老虎沟水库泄洪洞洞身维修加固方案

康亚亭

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 概述

老虎沟水库坐落在滦河水系洒河支流横河中下游，流域面积338km2，总库容1328万m3，主要建筑包括拦河坝、泄洪洞、输水洞、电站等，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、发电等综合利用的中型水库。

泄洪洞位于拦河坝左侧，担负着水库泄洪、排沙、放空等任务，由进水塔、有压洞身、出水闸等组成，全长46.9m，泄洪洞洞身中心线与拦河坝坝轴线斜交。有压洞身为钢筋混凝土圆管，洞径2.0m，坝下埋管方式，最大泄量为54m3/s。

2 泄洪洞洞身维修加固方案

2017 年对老虎沟水库进行大坝安全鉴定时，发现泄洪洞洞身存在环向裂缝，出口附近混凝土脱落及纵向裂缝等缺陷，泄洪洞的结构安全直接影响着拦河坝安全。为解决泄洪洞洞身存在的问题，本工程拟定处理方案为： ①对泄洪洞坝外出口段洞身外包钢筋混凝土，内部纵向裂缝灌浆处理，以满足强度和抗冻要求；②对洞内混凝土脱落部位，凿除周边混凝土，设置锚筋及钢筋网，浇筑混凝土处理；③对洞身进行水泥灌浆处理，对洞内环向裂缝及网状裂缝涂刷环氧树脂处理。具体处理方案如下。

2.1 泄洪洞坝外出口段外包钢筋混凝土

2.1.1 外包混凝土厚度

根据SL211—2006 《水工建筑物抗冰冻设计规范》规范要求，外包混凝土厚度需满足抗冻要求，当地冻土厚度1.1m，本加固设计选择外包混凝土厚度1.2m。

2.1.2 配筋

坝外出口段配筋通过结构强度确定，选取最不利工况即正常蓄水位挡水不泄流工况进行计算，并根据强度进行配筋，配置钢筋直径20mm，间距15cm，三级钢筋，内外层钢筋配置相同。

2.1.3 混凝土等级

考虑抗冻、抗渗及强度的要求，混凝土等级选为C30W8F200。

2.2 泄洪洞洞身纵向裂缝处理

泄洪洞洞身纵向裂缝采用化学灌浆处理。

2.2.1 灌浆材料选择

泄洪洞洞身环向裂缝缝宽0.5～3mm，裂缝自左侧墙水面以上连接至拱顶及右侧墙水面部位。根据工程经验，以改性环氧树脂浆液作为首选补强灌浆材料，并根据灌浆试验的吃浆情况，可掺入水泥净浆。

灌浆材料采购时应注意，生产厂商需附有产品质量保证书及使用说明书，灌浆材料经性能检验，满足相关产品质量标准及设计要求后方能使用，并按照规定的方式放置于低温避光以及通风良好处，设专人看管，定时定期进行检查，若涉及到易燃爆、有腐蚀及有毒的化学灌浆材料，需采取严格的安全防护措施。

2.2.2 灌浆工艺

化学灌浆施工工艺主要有以下几个步骤：

（1）沿裂缝两侧凿“U”形槽，上口宽3cm，下口宽2cm，槽深2cm。为使嵌补材料更好地与混凝土黏结，并使凿槽表面整齐、平整，首先用切割设备垂直混凝土表面对混凝土进行切割，深度不小于1cm，再进行凿槽； 用压缩空气清扫槽内残碴并用高压水冲洗干净后，安设灌浆管、回浆管，嵌入压抹丙乳砂浆，形成缝口封闭。灌浆管孔径不宜小于10mm，间距不大于50cm。

（2）缝内冲洗。用清水自灌浆管压入，回浆管排出，冲洗灌浆缝，至回水清澈。

（3）灌浆。自底部灌浆孔灌入，至回浆管出浆，然后关闭回浆管，进行加压注浆，控制压力不大于0.3MPa，直至不吃浆为止。若吃浆量较大或有冒浆，可间歇灌浆。

（4）闭浆。灌浆结束后，关闭灌浆、出浆管，闭浆至凝固（时间根据试验确定）。

（5）拆除管路，封闭灌浆孔。拆除灌浆、回浆管，清理基面，用丙乳砂浆填实、抹平。

2.2.3 灌浆要求

（1） 浆液性能要求。①在灌浆压力0.2～0.3MPa时，可灌入裂缝宽度0.1～0.2mm，在灌浆之前，需对浆液进行可灌性试验。②固化物与混凝土黏结强度应大于1.5MPa。③固化物渗透系数小于10～6cm/s。④固化物应具有较小的收缩率。⑤固化物应具有良好的耐久性。⑥固化物能在潮湿环境下固化，并具有规定的强度和粘结强度。⑦浆液在-10 ℃～20 ℃环境中具有稳定性、可灌性和固化要求。

（2）严格按照要求进行灌浆材料和浆液体积量度称量，各灌浆材料均不得超实际用量的2%。

（3）为保证灌注浆液在低黏度时进行，配制浆液需分批分次进行，且在浆液配制完成后立即进行灌注。

（4）灌浆前需做好一切准备工作。灌浆所需设备器具及其他必须药品用品均带入场地，以保证施工质量为前提，根据工程特点及需求选择灌浆设备，一般现场应备有灌浆设备，如手持冲击电钻、空压机、承压罐及配料罐等。对基础表面裂缝及裂缝上、下两米工作面处的浮灰、碎石等杂物进行清扫、吹刷至裂缝清晰及干净。

（5）灌浆开始前，首先选取代表性的灌浆位置进行灌浆试验，对裂缝的灌浆难易程度及灌浆措施做到心中有数，以保证灌浆的施工质量。灌浆时需注意裂缝位置深浅，较浅的裂缝直接灌注环氧粘贴灌浆嘴，位置较深处的裂缝则需要钻孔进行灌浆。

灌浆采用梅花型布置钻孔，具体位置可由施工单位参照设计图纸，并根据现场裂缝实际分布情况进行布设，孔距可根据裂缝实际开展宽度进行调整，一般为0.5m，孔径12mm，孔深15cm。裂缝交叉及分叉时，应增设一个钻孔；遇到钢筋时，需要对孔深进行调整；若遇分缝处开裂，需要在此处打骑缝孔，骑缝孔需要打进浆砌石或混凝土中，孔径20mm，向孔内灌注环氧砂浆进行填缝处理，填缝时需注意防止浆液进入伸缩缝。裂缝较浅处不进行钻孔，对该段进行裂缝封堵处理，首先凿挖“U”形槽，然后嵌入压抹丙乳砂浆，对此处进行严密表面封堵。

对较深处裂缝进行钻孔灌浆及较浅处裂缝进行表面严密封堵处理完毕后，清除残留碎渣及灰尘，测量灌浆后孔深，用水压不大于200kPa高压水反复冲洗灌浆后的裂缝数次，直至裂缝反回清水，最后用风压不大于100kPa的高压空气冲刷缝面，同时，为保证灌浆浆液于裂缝的良好粘结不被影响，需要对冲刷缝面的压缩空气进行通过油水分离器处理，确保避免影响灌浆施工质量。

2.3 泄洪洞洞身处理

水泥灌浆之前首先对泄洪洞洞身环向裂缝进行缝口封堵，环向裂缝缝口封堵工艺及技术要求同纵向裂缝缝口封堵。继而进行洞身钻孔灌浆，洞身固结灌浆孔呈梅花形布置，排距2.0m （以环向缝位置为准），单孔布设于洞顶中心位置，双孔按照夹角90。布置，其灌浆工艺采用孔内循环灌浆，材料为水泥浆，压力控制0.3MPa，合格标准1lu，封孔材料为水泥浓浆或环氧水泥砂浆，灌浆结束后在环向裂缝及网状裂缝位置涂刷环氧树脂处理。

2.4 泄洪洞混凝土脱落处理

距泄洪洞出口7m处拱顶部位混凝土脱落，面积50cm×50cm，深25cm，钢筋裸露，锈蚀严重，可见钢筋上方为块石。对洞身本工程缺陷采用设置锚杆、钢筋混凝土补强处理。

2.4.1 锚杆设置

为保证施工安全及补强混凝土连接牢固性，在混凝土脱落部位设置锚杆进行补强处理。锚杆采用直径20mm，锚深1.5m，在混凝土脱落范围内（上、下游方向1m、左右方向2m）设置3排，一排设置4根，间距50cm，锚杆采用水泥砂浆锚固。

2.4.2 基面清理

根据现场检查结果，凿除2m×1m×0.4m（长×宽×厚）范围内混凝土，露出原有结构配筋。

2.4.3 布设钢筋网

选用与原结构钢筋相同的间距及直径，并与原钢筋连接。

2.4.4 补强混凝土

采用丙乳混凝土浇注，衬砌设计浇注厚度40cm，与原结构衬砌厚度一致，并保持过水断面平顺。

3 结语

（1）经对泄洪洞纵缝、环向缝、混凝土脱落和剥蚀进行处理，以及坝外段外包混凝土补强防冻处理，结构满足承载力要求，并提高了工程的耐久性，且不影响泄洪洞的泄流能力，达到了泄洪洞洞身维修加固目的。

（2）由于泄洪洞出口断面竖向收缩程度不足，敞泄情况下不能保证洞内稳定有压流态，建议运用中加强检查，尽量避免长时间、全开度运行。