万家寨混凝土重力坝中孔过流面缺陷处理

侯争光，张 维，赵 朋，吴凌丞

（黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西偏关，036412）

1 工程概况

万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，是黄河中游规划开发的8个梯级中的第一个工程，也是山西省引黄入晋工程的龙头工程。枢纽的主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用，装有6台单机容量180 MW的混流式水轮发电机组，总装机容量1 080 MW，多年平均年发电量为27.5亿kW·h。

工程由混凝土重力坝、泄水建筑物、坝后式厂房、GIS开关站、引黄取水口等组成。泄水建筑物布置在左岸，根据泄水建筑物的运用要求，并考虑在不同库水位泄流排沙的灵活性，泄水建筑物由8个底孔、4个中孔和l个表孔组成，均采用长护坦挑流消能。

中孔担负着枢纽泄洪排沙及排漂任务，布置在9、10坝段，为压力短管式无压坝身泄水孔。每个坝段布置2孔，共4孔。孔口尺寸为4 m×8 m（宽×高），进口底坎高程为946.00 m。中孔设平板事故检修闸门及平板工作闸门各一道，工作闸门后为明流段，堰面曲线为抛物线，过流面末端水平直线高程900.00 m，其后接长护坦及挑流鼻坎。单孔最大泄量为675 m3/s。

2 中孔过流面现状

2004年对枢纽水工建筑物混凝土缺陷进行了全面普查，检查发现中孔过流面及护坦存在混凝土裂缝、剥蚀、脱落等问题，其中统计裂缝共计128条（详见表1），剥蚀、脱落共5处，最大剥蚀面积达64 m2，随即采用环氧混凝土、环氧砂浆等进行了局部修补处理。此后自2008年起，中孔过流面经历多次泄水等短时性过流，导致过流面原修补的环氧材料大面积剥落。

表1 中孔过流面混凝土裂缝统计Table 1 Statistics of the cracks on the concrete overflow surface

2014年，对中孔过流面混凝土存在较大冻融破坏的区域（桩号下0+014.82～下0+058.00 m）进行钻孔取芯试验，检测过流面混凝土的强度，检测成果详见表2。中孔过流面二期混凝土原设计强度为R90300D200，混凝土试验强度低于设计值，且越距表面，强度越低，达不到设计要求。对局部混凝土表面砂浆已剥落、骨料露出、冻融破坏严重区域进行深凿检查，凿除10 cm深后，底部混凝土仍然疏松，强度较低。

表2 中孔过流面混凝土取样抗压强度检测成果Table 2 Result of the compression test of the concrete on overflow surface

3 缺陷原因分析

3.1 原浇筑混凝土强度低

对过流面混凝土进行钻孔取芯试验，试验强度低于设计值，这与建设期浇筑混凝土标号低有关，加之运行时间长，混凝土碳化严重，过流面混凝土在温度作用和泄水水流的冲蚀下产生裂缝和剥蚀。

3.2 冻融破坏

中孔闸门存在轻微渗水，渗水经过堰面密集发育的裂缝渗入混凝土内，低温季节结冰引起混凝土冻融破坏。

4 修复范围及方式确定

4.1 修复范围

修复范围为坝0+205.00～0+243.00 m（中孔4孔过流面）、下0+08.82～下0+88.00 m（中孔工作闸门后至过流面底部）。

4.2 修复方式

2004年对中孔过流面局部剥蚀、脱落部位采用环氧砂浆修补处理后，泄水后修补部位环氧砂浆大面积剥落，效果不佳。结合钻孔取芯检查，发现过流面混凝土强度低于设计值，且距过流面表面越浅，强度越低，达不到设计强度要求，且多处混凝土表面砂浆已剥落、骨料露出，凿除10～15 cm后，底部混凝土仍然疏松，强度较低。鉴于上述情况，确定对中孔过流面混凝土存在的裂缝、剥落、强度低等问题进行彻底处理，采取少凿多浇的方式，滑模浇筑施工工艺，对堰面整体混凝土进行修复处理。

图1 抗压试验芯样Fig.1 Core samples for compression test

5 施工工艺要求

5.1 混凝土凿除厚度

为了消除安全隐患，提高过流面混凝土的强度，并保证过流面体型光滑连续，将过流面表层混凝土全部凿除。过流面桩号下0+08.825～下0+14.825 m凿除深度30 cm；桩号下0+14.825～下0+58.510 m凿除深度为钢筋网以下5～30 cm，若局部疏松深度大于30 cm时，现场确定凿除深度；桩号下0+58.510～下0+87.50 m凿除深度30 cm，桩号下0+87.50～下0+88.00 m凿止水槽，深50 cm。为检查凿除深度，凿除老混凝土面层之前，应在老混凝土表面设置检验墩，并用红色油漆标识，施工过程中，不得凿除检验墩，在凿除深度验收合格后，再将检验墩全部凿除。

5.2 凿除面处理

清除混凝土表面的灰尘、乳皮、松动颗粒，去除凿除面上起伏悬殊、局部凸起或成锐角以及松动的老混凝土，处理过的表面应露出新鲜的混凝土骨料，打毛混凝土基面，且不对骨料产生扰动。

5.3 植入锚杆

在凿除面上植入环氧树脂锚杆，桩号下0+08.825～下0+14.825 m与桩号下0+58.510～下0+87.50 m范围内锚杆采用φ16@500 mm，总长度为90 cm，深入老混凝土35 cm；桩号下0+14.825～下0+58.510 m范围内采用φ16@400 mm，总长度不低于90 cm，深入老混凝土35 cm；外露锚杆顶部侧弯90°与表层钢筋网焊接。待锚杆胶结固化后，按规范要求进行锚杆拉拔力检验，锚杆抗拔力达不到质量要求时，按要求重新检验或采取其他处理措施。

5.4 设置表层钢筋

表层钢筋采用φ16@150 mm，纵横方向均为7根/m，修复时对割断的钢筋及不慎损坏的钢筋均应按原样进行恢复。

5.5 清洗

彻底清除表层凿除物及松动的老混凝土，将混凝土凿除面清洗干净。

5.6 滑模测量放线

过流面浇筑方式采用拉模浇筑工艺，按照先9后10坝段的浇筑顺序，每次滑模浇筑宽度16 m。对轨道中心线和支撑架位置测量放线、支撑架标高，并检查过流面线与设计线的偏差。

5.7 轨道安装

轨道采用角钢固定，两块角钢之间固定一块槽钢，槽钢内部镶入滚轮，以确保桁架滑动行走。

5.8 滑模模体组装

滑模模体主要由型钢桁架组成，底面为6 mm厚钢板，四周支撑体和纵向梁由25 a槽钢和16 a槽钢组成，钢桁架高2.0 m，底宽1.2 m，同时在桁架下游侧做人工操作平台，底宽1.0 m、高1.6 m，以满足人工收面和检查使用。

5.9 涂刷界面胶

新混凝土浇筑前，对新老混凝土结合面进行清洗，要求表面无油脂、尘埃和松散物，表层干爽不湿或略带潮，涂刷一层环保型界面胶。

5.10 浇筑混凝土

采用混凝土吊罐结合溜槽方式进行混凝土入仓、滑模浇筑的施工工艺，按照先9后10坝段的浇筑顺序，重新浇筑结构混凝土。新浇混凝土为C50F300W6（二）高强硅粉混凝土。桩号下0+08.825～下0+14.825 m混凝土浇筑厚度30～48 cm；桩号下0+14.825～下0+58.510 m混凝土浇筑厚度35～55 cm；桩号下0+58.510～下0+87.50 m混凝土浇筑厚度30～59 cm；桩号下0+87.50～下0+88.00 m混凝土浇筑厚度50 cm。

5.11 混凝土养护

混凝土表面经人工抹面压光之后，立即覆盖塑料薄膜、上部用麻袋保湿养护。养护期应满足规范的要求，尽量延长养护期，以避免混凝土表面出现裂缝。

6 经验与建议

（1）中孔过流面工作闸门存在漏水问题时，应及时维护处理，以免冬季结冰引起混凝土冻融冻胀破坏。

（2）修复采用的C50F300W6（二）高强硅粉混凝土具有和易性好、强度高、耐久性高的优点。硅粉混凝土对早期养护要求高，否则容易发生塑性干裂，在浇筑振捣后应立即覆膜，温水养护21 d以上。

（3）为防止混凝土裂缝的产生以及避免裂缝扩延引起类似问题的发生，建议在混凝土表面涂抹强度高、柔韧性好、抗冲磨的防护涂层。

7 处理效果及评价

中孔过流面于2015年8月修复完成，经历3年运行，检查发现表面局部存在细微裂缝，主要可能是早期硅粉混凝土养护不到位所致，未发现混凝土表面出现冲蚀、冻融等破坏，运行效果良好。