西泉眼水库输水洞加固工程安全评价

刘艳芳

(哈尔滨市西泉眼水库管理处，黑龙江阿城150300)

西泉眼水库位于松花江右岸一级支流阿什河上游。水库枢纽工程由砾质黏土心墙土石坝、河床式溢洪道、输水洞和坝后引水式电站四部分组成。输水洞在溢流坝的右侧，结合右边墙布设灌溉发电输水洞。其进口与溢流坝为一体，灌溉洞穿过溢流坝体后在溢流坝陡坡段右侧衡重式挡土墙墙体内通过，尾门闸室后接溢流坝渥琦段，泄水入消力池，灌溉洞全长47.42 m。在输水洞出口闸室段前设有分岔支洞，做为发电引水洞的进口，发电引水洞全长127.72 m，在溢洪道右边墙衡重台墙体内穿过，沿右岸山崖布设分岔管，分别输水到水电站厂房各个水轮机组。

1 输水洞加固设计

1.1 原输水洞工程概况及存在的主要问题

经多年期运行，输水洞表现出严重的安全隐患，据近年安全鉴定阶段得出的结论，输水洞存在的主要病险包括:

1)输水洞洞身施工质量差，混凝土强度未达到设计要求。

2)洞身漏水严重。

3)尾水门后混凝土在高速水流冲击下破坏较为严重。

针对原输水洞建筑物存在的上述问题，本次应急维修加固工程对原输水洞采取加固处理措施，主要包括:

1)灌溉洞及发电洞部分洞段混凝土表面凿毛3～5 cm，替换原洞内锈蚀钢筋，采用聚合物细石混凝土进行补强处理。伸缩缝处预凿8 cm×32 cm空隙，挂置钢筋，更换原止水为紫铜止水，设置分缝板，回填混凝土掺加聚丙烯纤维。灌溉洞出口泄槽边墙混凝土类似溢洪道做补强、防护处理。

2)发电洞部分洞段内衬12 mm厚钢板，钢板表面防腐处理，钢板与洞壁之间预凿2～5 cm厚空隙，钢板与洞壁之间回填灌浆与接触灌浆。

3)拆除重建输水洞工作门启闭机室。

1.2 输水洞工程布置

经本次加固，除发电洞下游35.5 m长洞段采取内衬12 mm厚钢管外，其它洞段均采取洞壁混凝土补强处理，因此，输水洞工程布置与原状相差很小。

灌溉主洞长47.42 m，发电引水支洞到下游分叉段前长约92 m，采用洞内混凝土表面凿毛3～5 cm，替换原洞内锈蚀钢筋，采用聚合混凝土补强厚度3～5 cm。变形缝处预凿8 cm×32 cm空隙，用紫铜止水替换原止水，设置分缝材料。发电引水支洞下游分叉段后长35.5 m，采用钢板衬砌，内衬12 mm厚钢板，钢板与洞壁之间预凿2～5 cm的空隙，空隙内回填灌浆，与钢板接触部分回填接触灌浆。钢板表面进行防腐处理，替换原洞内锈蚀钢筋。

1.3 设计计算

根据2005年鉴定结论，闸室稳定性及地基应力分布满足规范要求，洞身强度满足设计要求，进、出口边墙稳定性满足规范要求。本次加固设计时，对输水洞洞身混凝土结构强度重新复核结果表明，洞身配筋率满足《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)要求。本次加固对洞身采取混凝土补强和钢衬处理。

洞身补强混凝土设计采用C25 W4 F200，防护层与基层黏结强度＞1 MPa，强度、抗渗和抗冻设计指标满足规范要求。

灌溉主洞的发电引水支洞下游分叉段后长约36 m，本次加固内衬12 mm厚钢板，内衬钢板采用16 Mn钢，钢板与洞壁之间预凿8 cm的空隙，空隙内回填灌浆，与钢板接触部分回填接触灌浆，钢板表面进行防腐处理。由于输水洞洞身强度满足设计要求，故无需对钢板内衬进行结构复核，但未见钢板衬砌范围如何确定的相关设计内容。

2 混凝土施工质量

2.1 伸缩缝的处理施工

伸缩缝的修补处理工序:伸缩缝钢板及混凝土拆除→紫铜止水片安装→锚筋及钢筋安装→立模→聚丙烯纤维混凝土浇筑。

施工时，混凝土凿除深度8 cm，若遇有强度较低的混凝土，继续凿毛，直至露出坚硬的混凝土面，并用水清洗干净。紫铜止水片，按设计尺寸，型式进行焊接和安装。锚筋用Φ12螺纹钢，锚筋安装在紫铜止水片两侧，在锚筋上焊接Φ8钢筋网，锚筋间距均为30 cm，纵向钢筋间距均为24 cm，钢筋间距紫铜止水1 cm，保护层4 cm。聚丙烯纤维混凝土在输水洞内配制，混凝土配合比按C25F200配比进行，聚丙烯纤维的掺量为水泥重量的3.5%，底部直接浇筑。浇筑后人工抹面，两侧从模板上预留的下料口浇筑，面顶部难于施工，而采用灌注砂浆的回填密实。

伸缩缝施工完成后，经监理、业主联合检查，伸缩缝无渗水现象。

2.2 输水洞洞壁聚合物混凝土补强

输水洞洞壁聚合物混凝土补强包括0+000 m～0+ 48.12 m和0+028 m～1+028.32 m。工程量分别为11.5 m3和21.6 m3。

聚合混凝土的配比和施工工艺与溢洪道混凝土补强工程相同。先将洞壁表面的水锈、游泥等附着物铲除清理干净。需要凿除的部位，凿除浓度2～3 cm，以露出新鲜的混凝土，然后用水清洗干净，按照涂刷界面胶，涂抹聚合物混凝土的顺序施工。对混凝土破损较深的部位，用聚合物混凝土修整，较深的用聚合物砂浆修整。

施工过程中经监理见证，取混凝土抗压试块4组，最大值为28.5 MPa，最小值为27.8 MPa，平均值为27.7 MPa。混凝土强度满足设计要求。

3 灌浆工程施工质量

根据设计要求，发电引水支洞下游分叉段后长约36 m，采用钢板衬砌，钢板与洞壁之间预凿8 cm的空隙，空隙内回填灌浆，与钢板接触部分接触灌浆。

3.1 回填灌浆

回填灌浆在钢衬上预留灌浆孔，孔内有丝扣。回填灌浆不分区段，端部封堵严密。回填灌浆分为两个次序进行。自较低的一端开始，向较高的一端推进。一序孔灌注水灰比为0.6(或0.5)∶1的水泥浆，二序孔灌注水泥砂浆，掺砂量≤水泥重量的200%.灌浆压力0.3～0.5 MPa，以控制钢衬变形不超过设计规定值为准。在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆，延续灌注5 min结束灌浆。

回填灌浆施工结束7 d后，在吸浆量较大的底孔位置，按照监理指定位置，布设3个检查孔，注入2:1的浆液，在初始10 min内浆液注入量均未超过10 L。根据规范规定，回填灌浆施工质量合格。

3.2 接触灌浆

回填灌浆结束14 d后，进行钢衬接触灌浆。灌浆压力0.1 MPa，灌浆材料采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，浆液浓度按1∶1、0.8∶1、0.6(或0.5)∶1三个比级配制。钢衬接触灌浆孔的位置在现场经锤击检查确定，主要在洞顶部，共设灌浆孔7个，孔径14 mm。灌浆按照自下而上、从低到高的顺序进行。在0.1 MPa灌注压力下，灌浆孔停止吸浆，延续灌注5 min结束。

灌浆结束7～14 d后经采用锤击法进行灌浆质量检查，脱空范围和程度满足设计要求。

综上所述，钢衬回填灌浆和接触灌浆施工工艺基本符合规范规定，施工质量基本满足设计要求，建议补充灌浆施工质量检测成果。

4 钢板衬砌施工质量

4.1 施工程序

基面清理→钢板防腐→钢板安装及焊接。

4.2 施工工艺

4.2.1 钢板防腐

4.2.1.1 表面处理

钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何残留的痕迹应仅是点状或条状的轻微色斑，手工和动力工具除锈适用于涂层缺陷局部修理其表面清洁度等级应达到GB8923规定的St3级。表面粗糙度在Rz60～100 μm范围内。除锈完毕，用压缩空气吹净表面的灰尘和附近的积砂。涂装前如发现基体金属被污染或返锈，应重新处理以达到要求的表面清洁度等级。

4.2.1.2 涂装

1)除锈处理经质检员检查合格后，才能进行涂装。

2)首先进行底层涂料喷涂达到规定厚度，待完全干燥固化后才允许喷涂中间漆、面漆。

3)涂料涂装宜在气温5℃以上进行，涂装场地应通风良好。当构件表面潮湿或遇尘土飞扬、烈日直接暴晒等情况下，不得进行涂装。

4)涂装施工人员应严格按作业指导书及涂料说明书的规定进行施工，如有疑问应及时通知现场技术员解决。

5)涂装前首先检验使用的涂料符合标准的规定，合格产品方能使用。

4.2.1.3 涂漠厚度控制

1)施工时，应按使用量进行涂装，及时用测厚仪测定涂层厚度漆膜厚度应分布控制在两个85%以上，即要求85%以上的测量测得的膜厚值必须达到超过规定的膜厚值，余下的不到15%的测点测得的膜厚值不得低于规定膜厚值的85%。

2)对于其它要求按“水工金属结构防腐蚀规范”执行。4.2.2 钢板运输通道的选择

采购的钢板按照输水洞衬砌的尺寸加工防腐后，倒运至至7#挡土墙背水侧，汽车吊垂直运输至输水洞出口处，再用叉车水平倒运进输水洞作业面处。

4.2.3 钢板安装、焊接

安装顺序为先安装两侧的钢板、然后安装顶部钢板，连接倒角钢板，最后从里向外倒退安装底部钢板。

利用叉车及脚手架、手拉葫芦安装调整钢板，钢板位置达到设计位置后，利用膨胀螺栓点焊定位。

用二氧化碳气体保护焊机进行钢板焊接。焊接顺序为先纵缝，再立缝，最后焊接横缝。

4.3 原材料检测

输水洞钢板衬砌工程量为43.9 t，使用钢板为鞍钢出产的16 Mn钢板。施工前对钢板原材料进行了质量检测。经检测，原材料质量合格。

4.4 施工质量检测

输水洞钢板衬砌施工过程中，未出现质量缺陷。

施工时监理现场见证，对钢板衬砌施工焊接焊缝按照位置进行了超声波无损检测，结果显示焊接质量合格。

施工时监理现场见证，对钢板衬砌防腐处理进行了质量检测，结果显示焊接质量基本合格。

施工过程中，黑龙江省水利工程质量检测中心站对钢板焊接、钢板防腐等施工质量进行了随机抽检，检测结果合格。

4.5 施工质量评价

钢板衬砌施工原材料合格，施工工艺合理，钢板焊接与防腐处理基本满足设计要求，施工中未出现质量缺陷。

5 输水洞加固工程安全评价意见和建议

1)对输水洞存在的问题，设计采取洞壁混凝土补强、发电引水支洞钢衬与灌浆、重做分缝止水、重建进口工作闸门启闭室等加固方案，是合适的。

2)洞身混凝土结构分缝止水设计合理，施工质量满足设计要求。

3)补强混凝土采用C25W4F200，强度、抗渗与抗冻设计指标满足规范要求，施工方法和工艺合理，强度、抗冻检测结果满足设计要求。

4)发电引水支洞钢衬回填灌浆和接触灌浆施工工艺基本符合规范规定，施工质量基本满足设计要求，建议补充检测资料。

5)输水洞钢衬设计基本满足规范要求，原材料合格，施工工艺合理，检测结果基本满足设计要求。

［1］ 西泉眼水库大坝安全鉴定评价报告［R］.大坝安全管理中心，2005.

［2］ 西泉眼水库应急维修加固工程初步设计报告［R］.黑龙江省水利勘测设计院，2007.