青铜峡水电站大坝消缺及改造工作回顾

赵惠琴

（黄河电力测试科技工程有限公司，宁夏青铜峡751601）

1 定检概况

青铜峡水电站在三次大坝安全定期检查工作中，积极开展大坝缺陷治理，做了大量卓有成效的工作，取得了显著的成绩，确保了大坝的正常运用。

1.1 第一次定检

青铜峡大坝首次定检于1988年5月开始，1991年1月完成。首次定检全面总结了大坝运行情况，对混凝土大坝的防洪标准、抗滑稳定、坝基应力、地质条件进行了设计复核；对大坝变形监测资料进行了分析研究；现场测试了大坝混凝土强度和碳化深度；对坝基渗流水质做了化学分析；对大坝裂缝和平压水箱做了深入研究。专家组大坝安全评价结论为：“大坝坝基工作良好；泄水消能设施基本正常；经复核大坝抗滑稳定和坝基应力均能满足现行规范要求；近坝库岸无滑坡涌浪威胁。但由于电站坝段裂缝破坏了坝体整体性，平压水箱伸缩锈蚀严重，难以长期安全运行，评定青铜峡大坝为病坝”。

1.2 第二次定检

青铜峡大坝第二次定检于1997年1月开始，1997年12月完成。第二次定检对大坝运行进行了全面总结，组织了细致的现场检查，对首次定检以来的大坝补强消缺进行了评价，同时进行了多项设计复核、测试、研究工作，对大坝裂缝、平压水箱、坝基地质、水库设障等重要问题进行了深入分析，提出了土坝、蜗壳、3号胸墙设计复核、西导墙安全分析、大机进水口工作闸门静应力测试、闸门启闭力测试、泄洪闸和泄水管工作性态研究、钢结构检验、24号和25号坝段固结灌浆、开关站工程地质、大坝监测资料分析、内观仪器鉴定、“三大条”裂缝处理方案等专题报告。专家组大坝安全评价结论为：“青铜峡大坝泄洪能力可宣泄重现期1 000年以上的洪水；混凝土坝和右岸土坝抗滑稳定和结构强度均能满足规范要求；坝基帷幕工作正常，扬压力系数低于设计值0.35；24号和25号坝段坝基断层破碎带已进行了固结灌浆；大坝变形符合一般规律；闸门及启闭机工作正常，强度和变形均符合现行规范要求；顺坝轴线方向的混凝土‘三大条’裂缝虽然破坏了大坝的整体性，但分析核算，不影响大坝的稳定性；电站坝段3号胸墙和蜗壳顶板的裂缝，经分析计算，结构强度可满足现行规范要求；经检查测试，平压水箱可以继续安全运行。评定青铜峡大坝为正常坝”。

1.3 第三次定检

青铜峡大坝第三次定检于2005年8月开始，2007年4月完成。第三次定检主要对挡水建筑物（闸墩式电站机组坝段和左、右岸混凝土重力坝段）和土坝、泄水建筑物（泄洪闸、溢流表孔、泄水管和灌溉孔）、渠首灌溉工程（河东高干渠和总干渠、河西总干渠）、各泄水建筑物的闸门及启闭机、大坝安全监测设施、下游消能防护设施、近坝库岸进行了现场检查，进行了平压水箱和水工钢闸门安全检测与复核、坝体混凝土强度和耐久性检测与分析、厂房结构动力测试与分析等专项检查，专家组对大坝防洪、结构、稳定、消能、防渗、运行、监测等专项研究成果进行了分析论证。专家组大坝安全评价结论为：“青铜峡大坝虽然部分存在一定的缺陷，但总体上尚能满足运行要求，大坝工作状况基本正常，评定青铜峡水电站大坝为正常坝”。

2 大坝补强消缺及技术改造工作

青铜峡水电站大坝首次定检评定为病坝后，原宁夏电力局和青铜峡水电厂非常重视病坝的治理工作，1991年起就着手制定消缺治理方案，开展了大量卓有成效的实验研究工作，采取了相应的工程措施。第二次定检中，又重点对金属结构、水下设施及大坝运行中存在的其它问题进行了更进一步的分析计算和复核工作。第三次定检后，重点对水工建筑物及水位压差系统进行了更新改造。

2.1 24 号、25 号坝段基础 F5、F6断层固结灌浆

施工时F5、F6断层采用混凝土塞处理，曾先后进行过5次固结灌浆，本次处理的目的是检查性固结灌浆。采用孔距3～5 m，共布15孔，自上而下分段灌浆，平均单位注入水泥量6.21 kg／m，钻孔进尺589.97 m。灌浆后，提高了坝体的整体性，坝基整体承载能力满足安全要求。

2.2 大坝变形监测设施改造

1992年审查通过了 《青铜峡大坝外部变形观测系统改造工程可行性研究》，1993年完成设计，1994年施工，1995年投入运行。主要增设了坝顶和基础廊道引张线、6条倒垂线、3条正垂线和西导墙变位计，共56个测点投入自动化在线监测。

1995年底恢复和完善了大坝左右岸绕坝渗流观测孔，同时完成了内观仪器的率定以及扬压力扫孔和监测设备更新试验。

2006年对气象观测进行了自动化改造，实现了温度、湿度、风速、风向、降雨量、气压的实时监测，数据入库率100%，数据准确。

2007年3～6月对青铜峡水电站一等水准网进行了改造。设计确定高程控制网一级布设共由4个水准环组成，水准网布设点位21个，对测点进行开挖、造埋，所有高程控制网点均埋设永久性水准点标石，制作水准点测点保护盖以保护测点。对高程控制网进行施测，平差后各项指标满足设计要求，对水准网测量成果进行分析，双金属标基点EL01（钢）、EL01（铝）满足一等水准测量精度要求，可作为青铜峡水电站监测工作高程控制的水准基点。

2007年9～11月对青铜峡水电站绕渗孔进行了扫孔恢复。对13个绕渗孔进行扫孔，重新安装套管，其中11孔安装GK-4500S传感器，河东4孔（YR1、YR2、YR3、YR4），河西 7 孔（河西 6、河西 9、ZK1、ZK5、ZR7、ZR8、ZR9），河西 1、河西 5 采用人工观测。通过自动化与人工比测数据分析来看，最大差值为0.14m，发生在ZK1测点，最小差值为 0.02 m，发生在河西6测点，符合自动化安装精度要求。

2.3 大坝裂缝处理

2.3.1 电站坝段“三大条”裂缝处理

“三大条”裂缝处理以防渗堵漏为主、适当考虑补强作用为原则，采用对裂缝表面进行封闭、缝内低压灌浆、缝面加设防水层的处理措施，方案要点如下。

（1）裂缝内部进行化学灌浆。灌浆采用负压灌浆的新技术，灌浆材料选用具有良好可灌性、较高强度和较好变形性能的PMMA／PU互穿聚合物网络复合物，灌浆压力控制在0.3 MPa以内。

（2）裂缝表面防水层选用抗拉强度高、扯断伸长率较高的橡皮作为主体材料，用氯丁胶与环氧砂浆粘贴。橡皮接头部位及形状不规则部位采用抗渗、抗胀、抗冻融、热稳定性等指标较好的PU密封膏粘贴。

裂缝防渗施工中，对高程1 140.00 m以上裂缝张开区及5号机蜗壳内裂缝均按照以上方案处理；泄水管内裂缝经调查试验，裂缝已湿胀闭合，只进行表面环氧封闭处理。

2.3.2 机组坝段3号胸墙裂缝处理

3号胸墙裂缝处理主要以防渗为主，堵塞渗漏通道，防止钢筋进一步锈蚀，采用3道防渗漏措施。

第一道：通气孔防渗层。封闭蜗壳通气孔内的裂缝和预制混凝土管接合部位的环形缝。为防止裂缝灌浆时浆液从通气孔外漏，2～7号机通气孔防渗漏采用孔内喷涂聚醚型弹性聚氨脂，形成防水层；1号机由于通气孔直径只有385 mm，在通气孔内预先安装一对橡胶筒，内筒分段充水，外筒与孔壁间分段灌入环氧浆液，最后在橡胶筒内筒充满水，外筒与孔壁间灌入的环氧浆液在有压条件下固化后形成防水层，起防水作用。

表1 青铜峡水电站“三大条”裂缝处理情况Table 1 :Treatment of the three cracks of Qingtongxia dam

表2 青铜峡水电站3号胸墙裂缝处理情况Table 2 :Treatment of the cracks on the third parapet of Qingtongxia dam

第二道：裂缝内化学灌浆。开度较大的跨中东、西两条裂缝采用LW水溶性聚氨脂灌浆，开度较小的中墩裂缝及水平施工缝采用粘度较小的NKY-3或甲氰凝灌浆材料。施工时灌浆压力按0.3MPa控制。

第三道：胸墙表面做防水层。作为裂缝渗水的又一道防线，表面防水层的施工方法为：表面凿槽后抹环氧砂浆层，在砂浆层上刷伸缩性好、粘结强度高的弹性聚氨脂，表面再抹一层环氧砂浆保护层。

2.3.3 大廊道裂缝处理

从1997年开始，青铜峡水电厂与湖南冷水江市湘防实业总公司共同制定了廊道裂缝、伸缩缝漏水处理方案并由湘防实业总公司施工。该方案采用排堵结合的办法，即先沿缝凿槽，在槽内埋设引水管，将水引向廊道内的排水沟，然后在引水管外做三道防水层至与墙面平齐，其中第一道防水层为防水宝和堵漏灵，第二道防水层为橡胶止水带，最外一道为BW止水膏，最后用防水粉做墙面粉刷。廊道防渗工程分两期，第一期为基础灌浆廊道和大廊道的竖井 （位置分别在1号机和8号机），1997年6～8月施工。同年9月，用同样的方法处理了交通廊道的6条伸缩缝，具体是7号机2条，1号、2号、4号、8号机各1条。第二期工程为河东观测廊道和河西小廊道，于1998年处理完毕。

2.4 平压水箱防腐处理

平压水箱防锈蚀采用金属保护层法，在水箱内壁、伸缩缝和支撑件上喷涂300 μm厚的锌，并在其上再喷涂四道氯磺化聚乙烯树脂作为表面覆盖层。水箱外侧水体pH值较高，对金属结构件防腐较为有利，水箱外壁锈蚀速度较慢，不做防锈蚀处理也能保证水箱长时间运行。

第二次大坝定检后，根据专家组的建议，从1998年开始随着机组大修，按第二次定检专家组确定的维修方法对平压水箱进行了防腐处理。

2.5 水库泥沙淤积情况

对于泥沙，青铜峡水电站大坝第一次定检后，从1991年开始，采用汛期沙峰“穿堂过”，结合汛末冲库拉沙方式进行冲库拉沙运用。即汛前制定相应的排沙标准，汛期根据预报，提前降低库水位，泥沙入库后，根据含沙量大小，选择机组全停或部分停机，开启排沙底孔排沙，将泥沙尽可能多地排出库外。汛末选择有利时机，进行一次机组全停、放空水库的拉沙运用，在机组及泄水建筑物前形成一个冲刷漏斗，保证冬季及来年闸门、机组的正常运行，同时力争控制水库在年内达到冲淤平衡或进一步减淤。

表3 青铜峡水电站平压水箱处理情况Table 3 :Anti-corrosion treatment for the water box at Qingtongxia hydropower station

2.6 泄水管底板补强处理情况

进水口段：2000年12月～2002年4月，青铜峡水电站委托青岛太平洋海洋工程有限公司对泄水管进口段进行水下修复工程施工。处理措施为首先对破损部位进行定位，水下混凝土切割挖除，然后打锚筋，布设钢筋网，浇注水下聚合物混凝土（PBM树脂混凝土）。对3号泄水管检修门槽附近两侧闸墩上的2条4 m高的竖直向裂缝，采用了永久钢衬立模、水下混凝土浇注工艺。

出口段和反坡段：第二次定检后，结合机组A级检修，1997～2008年分别对15个泄水管进行检查，发现所有泄水管底板表面砂浆层大面积麻面，局部有冲刷坑槽，钢筋裸露，部分泄水管机中缝表层环氧砂浆和橡皮脱落，有渗水现象。根据破坏情况对泄水管底板进行了修复，坑洞较大部位打插筋与外露钢筋焊接后，用环氧混凝土填充处理，冲刷麻面整体采用环氧砂浆抹面修复。

2.7 泄洪闸下游护岸补强加固

1982年对海漫以下部分抛填了780块2 m3大的混凝土四面体，东挡12以下157 m范围内改为钢筋混凝土护坡，1984年对东挡12以下80～110 m范围内钢筋混凝土护坡坍塌部位抛填了6 000 m3铅丝笼块石进行临时加固。1995年、1999年和2005年检查发现，铅丝笼块石前端头和位于河床的部位有局部坍塌，当年就进行了修复处理。

2.8 机组进水口工作闸门及拦污栅改造

1996年对拦污栅的结构进行了重新设计。新设计拦污栅的主梁为箱型梁，提高了主梁的强度，栅条形式采用直条栅，栅条间距为265 mm，栅片厚度为16 mm，将下节底主梁下移470 mm，上下节分别加1主梁，拐角加节点板，每个主梁均是一个滑动支撑。本次设计直接将锁锭设计在栅体上，去掉了原栅的加强斜撑，操作方便省力，给清污工作带来了极大的方便，1997年先后委托银川电力修造厂和刘家峡水工机械厂进行制作更换，目前更换大机主栅9扇，副栅2扇，小机主拦污栅2扇，副栅1扇。

2000年，电站对进工门进行了重新设计，新设计的闸门与原闸门相比有以下不同：每套闸门设置2个充水阀和1个平衡梁、闸门自身设置了锁锭、节与节之间设置了连接板、增加了强度，顶、侧水封为一个整体框架水封。2000年先后委托河南三门峡水工机械厂和武汉大禹水工机械厂制作，2001～2006年8月逐年进行更换，共计更换7扇。

2.9 右岸土坝安全复核

右岸土坝与重力坝相接，最大坝高约10 m。委托设计单位进行了安全复核，土坝各项技术指标均能满足现行规范要求。

2.10 超声波水位压差系统技术改造

2008年对超声波水位压差系统进行了技术改造，提高了水库调度的自动化水平。

3 结 语

1988～2007年，青铜峡大坝在日常检查和年度详查的基础上进行了三次定期检查。通过定检工作，从设计、施工及运行对大坝进行了全面的设计复核与研究，对设备的运行状态有了更清晰的了解和掌握，同时采取大量有效的工程措施进行大坝补强消缺，保证了大坝的正常安全运行。

[1]青铜峡水电站大坝安全定期检查资料缩写汇编[R].

[2]宁夏青铜峡水电站大坝安全第三次定期检查报告[R].

[3]青铜峡水电站第三次大坝定检安全检查资料汇编[R].