琅琊山抽水蓄能电站尾调闸门槽二期混凝土缺陷处理技术应用分析

万昔超，周 瑛

（华东琅琊山抽水蓄能有限责任公司，安徽省滁州市 239000）

0 引言

琅琊山抽水蓄能电站位于安徽省滁州市，电站枢纽由上水库、水道系统、地下厂房、尾水明渠及下水库、地面开关站、中央控制室系统等主要建筑物组成，工程等级为二等，总装机容量为600MW（4×150MW）。电站设有两个阻抗式尾水调压室，阻抗孔直径3.5m，调压井内径18.6m，为钢筋混凝土衬砌，厚度0.8m（强度C20），调压井底部井座段长19.92m，底板高程为-19.5m，阻抗板底高程为-13.3m，阻抗板厚1.5m，井口高程为54.5m，布置有尾水事故闸门检修平台。调压井与尾水支洞的交叉处布置4扇尾水事故闸门，闸门孔口尺寸4.6m ×6.2m，采用下游止水，门槽采用宽1.41m、深0.7m的矩形门槽，混凝土分一、二期浇筑[1]。

2019年4 月，放空检查发现3、4号尾调闸门槽二期混凝土质量存在较大缺陷，主要表现为：3号闸门6m以下下游侧门槽二期混凝土有7处明显沙化，敲打掏挖会掉落和水流外渗，有两处面积较大；4号闸门上游右侧门槽二期混凝土有长1m、宽15cm大小孔洞；5m以下下游侧门槽有5处混凝土明显沙化，敲打掏挖会掉落和水流外渗。门槽混凝土沙化、蜂窝见图1。

1 缺陷现状

1.1 分析方法

1.1.1 超声回弹法

回弹法是最常见的混凝土强度测定无损检测技术，是一种表面硬度法[2]。原理是使用一个由弹簧驱动的重锤来弹击待测混凝土结构的表面，然后再获取重锤的回弹距离，将重锤的反弹距离和设备弹簧原始长度的比值当作衡量强度的量化数值，由此来确定混凝土强度。

图1 门槽混凝土沙化、蜂窝Figure 1 Sandification，honeycomb of concrete in gate slots

本次应用采用ZC3-D一体式数显回弹仪，每个测区选取16个测点，计算测区平均回弹值应从16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，计算公式如下[3]：

式中Rm——测区平均回弹值，精确到0.01；

Ri——第i测点的回弹值。

计算所得平均回弹值（Rm）及平均碳化深度值（dm）由规程附录或测强曲线可计算出第i个测区混凝土强度换算值，并计算出测区混凝土强度平均值，根据公式可得混凝土强度推定值fcu，e。

1.1.2 地质雷达电磁波反射法

电磁波在衬砌、围岩内传播过程中，遇到不同介质交界（如围岩、衬砌的交界处）或是内部裂缝、空洞等，由于不同物质对电磁波的反射能力不同，在这些部位，电磁波就会产生较大反射。两种介质的差异越大，反射回的电磁波能量越强，接收的信号就越强烈。再通过信号技术处理形成图像，进而推断出地下目标物的实际情况[4，5]。地质雷达工作原理图见图2。

本次应用以尾调阻抗孔平台为基准面，采用HJC-017型号超声波检测仪，主频为1～1000MHz波段，采用高频天线以提高探测精度，探测深度2m，探测一、二期混凝土界面缺陷，采用连续扫描+点采混合的数据采集方式。

图2 地质雷达工作原理图Figure 2 Geological radar working principle diagram

1.2 检测路线

闸门槽二期混凝土设计强度为C20，本次利用检测结果前后对比法分析消缺效果。消缺前后二期混凝土质量检测位置均位于闸门井内侧二期混凝土位置，详见图3。修补前，回弹仪检测时从井口到井底共抽检110个测区，得回弹平均值，并采用平面双发双收探头进行波速测量；内部缺陷检测采用反射波法，自上而下或自下而上对检测混凝土进行扫描，共检测256m。

图3 本次检测二期混凝土位置图Figure 3 The second stage concrete position map of this test

1.3 分析结果

（1）分析图4和图5可知，修补前3号闸门井门槽混凝土抗压强度高于20MPa占比为61.5%，未见低于10MPa的，混凝土强度整体随高程变大呈增大趋势，高度3m的一期混凝土强度明显高于同高程二期混凝土强度，为16.7～20.3MPa。

图4 3号闸门左侧门槽混凝土推定强度变化情况Figure 4 Variation of the estimated strength of the left gate slots concrete on the No. 3

图5 3号闸门右侧门槽混凝土推定强度变化情况Figure 5 Variation of the estimated strength of the right gate slots concrete on the No. 3

（2）分析图6和图7可知，修补前4号闸门井门槽混凝土抗压强度高于20MPa占比为57.5%，未见低于10MPa的，混凝土强度整体随高程变大呈增大趋势，高度3m的一期混凝土强度明显高于同高程二期混凝土强度，为19.9～24.9MPa。

图6 4号闸门左侧门槽混凝土推定强度变化情况Figure 6 Variation of the estimated strength of the left gate slots concrete on the No. 4

图7 4号闸门右侧门槽混凝土推定强度变化情况Figure 7 Variation of the estimated strength of the right gate slots concrete on the No. 4

（3）分析图8～图19可知，3、4号闸门井门槽的缺陷以局部脱空与不密实为主，8m以下局部出现连续脱空、不密实。

图8 3号闸门槽左侧45～66m高度段内部缺陷检测结果Figure 8 Internal defect detection result of 45～66m height section on the left side of gate 3

图9 3号闸门槽左侧20～45m高度段内部缺陷检测结果Figure 9 Internal defect detection result of 20～45m height section on the left side of gate 3

图10 3号闸门槽左侧1～20m高度段内部缺陷检测结果Figure 10 Internal defect detection result of 1～20m height section on the left side of gate 3

图11 3号闸门槽右侧45～66m高度段内部缺陷检测结果Figure 11 Internal defect detection result of 45～66m height section on the right side of gate 3

图12 3号闸门槽右侧20～45m高度段内部缺陷检测结果Figure 12 Internal defect detection result of 20～45m height section on the right side of gate 3

图13 3号闸门槽右侧1～20m高度段内部缺陷检测结果Figure 13 Internal defect detection result of 1～20m height section on the right side of gate 3

图14 4号闸门槽左侧45～66m高度段内部缺陷检测结果Figure 14 Internal defect detection result of 45～66m height section on the left side of gate 4

图15 4号闸门槽左侧20～45m高度段内部缺陷检测结果Figure 15 Internal defect detection result of 20～45m height section on the left side of gate 4

图16 4号闸门槽左侧1～20m高度段内部缺陷检测结果Figure 16 Internal defect detection result of 1～20m height section on the left side of gate 4

图17 4号闸门槽右侧45～66m高度段内部缺陷检测结果Figure 17 Internal defect detection result of 45～66m height section on the right side of gate4

图18 4号闸门门槽右侧20～45m高度段内部缺陷检测结果Figure 18 Internal defect detection result of 20～45m height section on the right side of gate 4

图19 4号闸门门槽右侧1～20m高度段内部缺陷检测结果Figure 19 Internal defect detection result of 1～20m height section on the right side of gate 4

2 原因分析

尾调闸门槽施工时，为使预埋件闸门轨道及其加固钢筋安装方便，采取二期混凝土施工工艺，井口到井底落差67.8m，二期混凝土浇筑最大厚度1.0m，施工悬空高度较大、空间狭窄。

初步分析，尾调闸门井门槽底部二期混凝土形成裂隙、混凝土沙化的原因，一是门槽二期混凝土浇筑时，混凝土入仓面与浇筑面高差较大，混凝土可能已产生离析问题，尤其是底部混凝土，振捣容易不密实，出现渗水通道[6，7]；二是尾水调压井内水位随抽水、发电影响不断上下波动，底部混凝土裂隙水和调压井内水在水压力作用下使混凝土裂隙不断增大，出现水流带走砂石，造成混凝土掏空。

3 缺陷处理方案

混凝土缺陷修复根据具体情况可以采用高标号细石混凝土回填、化学灌浆等方法进行处理[8]。本次消缺采用“凿旧补新”回填法，范围为3、4号闸门槽阻抗孔平台以上6m区间内二期混凝土（-6.8～ -0.8m高程），对缺陷混凝土全部凿除后重新浇筑HK-KB-1高分子聚合物混凝土，该材料拥有无机材料和高分子材料的综合性能，具有固化快、强度高、黏结力强、施工方便、性价比高等特点。主要性能指标见表1。

消缺工作重点、难点为高空作业，作业面与井口高差67.8m，本次采用双吊点吊篮施工，吊篮布置在两个闸门井口两侧空地，见图20，悬吊平台尺寸（长×宽×高）为2.5m×2×0.76m，额定载重量500kg，升降速度9～11m/min。作业面采用满堂钢管里脚手架施工，布置于闸门槽内。

表1 高分子聚合物主要物理指标Table 1 Main physical indicators of high molecular polymers

图20 吊篮布置位置示意图Figure 20 Layout position diagram of hanging basket

基面清理时，缺陷混凝土周围必须凿除至新鲜坚硬层，清除表面松动的碎石、浮尘，修补时凿出坑需呈多边形，周边应与混凝土表面斜交，深度不小于2cm。

视原钢筋锈蚀情况判断是否需要置换钢筋网，将锈蚀严重的钢筋替换成φ20热轧带肋钢筋，按规范绑扎焊接。对于无法焊接的采用植筋方法与一期混凝土连接，布置植筋孔，深度200mm，孔径25mm；按植筋次序先灌注HK-982结构胶，然后再将φ20螺纹钢筋表面化学清洗后植入孔内。

基面预先润湿，呈饱水状态，然后用HK-KB-1净浆（A：B=3：1）涂刷基面，以增强粘结效果。修补时先将A组分和小石子、砂拌和均匀，加入已有缓凝剂的B组分，快速搅拌均匀，必要时可加少量水来调节稠度。最后回填捣实、抹平及龄期3～7天养护达到设计强度30MPa以上。

本次调压井内施工材料、人员运输采用吊篮施工，最大垂直高度差67.8m，脚手架最大高度8m，计划工期21天，严格的安全、工期、质量措施保障了本次消缺的顺利进行。门槽混凝土修补后照片见图21。

图21 门槽混凝土修补后照片Figure 21 Photographs of gate slots concrete after repairing

4 处理效果分析

4.1 混凝土抗压强度

缺陷处理后，同样采用回弹及超声综合法检测混凝土抗压强度，针对底部6m范围每1m布置一个测区，共24个测区。由表2分析可知，修补后位置混凝土推定强度普遍高于30MPa，先期浇筑的、靠近底部的测区强度略高，个别测区因施工接缝影响强度略低。

4.2 内部缺陷检测

修补后区域混凝土雷达扫描共约22m，结果显示，各个测试段落内未见明显脱空，综合回弹超声综合法检测成果，修补后混凝土结构完整性、强度符合设计要求（见图22和图23）。

表2 缺陷修补后混凝土推定强度值Table 2 Concrete estimated strength value after defect repair

图22 3号闸门槽左、右侧底部6m高度段混凝土修补后雷达波图Figure 22 Radar wave diagram of concrete repaired at the left and right bottom 6m height section of 3 gate slots

图23 4号闸门槽左、右侧底部6m高度段混凝土修补后雷达波图Figure 23 Radar wave diagram of concrete repaired at the left and right bottom 6m height section of 4 gate slots

5 结束语

“凿旧补新”回填法和高分子聚合物增强了琅琊山抽水蓄能电站2号尾调闸门槽二期缺陷处混凝土耐久性，并利用超声回弹法、地质地雷达技术对修补效果进行了客观分析，保证了电站正常运行。

施工质量控制是提高二期混凝土强度及耐久性的关键，对于运行期电站调压井混凝土结构应加强放空检查，加强缺陷混凝土检测和安全评估。如何减小调压井水位周期性起伏对二期混凝土的不利影响值得进一步研究。