新材料在冯家山水库除险加固工程中的应用

唐晓峰 魏小彬 张 强

（宝鸡市冯家山水库管理局 陕西 宝鸡 721300）

1 水库概况

冯家山水库位于关中西部陈仓、凤翔、千阳三县区交界处的冯家山峡谷，是一座以农业灌溉、城市、工业供水为主，兼作防洪、发电、养殖、旅游等综合利用的大（Ⅱ）型水利工程。水库枢纽由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪洞、非常溢洪道、电站、宝鸡二电厂取水口等工程设施组成。水库于1970年7月动工兴建，1974年3月下闸蓄水，当年灌溉受益，1982年1月竣工，可灌溉宝鸡、凤翔、岐山、扶风等7个县136万亩农田。

水库运行近三十多年来，工程老化，年久失修，存在诸多病害问题。按照省、市水利主管部门的要求，组织了相关技术人员对冯家山水库大坝进行了全面、系统的安全鉴定，结论认为：冯家山水库大坝为三类坝，即：水库为病险库。

依据上级部门初步设计的批复精神，结合冯家山水库工程实际情况，项目建设从2002年4月28日开工，在各参建方的紧密配合下，水库安全运行和项目实施按照“两不误、两确保、两促进”的原则，经过共同努力，主体工程2005年8月基本完工，其他工程也相继于2006年12月完工。该库大坝为碾压式均质土坝，除险加固工程竣工后坝高75m，总库容4.27亿m3，有效库容2.86亿m3，是目前关中最大的蓄水工程。

对枢纽主体工程的改造，既注重了重大技术方案的优化科学应用，为今后运用管护考虑，也不放过一些细小的新材料、新工艺创新应用。回顾总结除险加固工程中所采用的新材料，对今后工程运行管理水平的提高，类似水库除险加固工程具有很好的指导作用和很强的借鉴性。现就该库新材料在除险加固工程中的应用简要进行论述。

2 新材料的应用

2.1 闸门止水、支铰轴等应用新材料

冯家山水库在溢洪洞进口闸门改造中，对闸门的止水装置，吸取以往管护经验教训，本次将检修拱形闸门止水装置设在门叶上游面，侧止水水封采用L型水封，底止水采用刀型橡胶水封。对溢洪洞、泄洪洞出口弧形工作闸门，将原胶木轴套改用SLB自润滑轴承，克服了以前胶木轴承支铰抱死而难以启闭的现象。在本次金属结构改造中，对闸门支铰轴、吊耳轴、支承轮轴等表面采用镀铬材料防腐，第一层为乳白铬，第二层为硬铬。

2.2 闸门门叶采用喷锌防腐

在水库工程管护中，加强对水工建筑物尤其是水工钢结构的保护，提高防腐蚀质量，对减轻或防止有害物质对钢结构的腐蚀，延长其使用寿命具有重要的现实意义和经济价值。该库所属的溢洪洞、泄洪洞及输水洞计七扇闸门表面防腐在除险加固前大多采用的是铝粉橡胶水漆涂刷材料、X06—4型红丹乙烯耐水漆和X55-1铝粉乙烯耐水漆，这些涂刷材料保护层薄、防腐年限短，导致闸门锈蚀加剧特别是易积水部位锈蚀斑点严重。对上述存在的问题，结合除险加固改造，经对防腐材料（涂漆、喷锌、电化学保护）多方案比较，后选用喷镀锌层的办法进行防腐。整个过程步骤：备选各种材料——闸门除锈——运用气喷法喷镀锌层，锌层厚度为0.15mm～0.2mm，但有时要根据防腐物体的具体部位和所处的环境做适当的增减，最后用油漆封闭即可。

喷锌效果：经实际运用，与刷防腐材料比较，虽然环氧沥青漆消耗材料（0.8kg/m2）比喷锌保护消耗材料（2.0 kg/m2）用量少，价格低廉，但喷锌保护基体附着力好，不脱落，不起皮，防腐涂料无龟裂、粉化、剥落现象；喷锌保护周期长，运行管理费用低，而涂刷材料运行效果则相反。

2.3 坝体钻孔回填应用膨润土

在大坝观测设施改建中所建立的大坝安全监测系统，首次采用传感器造孔埋设，套管跟进，分段用膨润土回填孔的办法进行，即用二次膨胀系数高的膨胀泥球回填，比一般膨胀泥球回填质量高。我们按照要求精选了高膨胀值的膨润土，一般采用膨胀率大于35%的膨胀土就认为合格。为此我们做了试验，测试了阴干后的泥球水解膨胀率，比做泥球前的膨胀率下降了1/3～1/2。为保证回填质量选用了高膨胀土值（59%）的膨胀土。经测试，泥球后的膨胀率为38%～40%，远比传统做法的回填质量高出一倍以上，这一做法可说属省内水库首创。另外，信号缆线埋设先用砂保护，后用土回填，可防鼠害、积水，维修时不损伤缆线，这些都是打破常规的做法。

2.4 坝体反滤巧用土工合成材料

土工合成材料一般是用于岩土工程和土木工程的聚合物材料或聚合物工程材料，它广泛应用于水利、堤坝、机场、环保等许多领域。土工织物是土工合成材料中主要产品之一，在工程中可起到过滤、排水、隔离、防护加强作用。冯家山水库大坝加高培厚坝脚反滤首次大面积采用的土工布，它的规格为200g/m2，厚度为大于或等于1.7mm，最大幅宽5m，卷长随工程需要而定。所覆盖的面积大约为350m2，接缝采用人工搭接的办法进行，经实际运用观察，符合设计要求，效果良好。

2.5 植筋应用新材料

在泄洪洞出口启闭机闸台梁柱施工中，要在原立柱砼基础上打孔后内植钢筋。植筋现在虽是一种常用技术，但要看它在什么部位和其承载力是多少，恰恰在泄洪洞出口立柱砼植筋，它的部位和承载力既要承载启闭机，又要承载闸房等荷载。在植筋的过程中，所用的钢筋直径大小不存在问题，关键是填充什么样材料符合设计要求，所受的承载力达到最优。经研究，填充材料采用了国外进口的在砼固定钢筋的植筋剂，即中国喜利得厂家生产的植筋剂。这种材料适合在所有种类的新旧混凝土上做植筋工程，使用这种药剂时，环境温度应保持在5℃以上，孔内必须填满药剂，绝不可包有空气。经拉拨试验和实际运用，拉拨力达到150kN，工程结构稳定，质量良好，取得了费省效宏的好效果。

2.6 闸位计、水位计及荷重仪选型先进超前

闸位计就是测量闸门提升、下降及停止的传感器；水位计是反映闸前、闸后水位变化情况的仪器；荷重仪则是监测闸门启闭机在运行过程中，荷载是否超限而进行报警的设备。它们三个仪器是测量闸门启闭机在运行过程中，三个重要参数之一，是确定闸门运行工况的准确性、可靠性和精确度。选用什么样的仪器传感器既显得不落后，又能代表当前水利发展水平，还能符合设计要求，经与设计单位协商，查阅有关资料，对不同的启闭机闸门的运行方式，选择了不同的闸门开度仪、荷重仪、水位计。如：溢洪洞台车式启闭机拱形事故检修闸门开度仪选用徐州电子技术研究所生产SZC-1M型。本系列闸门开度测控仪采用先进的单片机系列及配套器件和相应软件技术，可配用JB接触式轴角编码器进行闸门开度测量，且具有数字显示、继电器触点输出和多种接口输出功能。其特点是只需四个按键即可完成报警数据预置，同时具有断电记忆功能。JBK/GDK-2主令控制闸门开度传感器，配套使用的编码器有接触式绝对型编码器（国产）和光电式绝对型编码器（德国FRABA公司生产）。本产品集传感器与主令控制为一体，为双保险测量控制装置，它能有效地提高闸门的可靠性。JBK/GDK-2主令控制闸门开度传感器是由编码器、变速箱、高度表、限位开关、凸轮等组成，闸门荷重测控仪选用徐州电子技术研究所生产SHC-1M型。本系列荷重测量仪采用先进的单片机系列芯片和相应软件技术，配用各种压（拉）力传感器可完成荷重的测量，它具有数字显示、继电器触点输出和多种接口输出功能。其特点是只需四个按键即可完成各种报警数据预置和测量参数的定标，同时具有断电记忆功能。本仪器使用方便、工作稳定，可长期连续工作。

3 运行效果分析

经过实际蓄水检测，冯家山水库除险加固工程完工后，闸门止水效果有明显改进，启闭灵活；经喷锌处理的闸门不起皮、不生锈，运行效果良好。选用高膨胀率的膨润土回填后，坝体运行工况良好；坝体反滤材料采用新型土工布后，不仅便于施工，还大大节约了成本。新型植筋剂的应用，提高了工程运行保证率，巩固了工程结构，质量良好。选用先进的闸位计、水位计及荷重仪，提高了闸门监测仪器运行的准确性、精度和稳定性，且方便了日常管理。

总之，新材料在冯家山水库除险加固工程中的应用，大大提高了水库的防洪标准，更大程度的发挥了冯家山水库的综合效益，收到了很好的效果，值得其他相似水库除险加固工程参考和借鉴。

4 结语

冯家山水库经过几年的除险加固工程建设，彻底摘掉了病险库的帽子。在除险加固工程中通过新材料的应用，使水库除险加固方案科学、经济、合理，从而有力地确保了除险加固工程质量和进度，经济效果十分显著。陕西水利