚀、磨损严重，存在多种缺陷，根据缺陷类型主要可分为混凝土表面裂缝、混凝土分块错台、消力池底板露筋、混凝土破损等几类情况。

（2）混凝土表面裂缝多表现为之前处理的旧裂缝因冲蚀出现破损；混凝土分块存在错台，错开宽度约6～12cm，破损冲蚀区部分露出钢筋，破损深度约10～35cm，露筋面积约20～40m2；在浅滩区号1～号7孔位置，消力池底板冲蚀磨损情况严重，露骨现象明显，整体底板较原有混凝土面冲蚀深度约5～7cm，其中号1、号6闸孔下游消能设施混凝土产生冲蚀、破损严重；主槽区底板冲蚀磨损程度相对较低，局部出现露骨现象，底板整体上较原有混凝土面冲蚀深度约3cm；此外，闸墩混凝土过水区域局部也出现了骨料裸露和露筋情况。

（3）护坦、海漫混凝土分块存在不均匀沉降，导致分块边缘混凝土破损，部分露出钢筋，破损深度约5～20cm，破损面积约1～3m2。

2 现场检测

2018年10月23日～10月26日，对泄洪闸下游消能设施（消力池、护坦、海漫）进行现场检测，检测项目为工程外观质量及混凝土裂缝、混凝土碳化深度、钢筋锈蚀、钢筋保护层厚度及混凝土强度等[3]。

2.1 外观质量检查及裂缝检测

（1）消力池。主要存在伸缩缝破损（总长1372.80m）、露筋（总面积为248.64m2）、1号～16号闸下消力池过水区域混凝土冲刷破坏及骨料出露（总面积为22.15m2）等缺陷[4]。

（2）消力池下游侧边墙。主要存在伸缩缝破损（普遍存在于各混凝土板连接处）、混凝土冲刷破坏（共有6处，最大深度0.23m）、混凝土裂缝（总长10.87m，最大宽度3.8mm）、钢筋出露（共有4处，最大一处长3.35m，宽1.29m，深0.19m）等缺陷。

（3）护坦。主要存在表面混凝土冲刷及骨料出露（普遍存在于各混凝土板的表面）、沉降伸缩缝破损及不均匀沉降（普遍存在于各混凝土板连接处）、混凝土面板连接处破损及渗漏、混凝土冲坑（共有9处，最大深度0.26m）、裂缝（总长44.65m，最大宽度4.7mm）、钢筋出露（共有1处）等缺陷。

（4）海漫。主要存在包括表面混凝土冲刷及骨料出露（普遍存在于各混凝土板的表面）、各混凝土板及板的连接处普遍存在不均匀沉降和沉降伸缩缝破损现象、混凝土面板连接处破损及渗漏、混凝土冲坑（共有17处，最大深度0.36m）、裂缝（总长58.47m，最大宽度4.6mm）等缺陷。

2.2 混凝土表面碳化深度及钢筋混凝土厚度检测

各受检部位混凝土碳化深度均小于钢筋保护层厚度，内部钢筋处于混凝土的有效保护中。

2.3 钢筋锈蚀检测

消力池（号10闸孔桩号闸下0+076.30m、号11闸孔桩号闸下0+076.20m）、护坦（号9闸孔桩号闸下0+081.20m）处受检钢筋发生锈蚀概率为50%，可能存在坑蚀现象，其他受检部位钢筋无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定，锈蚀概率为5%。

2.4 混凝土强度检测

各受检部位的混凝土现龄期抗压强度推定值均大于相应的设计值，满足设计要求（消力池和护坦的混凝土设计标号为200号，海漫的混凝土设计标号为150号）；消力池、护坦、海漫所处环境类别为二类，根据现行《SL191-2008水工混凝土结构设计规范》要求，设计强度等级不宜小于C25，混凝土强度不满足现行规范要求[5]。

3 成因分析

3.1 大流量泄洪冲蚀

赵山渡水电站运行多年，经历过多次大流量泄洪。泄洪时，泄洪闸下游消能设施在携带有大量的悬浮泥沙颗粒的高速水流环境下运行，水流使得悬浮泥沙颗粒具有较大的动能，冲撞过流表面，从而造成过流部位表面严重的冲蚀磨损，这是造成泄洪闸下游消能设施缺陷的主要原因。

3.2 建设条件及材料水平限制

受当时建设条件限制，泄洪闸下游消能设施采用的混凝土强度标号较低，其中，消力池为200号钢筋混凝土，下游护坦及海漫为150号钢筋混凝土。同时，受当时材料水平限制，闸墩、消力池、下游护坦及海漫也均未设置表面防冲磨层。

4 补强消缺方案设计

4.1 裂缝封缝处理

（1）渗水裂缝处理。混凝土渗水裂缝先进行缝内灌浆填充封闭处理，灌浆材料为水溶性聚氨酯化学灌浆材料。工艺为：①清缝；②钻孔埋管；③封缝灌浆。

（2）不渗水裂缝处理。缝宽δ＜0.2mm 时，本次设计不做处理。缝宽δ≥0.2mm 时，做灌浆充填封闭处理，灌浆材料为HK-G-2低粘度环氧灌浆材料，具体施工工艺：①清缝；②钻孔埋管；③封缝灌浆。

4.2 混凝土破损修复处理

混凝土破损部位根据破损深度分为三类：Ⅰ类破损（深度≤3cm）；Ⅱ类破损（保护层厚度＞深度＞3cm）；Ⅲ类破损（深度≥保护层厚度）。根据不同的破损类别，采用相应的修复措施，具体如下。

（1）Ⅰ类破损修复。对于Ⅰ类破损，采用HKKB-1聚合物混凝土（砂浆）回填的方式进行修复。

（2）Ⅱ类破损修复。对于Ⅱ类破损，采用先布设插筋和表层钢筋网，再采用HK-KB-1聚合物混凝土（砂浆）回填的方式进行修复。

（3）Ⅲ类破损修复。对于Ⅲ类破损，采用先对外露钢筋进行除锈处理，再布设插筋和表层钢筋网，最后采用HK-KB-1聚合物混凝土（砂浆）回填的方式进行修复。

4.3 闸墩表面抗冲磨处理方案及比选

为增强过水建筑物的抗冲耐磨性能，在现有过水建筑物表面新设耐磨蚀护面是比较常规的做法[6]。针对新设耐磨蚀护面材料，经过比选，最终采用了环氧树脂混凝土进行补强处理。

对泄洪闸闸墩补强范围内的过水面采用增设耐磨蚀护面的方法进行补强处理，护面材料为HKUW-3混凝土，厚度为1cm。具体施工工艺可参考以下工艺：①表面处理；②涂刷底胶；③环氧砂浆覆盖处理；④起始端处理；⑤缺陷检查；⑥材料性能。

5 实践与结论

5.1 施工实践

本工程裂缝处理350m，混凝土破损修复32处，环氧树脂混凝土抗冲磨护面（厚1cm）3062m2。

混凝土消缺及加固处理范围包括枢纽泄洪闸闸墩、泄洪闸下游护坦段及海漫段，根据枢纽布置泄洪闸分为主槽区段和浅滩区段两部分[7]，中间有导墙分隔。主槽区泄洪闸堰顶高程8.5m，消力池底高程3.5m，护坦及海漫高程6.5m；浅槽区泄洪闸堰顶高程10.5m，消力池底高程5.0m，护坦及海漫高程7.0m；原1台机满发下游水位为9.6m，2台机满发下游水位为10.3m。机组发电运行下游水位抬升会影响泄洪闸下游施工，按水位设施工围堰工程量过大，考虑多年运行下游水位降低和枯水期发电流量有限的情况，综合施工范围和内容等条件，分主槽区和浅槽区分别采用沙包堆放设置高度1～2m 临时围堰挡水。

此外，枢纽尾水导墙及泄洪闸下游主浅槽区分隔导墙上均设有φ10cm 或φ30cm 平压孔，考虑施工期间多为低水位的条件，采用封堵措施，临时封闭枯水期水位以下导墙平压孔，保证干地施工条件。