水东电站泄洪消能设施补强加固处理技术

张仁凌，杨 频，柯 榕

（福建水口发电集团有限公司尤溪流域分公司，福建 尤溪，365100）

1 工程概况

水东水电站位于福建省尤溪县闽江支流尤溪河上，由拦河坝、引水系统、发电厂房和开关站等主要建筑物组成。工程规模为二等大（2）型工程，大坝、泄水建筑物等主要建筑物为2级建筑物，相应的设计、校核洪水标准分别为重现期100年（设计洪水流量和相应下泄流量均为6 010 m3/s）和重现期1 000年（校核洪水流量8 630 m3/s，相应下泄流量为8 323m3/s）。拦河坝为整体式碾压混凝土重力坝，最大坝高为63 m，坝顶长196.62 m。泄洪设施为布置在河床中央的溢流坝，溢流前沿净宽60 m，共4孔，每孔净宽15 m，溢流堰采用WES型堰。泄洪消能方式采用宽尾墩、阶梯式溢流面、戽池联合消能工。

大坝自1993年投入运行以来，共调节了43场洪峰流量大于1 000 m3/s的洪水，特别是1994年宣泄重现期近百年的洪水（下泄流量为5 397 m3/s）。在泄洪高速水流冲击作用下，溢流面丙乳砂浆勾缝及阶梯顶部斜坡倒角处出现局部破坏，消力戽喷锚混凝土结构出现局部冲毁，有可能危及大坝安全。为确保大坝的长期安全运行，有必要对这些缺陷进行补强加固。大坝泄洪消能设施补强加固平面图见图1。

2 消力戽补强加固

2.1 补强加固方案

针对水东大坝消力戽出现的局部冲刷缺陷，大坝原设计单位福建省水利水电勘测设计研究院对消力戽补强加固提出了3个方案。方案1：修建下游围堰形成干地，浇筑C25混凝土方案；方案2：水下浇筑C25混凝土整体处理方案；方案3：水下浇筑C25混凝土局部处理方案。通过技术经济比较，认为干地施工方案具有可实施性好、施工质量易于控制、工程投资较省等优点，因此最终确定采用方案1。

由于方案1需要在大坝下游修建围堰并抽干基坑积水，从而导致大坝运行条件改变，上下游水位差增大。在补强加固方案选择时，根据DL 5108-1999《混凝土重力坝设计规范》及DL 5077-1997《水工建筑物荷载设计规范》，对水东大坝下游抽干施工期的坝体典型碾压层面和坝基面抗滑稳定及应力进行了复核计算。

图1 水东大坝泄洪消能设施补强加固平面图Fig.1 Plane of reinforcement of discharge facilities in Shuidong dam

计算结果表明：大坝下游修建围堰抽干施工期间，坝体碾压混凝土层面抗滑稳定和坝基面抗滑稳定均满足规范要求，仅在坝基面上游面处出现很小的垂直拉应力。为保证大坝安全运行，补强加固施工期间水库水位控制不超过138.50 m。

2.2 下游围堰填筑

根据本工程特点及现场施工条件，围堰采用土石围堰。水东电站4台机组满发时的下游水位为105.10 m，考虑风浪爬高和安全超高后，确定围堰的堰顶高程为106.00 m，并在迎水面填筑高50 cm、宽450～500 cm的土石防浪墙。填筑前通过水库调度停机3～5 d，将下游水位控制在103.00 m左右，先用自卸汽车从右岸进占抛填块石，抛填高程为104.0 m，抛填宽度为6.0 m。抛填块石后，在下游迎水面填筑砂砾石填补块石缝隙，然后进行土工布铺垫，并在其外部覆盖6.0 m的粘土斜墙形成防渗层，最后在迎水面堰脚抛填厚100～150 cm的块石护面，以确保堰体稳固。在围堰背水面填筑砂砾石和粘土混合体，形成二道防渗层，以加强抗渗能力。

在围堰104.0～106.0 m高程上，采用分层上料填筑，每层厚度不超过50 cm，填筑顺序为先粘性黄土，后两侧砂砾石，并用机械碾压密实。考虑到堰顶的交通需要，最终填筑的围堰顶宽为18 m，堰体迎水坡比为1∶3，背水坡比为1∶1.5。围堰断面示意图见图2。

图2 围堰断面示意图Fig.2 Sketch of cofferdam section

2.3 基坑排水及清淤

围堰填筑并进行机械碾压夯实后进行基坑排水，按照基坑水量约10万m3计算，配备8台100QW100-25-11型排污泵排水，基坑排水采取缓慢降低水位，在排水过程中加强对堰体变形监测和巡视检查，以确保围堰安全。

为加强新旧混凝土面及与底板基础面的粘结，需对消力戽底板基岩进行清理。清理时用高压水枪结合人工将消力戽底板基岩面的淤积物、松动块清理干净，并采用切割机、冲击钻、煤气喷枪等设备，对原始河床的光滑面进行人工凿毛处理。

2.4 消力戽底板混凝土浇筑

底板混凝土的设计强度为C25，底板顶面高程为90.60 m。施工期间，根据结构及施工分仓需要，将底板分为10块进行施工浇筑。上下方向在坝下0+062.700 m、左右岸方向沿坝0+079.500 m、坝0+097.500 m、坝0+115.500 m、坝0+133.500 m分别设置一道结构缝兼作施工缝。底板混凝土浇筑顺序按照1→6→7→5→10→3→8→2→4→9区块进行，先浅后深、先两边后中间的顺序进行，4、9号底板混凝土层较厚，进行分层、分仓浇筑，以确保混凝土施工整体质量。

图3 消力戽底板分块浇筑示意图Fig.3 Sketch of block pouring for bucket floor

2.5 消力戽左右岸挡墙混凝土浇筑

消力戽左右岸挡墙基础清除至完整坚硬岩石面，然后浇筑左右岸挡墙C25混凝土。根据挡墙结构及施工分仓需要，在坝下0+062.700 m设置一道结构缝。挡墙面层双向布置分布钢筋ϕ20@200 mm×ϕ16@200 mm，并设置D75PVC排水管，间排距2 m。由于两岸挡墙较高，采用分层施工。挡墙底部钢筋深入消力戽底板，并与底板钢筋绑扎成一体。为确保与尾坎混凝土连接成整体，通过打锚杆方式对尾坎接触面进行钻孔植筋。左岸挡墙外侧平均坡度1∶0.19～1∶0.5，右岸挡墙外侧平均坡度1∶0.13～1∶0.5。

3 溢流面补强加固

3.1 补强加固方案

对溢流面破损、预制块勾缝脱落缺陷，大坝原设计单位提出了2个修补方案。方案1：采用UW-3环氧砂浆结合HK-961环氧增厚涂料修复；方案2：采用环氧混凝土结合C60环氧砂浆修复。通过技术经济比较，最终确定采用方案1。

施工前，对溢流面破损情况进行详细调查复核，根据现场破损情况，确定选用HK-963-J水下环氧灌浆料、HK-弹性环氧砂浆、HK-966弹性抗冲磨涂料、HK983环氧锚固剂及HK-G-2低粘度环氧材料进行溢流面修复工作。

3.2 溢流面常态混凝土缺陷处理

施工工艺：基面处理→喷涂底胶→填筑弹性环氧砂浆→压平处理。

首先用切割机将修补边界切割规整，再用风镐或手钎将混凝土基面松动部分凿除（对于深度不足0.5 cm的区域凿至0.5 cm），清除混凝土基面的薄弱层、松散颗粒，用高压水反复冲洗后用煤气烤枪烘干；待干燥后在基面上喷涂一道环氧树脂底胶，表干后填筑弹性环氧砂浆。对于深度≥5 cm混凝土蜂窝，则先拌制环氧树脂细石混凝土分层填入坑槽，每层不超过5 cm厚，必要时表面设置模板。修补边缘用角向磨光机打磨深5 mm的连接槽，用弹性环氧砂浆将周边和表面修补密实平顺。

3.3 预制块勾缝脱落处理

施工工艺：基面处理→填筑弹性环氧砂浆（填充灌浆）→弹性抗冲磨材料抹面保护。

凿除缝口破损勾缝丙乳砂浆材料5～6 cm深，清除预制块底部的碎屑、杂物，再用高压水反复冲洗基面后用煤气烤枪烘干；对于深度≥30 cm缝，埋设灌浆钢管，对接缝松散区和空腔采用HK-963-J水下环氧灌浆料进行填充灌浆，固结24 h后，割除灌浆管，用HK-弹性环氧砂浆填平缺孔；对于深度＜30 cm缝，则拌制环氧树脂细石混凝土，分层填入勾缝内，每层不超过5 cm厚直至修填平整；缝面采用HK-966弹性环氧抗冲磨材料抹面，抹面施工不少于三道，且两侧压边不小于5 cm。

3.4 阶梯溢流面预制块边角局部破损处理

施工工艺：破损面清理→钻孔→锚固钢筋→固定模板→浇筑环氧混凝土→表面及周边平顺→养护。

图4 阶梯溢流面预制块边角破损处理示意图Fig.4 Sketch of damage repairment for precast block corner of stepped ovesflow surface

先用液压打磨刷和高压水枪对混凝土表面进行清洗，再用切割机将修补边界切割规整，对于深度不足5 cm的区域凿至5 cm。按20 cm间距布设ϕ20的锚筋孔，孔深0.1 m，用高压水枪对锚筋孔冲洗、用煤气烤枪烘干后，用983锚固剂锚固锚筋；制作角钢状的模板用钢架固定于相应的破损部位；拌制环氧树脂细石混凝土分层填入坑槽，每层不超过5 cm厚直至修填平整；拆模后打磨平整，用弹性环氧砂浆将周边和表面修补密实平顺。施工面养护期为12 h，养护期间的环氧混凝土应避免硬物撞击、刮擦及水浸等。

4 补强加固过程中大坝安全监测情况

为及时了解施工期间大坝运行状况，掌握大坝在特殊运行工况下的变化规律，在施工前1个月至施工后3个月，即2013年8月～2014年6月期间，加强大坝安全监测和现场检查。

监测结果见图5。现场检查和监测结果表明，补强加固期间，大坝变形、渗流、应力应变等未发现有明显异常变化。

图5 大坝安全监测测值过程线Fig.5 Measured values of dam safety monitoring

5 结语

通过本次水东大坝泄洪消能设施补强加固处理，溢流面预制块间及预制块与碾压混凝土间的联结作用得到增强，大坝消力戽底部及坝趾防护结构得到加强，大坝泄洪消能设施整体抗冲刷性能得到进一步提高。

本次消力戽补强加固采用构筑下游围堰、创造干地施工条件的方法，溢流面补强加固采用弹性环氧砂浆进行整体修复的方法。结果表明该方法具有实施性好、施工质量易于控制等优点，为类似工程的补强加固积累了经验，具有良好的工程借鉴意义。

[1]李继业,邱春华,程亮.水库除险加固工程设计[M].北京:化学工业出版社,2013.

[2]严祖文,彭雪辉,张延亿.病险水库除险加固风险决策[M].北京:中国水利水电出版社,2011.