小山电站溢洪道混凝土缺陷原因分析及处理

仲崇合　迟明德

摘 要：经过实地考察及研究分析，小山电站溢洪道混凝土缺陷主要原因为冻融、振捣不实、气温骤降因素造成，通过对各种因素进行分析，提出了解决办法并取得了良好的效果。

关键词：溢洪道；缺陷；分析；处理

中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0150-02

小山水电站位于吉林省抚松县境内第二松花江上游的松江河干流上，是松江河梯级水电站的第一级电站，水库总库容1.05亿m3。水库正常蓄水位为683.00 m，设计洪水位683.00 m，校核洪水位为684.58 m。工程为Ⅱ等大（2）型工程，混凝土面板堆石坝、溢洪道为2级建筑物。溢洪道布置在大坝右岸，溢流堰采用WES堰型，堰面曲线方程为Y=0.076782X1.81，堰顶高程670.84 m，共设3孔，每孔净宽8 m，各设一扇8 m×12.5 m（宽×高）的弧形工作闸门，最大泄量2 445 m3/s，出口采用挑流消能。溢流堰采用堰中分缝，缝间设置铜止水。堰面钢筋采用Φ16@25 cm钢筋网，堰面混凝土的设计标号为：R28300D300S6。2012年发现溢洪道堰体表面混凝土有不同程度的剥蚀脱落；溢流面堰体有5条裂缝；利用雷达扫描，发现#1溢流面存在一处内部缺陷，#2溢流堰有一处空洞，#3溢流面有一处不密实和一处空洞。

1 缺陷形成的原因、发展趋势、影响分析

1.1 缺陷形成的原因分析

小山水电站溢流坝溢流面水工混凝土裂缝及缺陷从现象上来看主要有剥蚀、裂缝及内部空洞三种。

①溢流面表面剥蚀成因分析。根据小山水电站十多年的运行情况看，小山水电站很少利用溢流坝泄洪，因此混凝土剥落由冲磨气蚀原因造成的可能性较小。实地考察发现，溢流堰体闸门有渗水现象，虽然水量较小，但长期的闸门渗水，足以使溢流面混凝土含水量达到混凝土遭受冻融破坏的临界值。由于小山水电站地处东北严寒地区，四季温差大，昼夜温度变幅大等气候特点，溢流面产生冻融破坏是可能的。因此，冻融破坏是造成小山溢洪道溢流面下游混凝土表面剥蚀脱落的主要原因

②混凝土内部缺陷成因分析。溢流面内部混凝土存在空洞及不密实，其原因是混凝土施工时振捣不密实造成的。

③溢流面裂缝成因分析。小山溢洪道溢流堰下游溢流面裂缝均属温度裂缝，裂缝的形成是由于气温骤降（寒潮）引起。尽管小山水电站溢洪道溢流面施工期制定了严格的混凝土施工标准及保温措施，但混凝土浇筑后或运行期遇到气温骤降（寒潮），致使溢流堰下游溢流面混凝土温降收缩产生表面裂缝，而且每经历一次寒潮裂缝还会继续延伸。同时，溢流堰下游面混凝土因失水或养护不充分而引起的体积收缩受到基础混凝土的约束也有可能产生表面裂缝。再者由于混凝土施工控制不合理也可能导致裂缝产生。若混凝土浇筑时对表面过度抹压使水分及水泥砂浆聚积到混凝土表面而增大收缩，也会产生裂缝。

1.2 溢流面缺陷发展趋势分析

1.2.1 溢流面混凝土表面冻融剥蚀破坏的发展趋势

小山溢洪道溢流面混凝土表面剥蚀脱落，会随着冬春季交替变化以及溢洪道泄洪时破坏部位会扩大及加深，在环境水的作用下，混凝土强度会逐渐降低。同时，由于小山溢洪道下游溢流面钢筋的保护层厚度为15 cm，随着时间的推移，混凝土的冻融剥落程度会逐步加深，致使钢筋表层覆盖的一层钝化保护层发生破坏，而使钢筋发生老化锈蚀，会影响溢洪道的正常运行。

1.2.2 裂缝的发展趋势

裂缝产生后，根据小山水电站所处位置的气候环境，冻胀和寒潮成为其主要促进因素。水由液态转变为固态时体积增大1.09倍，使结冰的混凝土内部组织结构受到膨胀而破坏。冬季，溢流面裂缝极易受渗水而结冰，因此，冻胀对溢流面混凝土裂缝的发展具有明显的促进作用。寒潮的作用是使混凝土在短期内产生较大的收缩变形。1次10℃的气温骤降，将使混凝土产生0.82×10-4的收缩变形，由此产生的拉应力将使裂缝开度增大并向纵深发展。因此，寒潮引起的温度变形对所出现的裂缝具有相同的促进作用。

1.3 溢流面缺陷影响分析

①对溢洪道运行影响分析。当堰面裂缝规模不大，而且仅是出现裂缝，堰面平整度也满足要求时，短期内不会影响溢洪道运行，如果长期不予以处理，将会出现前面所分析的严重后果，直接影响溢洪道安全泄洪，造成溢洪道安全隐患。

②混凝土耐久性分析。堰面裂缝浸入水后，缝水反复冻胀，加剧混凝土老化；长期暴露于空气也加快内部混凝土碳化速度；裂缝两侧混凝土遭受反复冻融剥蚀，从而加快混凝土的冻融破坏，降低混凝土的耐久性能。

③对结构的影响分析。溢流堰面是钢筋混凝土结构，当混凝土开裂后，结构拉应力将由钢筋承担，如果配筋率足够大，浅层裂缝对结构影响不大，但裂缝过宽过深时，裂缝的存在将改变坝体表面或内部的应力分布，出现应力集中等不利情况，导致溢流堰体应力超标，对溢流堰的结构产生不良影响。

2 处理方法

找出了溢洪道缺陷发生的原因后，我们自然要针对各个因素提出解决办法，从根本上消除缺陷，确保大坝安全运行。

2.1 采用“凿旧补新”的措施对冻融剥蚀部位进行加固

溢流面冻融剥蚀破坏的面积大，且冻融最大深度在8 cm左右。将处于负温区具有冻融循环条件的裂缝混凝土全部清除。同时新浇筑混凝土如果过薄，不方便施工，另外从抗渗角度考虑，一旦局部有冻融破坏，有效厚度减薄，易导致水力梯度偏大，很难满足抗渗要求。因此，堰面混凝土的凿除厚度拟定为50 cm。

2.2 溢流面裂缝处理

对溢流面裂缝的处理主要采取“粘接、封堵”的修补措施，通过缝内灌注环氧树脂将开裂混凝土重新粘合为一体，尽量恢复结构的完整性；缝表面封闭是为了避免水进入缝隙产生冻胀，隔绝空气对钢筋的锈蚀，同时增强裂缝修复效果；采用柔性封闭可适应裂缝张开度随季节变化时，不至于将封闭涂层拉裂而失去封闭作用。

3 结 语

小山溢洪缺陷治理后增强了混凝土耐久性，消除了应力集中等不利情况，保证了汛期溢常泄洪和大坝安全运行。

参考文献：

[1] 宁辉.清河水库溢洪道混凝土裂缝产生的原因及修补措施[J].黑龙江水利科技，2009，（6）.