黄河苏只水电站消力池修复处理措施

吕 琦，高月仙，王 静，张 博

（中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安710065）

1 工程简介

黄河苏只水电站位于青海省循化县与化隆县交界处，工程以发电为主，水库正常蓄水位1900m，电站装机容量225MW。工程规模为Ⅲ等中型工程，工程枢纽布置格局从左岸到右岸依次为左岸混凝土防渗墙、电站厂房坝段、泄洪闸坝段（包括右导墙）、右岸堆石坝坝段及右岸混凝土防渗墙。泄水建筑物为3 孔泄洪闸，从上游至下游由拦沙坎、闸室段、消力池段、尾渠段、钢筋笼海漫段组成［1］。

水电站于2003年9月开工，2006年12月30日投产发电。

2 原消力池设计

泄洪闸消能方式为底流消能，消力池为泄洪闸3孔共用，总池长74m，池宽59.5m，池深8.5m，池底高程1869.50m，坎高1.5m，坎顶高程1874.5m。消力池采用矩形断面，底板厚2.5m。在底板基础设置锚杆以保证消力池抗浮稳定，锚杆采用准25 砂浆锚杆，长4.3m，间排距1.5m×1.5m，深入基岩3.5m。底板设置纵横向结构缝，缝面设键槽、橡胶止水带和止水条。消力池底板结构缝下设置纵横向无砂混凝土排水管排水系统，并在消力池两侧边墙底部及上下游齿坎内设排水廊道。底板表面采用厚1m 的高标号C30W6F100 抗冲耐磨混凝土。尾坎设固结灌浆，灌浆孔间排距3m，入岩5m。

消力池左导墙墙顶高程1887.50m，墙顶宽度1.0m，墙背坡度1∶0.6，至桩号坝下0+172.00；右导墙墙顶高程1885.00m，墙顶宽度1.0m，下游至桩号坝下0+177.00。

3 消力池现状及成因分析

3.1 消力池现状

苏只水电站已运行7年，电站运行整体平稳、正常。然而，电站经过多年运行，水流冲刷可能对泄洪建筑物产生冲蚀、磨损和冲刷等破坏。为摸清情况，于2013年8月15日至2013年8月18日，对消力池等部位逐一进行了水下检查施工。检查发现泄洪闸消力池部位存在混凝土不同程度破损情况。底板冲刷破坏面积2332m2，其中冲刷破坏较深范围130m2，破损处平均深度0.2～0.6m 不等。破损较深区域可见混凝土内部钢筋网，钢筋网周围混凝土被淘空，消力池底板准22 主筋、副筋及施工绑扎处清晰可见，部分钢筋被水流冲断后向下游方向弯折。

3.2 成因分析

（1）泄洪闸下泄的水流携带大量泥沙，尤其发电初期坝前库内过多施工碴高速磨蚀消力池底板是产生冲蚀破坏主要原因。当冲蚀发生时，局部较薄弱的混凝土首先发生破坏产生麻面，逐渐发展为冲坑，当水流冲刷时间较长后，底板混凝土以冲坑为主要突破口发生成片破坏。由缺陷范围来看，水流对消力池底板混凝土的冲刷效应比较明显。

（2）通过泄洪闸闸门泄水情况分析表明，闸门局部开启高度大多数在0.5～2m 之间，闸门小开度运行对闸门振动和消力池底板冲刷不利。

4 围堰设计

4.1 围堰高程确定

围堰顶高程取10年一遇洪水标准11月～次年6月份的水位+安全超高控制。按设计流量1680m3/s对应下游控制水位最高水位1882.2m，安全超高0.3m，堰顶高程确定1882.5m；考虑到围堰安全超高值偏低，现场预准备装土草袋，应急时堆放至围堰顶部左半范围1882.5m高程以上。右半侧因与右导墙顶1885.0m高程衔接，安全超高满足设计洪水流量要求。

4.2 围堰形式

围堰形式的选择可采用均质粘土围堰、草土围堰、防渗粘土心墙和土工膜心墙围堰。

草土围堰是利用当地材料（麦草或稻草和壤土）［5］。考虑到苏只水电站附近目前草料收集困难，草土填筑时浪费较大，且草土围堰工序复杂，后期围堰拆除对下游生态环境影响较大等因素，不予采用。

由于围堰长度较大（60m），又是水下施工，因此，防渗粘土心墙和土工膜心墙施工困难，方案不予考虑。

苏只枢纽区域左岸料层较丰富的为阶地粉砂质粘土，施工期试验结果表明，其平均天然容重1.78g/cm3，平均天然含水量4.6%，平均最优含水量16.7%，平均粘粒含量39.4%，平均塑性指数14.7，平均渗透系数4.93×10-8cm/s，各项指标基本符合作为防渗土料料源，也可作为均质土坝料源。为此围堰形式采用均质粘土围堰。

4.3 围堰布置

根据工程建筑物消力池、尾坎、左右导墙的布置和下游排水、防渗的设计，结合本次修复工程的检查范围、截流、交通等因素，围堰布置方案如下。

泄洪建筑物检查范围到消力池尾坎 （桩号坝下0+122.50不含护坦段），综合考虑围堰布置在消力池尾坎—导墙内护坦段上比较合适。围堰中心线桩号坝下0+141.25，顶高程1882.50m，底高程1873.0m，堰高12.0～9.5m，堰长同消力池宽59.5m，左、右端与导墙衔接。围堰断面形式，堰顶宽4.5m，堰体通过设计最高水位工况下的稳定计算，确定上游坡按1∶2.0、下游坡按1∶2.2进行填筑。坡脚采用装土草袋进行防冲防护。

键盘和LED数码管是单片机系统中最常用的人机交互设备。如果外围的按键较多、显示位数比较大，不但要花费设计人员更多的时间，程序也变得非常庞大和复杂，采用效率不高的单片机会出现整个系统瘫痪、输入不灵敏或者显示拖影等现象，增加了单片机的负担。所以，设计出专用的键盘/LED的驱动电路，让专用的芯片去处理这些繁琐的工作，把单片机解放出来，集中精力做主要的事情。

4.4 围堰稳定计算

根据围堰采用的土料场土料参数［4］，围堰稳定计算采用河海大学研制的AUTOBANK程序和SLOP程序，计算中采取总应力法，稳定分析方法采用简化毕肖普法和瑞典圆弧法，根据DL/T 5087—1999《水利水电工程围堰设计导则》，围堰稳定安全系数为1.05。

计算中采用两种工况分别进行计算。

工况1：正常运行期，上游水位达到设计水位1882.2m，下游无水（护坦顶高程1873.0m）的情况。

工况2：水位骤降期，下游水位由3 台机发电尾水位1881.9m 骤降到1873.0m（历时36h），上游水位1881.9m 的情况。围堰稳定计算结果如表1。

表1 围堰稳定计算结果

以上两种工况稳定安全系数均满足DL/T5087—1999《水电水利工程围堰设计导则》规范要求≥1.05。本工程工期时短，只有3 个月，故计算中未考虑地震对围堰稳定的影响。考虑到围堰上游坡脚防冲要求，在上游坡脚处堆压装土草袋。

5 消力池修复处理措施

5.1 混凝土表面破坏处理

消力池表面破坏处理材料采用抗冲耐磨涂料、环氧砂浆和强度等级C35F100W8 的抗冲耐磨混凝土；混凝土级配采用小一级配、一级配或二级配。

针对不同的破坏深度，采取措施如下：

（1）破坏深度小于5mm，凿除深度不小于5mm，凿毛后表面涂一层环氧基液，采用环氧砂浆进行修补处理［3］。

（2）破坏深度5～50mm，采用环氧砂浆进行修复，且深不足20mm 的修复区凿除不小于20mm。

（3）破坏深度50～150mm，采用小一级配混凝土（即骨料最大粒径为10mm）或一级配混凝土进行修复。若修补面积大于0.4m2，且深度大于100mm，需要布置 准8 锚固长度12cm 的插筋（植筋胶植筋），插筋布置按照每0.4m2一根的原则布置。

（4）破坏深度大于150mm，采用二级配混凝土材料进行修复。原钢筋出露，应采用除锈剂除锈。对变形严重的钢筋，应割除并采用准22@20×20的钢筋网焊接修补，焊接长度不小于10d。对变形不严重的钢筋在原钢筋网上补加准8钢筋网，间距10cm（保护层厚度10cm），修补区边缘先切割轮廓线，构成凸多边形，其相邻两线的夹角应小于90°。若修补面积大于0.4m2，需要布置准22锚固长40cm的插筋 （植筋胶植筋），插筋布置按照每0.4m2一根，并与上层钢筋网连接的原则布置。

（5）修补区边缘不得形成深度小于30mm 的边口。平面薄层修补区边缘应凿成齿槽状，立面修补的槽、孔凿成楔形状。

（6）修补区有钢筋出露并锈蚀时，修补前应进行除锈处理。如钢筋面积明显减小或被冲断，应补焊受力筋并加设必要的连接筋，对冲坏的预埋件，应予修复。

（7）对于建筑物不平整处的处理采用凿除及风动砂轮打磨，与周边混凝土保持平顺。

5.2 永久缝的处理

5.2.1 止水修复

消力池永久缝止水修复包括原橡胶止水带的修复和止水带上下缝面的封闭。消力池原橡胶止水带安装高度为底板顶面以下20cm 处，对于混凝土破坏深度大于20cm 的永久缝部位，需对破坏的橡胶止水带进行修复，修复基本方法采用硫化热粘结法。为了确保止水效果良好，在永久缝上部及破坏面缝底部采用聚氨酯密封胶封填。对于破坏深度小于20cm 的永久缝部位，只需在永久缝上部进行聚氨酯密封胶封填。聚氨酯密封胶具有弹性止水和遇水止水的双重功能。主要性能指标不低于：邵氏硬度>50，拉伸强度>2.0MPa，拉断伸长度>300%，静水膨胀率>200%。

5.2.2 缝面处理

为防止顶部缝内聚氨酯被水流冲掉，在永久缝缝面增加一道柔性抗冲磨止水。经查阅相关资料，最终确定采用SK 手刮聚脲［2］。SK 手刮聚脲由含多异氰酸酯-NCO 的高分子预聚体与经封端的多元胺（包括氨基聚醚）混合，并加入其他功能性助剂所组成。分为“抗冲磨型”和“防渗型”两种，本工程采用“抗冲磨型”SK 手刮聚脲，其主要性能指标如表2。

表2 SK 手刮聚脲主要技术指标

6 结语

（1）消力池修复处理措施是在综合考虑施工条件、施工能力、施工工期等因素后提出的，基本满足工程需要。对于修复效果，还有待经汛期泄洪的考验。

（2）文中混凝土冲蚀处理方法和永久缝的处理思路、止水材料的选用，可供同类工程借鉴。

［1］中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.苏只水电站泄洪闸消力池混凝土冲蚀破坏处理工程设计报告［R］.2013.

［2］邓仁贵.SK 手刮聚脲在官山渡槽伸缩缝修补中的应用［J］.中国农村水利水电，2010（8）.

［3］卢腾，龚建华.环氧砂浆在酉酬水电站消力池混凝土缺陷修复处理中的应用［J］.四川水力发电，2012，31（2）.

［4］罗国纯.显岗水库加固工程围堰的设计与施工［J］.广西水利发电，2009（3）.

［5］牛福钰，丁小平.草土围堰的应用与改进［J］.人民黄河，2006，12（28）.