水电站溢洪道闸墩加固技术的应用

国家电投集团江西电力有限公司 江西 南昌 330006

1 引言

某水电站枢纽建筑物由主坝、副坝、溢洪道、非常溢洪道(自溃坝)、发电厂房等组成。溢洪道设在主坝右岸以北约2km的垭口上,由引水渠道与水库连接。溢洪道坝顶高程105.5m,最大坝高30.1m,设有三孔开敞式溢流堰,孔口尺寸9m×12m,中间设有3m宽闸墩,堰顶高程为91.4m,设有三扇弧形闸门,采用三台固定式启闭机起吊。

现今溢洪道已经运行50余年,工程老化程度日趋加剧,先天存在的工程安全隐患日益突出。为保证溢洪道自身安全,保障下游人民生命财产安全,并充分发挥水电站各项功能和效益,急需对闸墩进行补强加固处理。

2 闸室加固方案比选

目前我国闸室水工建筑物补强加固方案,主要有以下几种方法:部分或全部拆除重建加固、置换钢筋混凝土加固、粘钢加固、粘贴纤维复合材料加固、预应力加固等。

根据目前几种闸室加固方案的基本要求,并参考国内闸室加固实例,根据水电站溢洪道实际情况,由于闸墩混凝土强度仅为C10,左、右边墩混凝土结构未见配筋,中墩混凝土结构有φ8@20的钢筋,特别是闸墙表面15～20cm厚度为红砖粉混凝土,表面已经碳化,强度很低。闸墩混凝土强度及配筋均不满足采用粘贴钢板加固、粘贴纤维复合材料加固、预应力加固的要求。闸墩及部分堰面拆除重建加固方案能够从根本上解决闸墩存在的所有问题,但工程量、投资相对较大,工程处理时间较长,对水库度汛有较大影响。综合各种加固方案优缺点分析,结合溢洪道闸墩实际情况,同时考虑加固效果、施工工期、度汛风险及工程投资等综合分析,最终采用置换钢筋混凝土加固、新老混凝土结合技术、弧形闸门支座加固等技术进行闸墩加固。

3 加固技术应用

3.1 置换钢筋混凝土加固 该水电站溢洪道边墩混凝土强度偏低,表面未配置钢筋,混凝土存在裂缝,表面碳化严重。针对这些问题,采用拆除边墩表层30cm混凝土,并重新铺设钢筋网,浇筑满足强度要求C25混凝土,解决边墩混凝土强度不足的问题。新浇混凝土厚度仅为30cm薄层结构,温度和干缩作用在新老混凝土结合面处易产生较大的拉应力。为防止闸墩在施工期和使用期出现裂缝,采用低热混凝土,并在每方混凝土中掺入0.9kg聚丙烯腈纤维(单丝型),优化混凝土配合比,采用特殊施工及养护工艺等。加固关键技术有:①采用低热水泥,在混凝土中添加减水剂等外加剂,尽量降低胶凝材料用量,降低混凝土水化热;②在混凝土中适量掺入聚丙烯腈纤维(单丝型),以防止闸墩新浇混凝土在施工期和使用期出现裂缝;③在混凝生产拌制中加入了JM—PCA聚竣酸高性能减水剂、GYQ引气剂,控制混凝土塌落度,控制混凝土分仓浇筑时间、养护时间,铺设潮湿草袋进行保温防护等施工关键技术。

3.2 新老混凝土结合技术 置换混凝土加固法基本要求:为了新、旧混凝土协调工作,并避免在局部置换的部位产生“销栓效应”,故要求新置换的混凝土强度等级不宜过高,一般以提高一级为宜;为了防止结合面在受力时破坏,在重要结构或置换混凝土量较大时,应在结合面上种植贯穿结合面的拉结钢筋或螺栓,以增加被动剪切摩擦力的传递。为此采取在老混凝土表面设置三角形键槽,在混凝土浇筑过程中采用在老混凝土面涂刷无机界面粘结胶,布设插筋,插筋顶部与面层钢筋网焊接,有效增强新老混凝土结合性能,使新老混凝土形成整体,共同受力。

3.3 边墩弧形闸门支座综合加固技术 边墩弧形闸门支座加固关键技术主要有:①将边墩原弧形闸门支座两侧加宽,新浇弧形闸门支座混凝土与原混凝土结合面凿毛、植筋并涂刷界面胶;②在弧形闸门支座外表面包钢,与内部预埋钢板焊接形成整体,使边墩弧形闸门新老混凝土紧密结合,共同工作;③在边墩表面新浇30cm厚薄壁混凝土中布置扇形钢筋。通过上述加固技术的综合使用,解决了边墩弧形闸门支座附近闸墩局部混凝土抗拉和支座裂缝控制不满足规范要求和闸墩局部受拉区扇形受拉钢筋配置不足的问题。

3.4 新材料、新工艺的应用 针对人工风镐拆除边墩薄层混凝土方案进度缓慢、施工难度较大等问题,根据现场情况,选用金刚石绳锯切割边墩混凝土方案,既提高了混凝土凿除深度精确度,又保证了工程进度要求。

在边墩表面混凝土置换、边墩弧形门支座加宽等加固项目中,为加强新老混凝土界面的粘结力,以保证新老混凝土形成整体,共同受力,达到理想的加固效果,在老混凝土面植筋过程中采用了无机植筋胶,同时在新老混凝土结合面上采用新老混凝土界面无机粘结胶。在闸墩表面混凝土防碳化加固项目中,采用了防碳化性能好的丙乳砂浆。

4 结语

2016年10月,该水电站溢洪道闸墩补强加固工程正式开工,2017年2月,混凝土置换等主体工程完工。2017年3月,顺利通过主体工程投入使用验收,水库开始正常蓄水。2019年5月,工程通过竣工验收。工程已经历2017年、2018年、2019年及2020年4个汛期高水位考验,在每年汛前进行的溢洪道闸门启闭试验和2017年、2019年洪水过程中闸门均能正常启闭,溢洪道运行稳定。通过观测数据分析和混凝土取芯检测,反映新老混凝土结合良好,能够形成整体共同受力。