蘇 暢，謝寶豐，程科林，趙文龍， 楊利鋒

(1.黃河水利水電開發(fā)總公司，河南 濟源 454681；2.黃河小浪底水資源投資有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程概況

某水電站主要建筑物有土石壩、泄洪閘、排沙底孔、河床式電站廠房及左、右排沙洞等。左、右排沙洞單洞長為68.3 m，進口底坎高程為EL.106.0 m，單洞最大泄量為230 m3/s，洞身為矩形斷面，尺寸為4.5 m×4.8 m，每條洞共由4道平板閘門控制。排沙底孔單洞長為68.3 m，進口底坎高程為EL.106 m，出口底坎高程為EL.99.48 m，洞身為矩形斷面，尺寸為3.0 m×5.0 m，單洞最大泄量為145.7 m3/s，每條洞共由4道平板閘門控制。排沙洞、排沙底孔進口檢修門上游為鋼筋混凝土面板，面板長為34 m，厚為 0.8 m，面板以下為砂礫石回填基礎(chǔ)；出口檢修門后為消力池和尾水護坦，長為52.5 m。2019年排沙洞單洞最大過流小時數(shù)為1 030.5 h，排沙底孔單洞最大過流小時數(shù)為1 888.5 h，2019年汛后檢查過程中，發(fā)現(xiàn)部分洞內(nèi)流道進、出口檢修門滲水量大，可能存在電站廠房壩段的上游鋪蓋和下游消力池混凝土水毀及門槽二期混凝土損壞、閘門埋件變形等情況。

2 水下檢查方式及結(jié)果

2.1 檢查方式

本次檢查采用水下機器人(ROV)與蛙人潛水相結(jié)合的方式進行，具備條件時采用2種方式檢查相互對比驗證。蛙人潛水檢查按照預先制定的行動路線下水，并配備管供式空氣潛水裝具、水下照明設(shè)備、水下攝像機、潛水電話和水下施工工具。水下攝像機和水下電話通過電纜與水上監(jiān)視器連接，水下錄像機對水下施工進行全程錄像，并將錄像同步傳輸?shù)剿媳O(jiān)控器，保證檢查結(jié)果直觀、準確，為制定修復方案提供可靠依據(jù)。水下建筑物檢查范圍示意見圖1。

2.2 檢查結(jié)果

經(jīng)潛水員水下檢查，發(fā)現(xiàn)左排沙洞和上游左導墻整體情況良好，未見明顯破壞痕跡，排沙底孔、右排沙洞以及6號排沙洞上游右擋土墻損壞明顯，缺陷分類如下：

① 檢修門槽附近二期混凝土損壞，存在蜂窩、麻面、掏空等缺陷；

圖1 水電站進出口水下建筑物檢查范圍示意

② 排沙洞、排沙底孔進口檢修門上游鋪蓋水下建筑物混凝土損壞，局部鋼筋出露；

③ 排沙洞、排沙底孔進口檢修門上游鋪蓋存在大量推移質(zhì)堆積；

④ 排沙洞、排沙底孔出口檢修門下游消力池及護坦損壞；

⑤ 底坎座板局部變形損傷，局部鋼筋出露；門槽底坎座板整體大面積變形或嚴重損傷；

⑥ 門槽主軌水封不銹鋼座板輕微開焊、鼓起，不影響止水，支撐角鋼輕微損傷；水封不銹鋼座板鼓起、變形、開焊嚴重，支撐角鋼開裂、變形、損傷嚴重；

⑦ 門槽反軌鋼板開裂、變形、損傷。

表1為檢查結(jié)果較為嚴重的2號排沙底孔缺陷匯總，圖2為水下檢查過程中門槽二期混凝土損壞照片，圖3為檢修門底板磨損照片。

表1 2號排沙底孔缺陷匯總 m

圖2 門槽二期混凝土損壞照片

圖3 進口檢修門底板磨損照片

3 水下建筑物破壞原因分析

3.1 推移質(zhì)沖擊

電站廠房壩段上游引渠原設(shè)計高程為EL.120 m，采用無人船+多波束測深儀對廠房壩段上游漏斗區(qū)導墻內(nèi)(重點在水下修復區(qū))進行水下地形測量，根據(jù)測量結(jié)果(見圖4)確定上游漏斗區(qū)地形被沖刷深度約10 m。右排沙洞出口消力池下游在2018年汛后并未發(fā)現(xiàn)大面積塊石淤積，但2019年汛后出現(xiàn)塊石組成的灘地，尺寸約179.1 m×143 m，主要集中在右排沙洞出水口左側(cè)，且在泄洪過流過程中，在工作門閘室能清晰聽見石塊沖擊閘門的聲音。

圖4 2020年3月12日電站漏斗區(qū)沖刷區(qū)域水下地形測量

3.2 高含沙水流磨蝕

電站2019年泄洪排沙運用實測最大含沙量為 266 kg/m3，最大過流小時數(shù)為1 888.5 h，長歷時高含沙水流磨蝕是流道混凝土破壞主要因素之一。

3.3 流態(tài)影響

上游引水渠水流進入泄洪排沙流道存在一定傾角，不均勻流態(tài)影響可能造成右排沙洞相較左排沙洞沖磨更為嚴重，流道內(nèi)右側(cè)底板比左側(cè)底板沖磨更為嚴重；

總之，電站水下建筑物混凝土不僅受高含沙水流磨蝕，流態(tài)不均影響，還受推移質(zhì)沖、砸、磨影響造成破壞。

4 修復加固方案研究

原則上對于損壞部位和結(jié)構(gòu)進行恢復性修復，未損壞部位盡量不破壞原結(jié)構(gòu)。為保證在汛期前完成水下修復作業(yè)，采用多作業(yè)面施工，盡量確保單條排沙底孔、排沙洞上下游同時完工，為洞內(nèi)干地施工創(chuàng)造條件。

4.1 環(huán)氧混凝土加固

修復措施主要運用環(huán)氧砂漿和環(huán)氧混凝土進行不同部位水蝕破壞的修復及補強加固[8]，其中環(huán)氧混凝土主要用于深度大于5 cm的缺陷，環(huán)氧混凝土具有力學性能優(yōu)良，與混凝土黏結(jié)牢固，不易在黏結(jié)面處發(fā)生開裂，抗沖磨強度高，施工簡便、快捷，無毒、無污染等特點。環(huán)氧混凝土施工采用模板支護，可以進行環(huán)氧混凝土的澆筑和振搗，適合大面積、大體積施工，施工速度快,單位造價比環(huán)氧砂漿低。環(huán)氧混凝土主要技術(shù)指標見表2。

表2 環(huán)氧混凝土主要技術(shù)指標 MPa

4.2 針對不同類型缺陷修復方案

4.2.1排沙洞、排沙底孔進口檢修門以上鋪蓋和出口檢修門以下消力池混凝土底板水毀修復方案

修復方案以6號排沙洞出口檢修門為例，施工示意見圖5。

圖5 6號排沙洞出口檢修門混凝土底板修復施工示意(單位：mm)

1)水下清理

對于缺陷內(nèi)的老混凝土面，潛水員使用高壓水或液壓鎬進行鑿毛處理；鑿出堅固、新鮮的混凝土面，鑿毛結(jié)束后對缺陷進行清理。

2)水下切割鑿除

潛水員根據(jù)缺陷的尺寸沿破碎邊緣線切割出修補邊緣線，沖刷缺陷邊緣深度小于60 mm，需開鑿達到60 mm，側(cè)壁應盡量保證垂直，切割邊線必須封閉，用液壓鎬鑿除待清理的混凝土。同時需鑿除修補范圍內(nèi)局部過高的混凝土，使修補混凝土有效地嵌固在老混凝土中，以提高修補面抗沖刷性能。

3)水下鋼筋布設(shè)

為了增強缺陷內(nèi)新澆筑混凝土與老混凝土的結(jié)合強度，并成為一個整體，需在缺陷修補區(qū)域內(nèi)布設(shè)錨固筋。

4)布設(shè)鋼筋網(wǎng)

破壞深度>10 cm部位布設(shè)鋼筋網(wǎng)，待錨固劑硬化后，將已經(jīng)加工好的Φ12@150 mm鋼筋網(wǎng)下放至修補位置并進行固定，鋼筋網(wǎng)距混凝土澆筑面50 mm，以增強混凝土的強度，將錨筋與原混凝土及補強混凝土連接成為一個整體，提高其抗沖刷能力。

5)支立模板

對于立面及斜面上的缺陷，在修復部位架立模板。模板由3 mm鋼板制作而成，內(nèi)部粘貼塑料膜以方便后期拆模。模板通過膨脹螺栓固定在結(jié)構(gòu)面上，模板周邊必須與墻面貼合緊密，不允許出現(xiàn)漏漿。

6)水下澆筑作業(yè)

在進行澆筑前，將澆筑倉面使用高壓水進行再一次的清洗，局部破損面積深度為5 cm以下采用環(huán)氧砂漿澆筑，5 cm以上則采用環(huán)氧混凝土。

7)拆除模板

待立面澆筑混凝土達到足夠的強度后，將模板進行拆除，并對新澆筑混凝土進行水下檢查和錄像。

4.2.2立面?zhèn)葔炷寥毕菪迯头桨?/p>

修復方案以2號排沙底孔檢修門為例，施工示意見圖6。

圖6 2號排沙底孔檢修門修復施工示意(單位:mm)

1)水下切割、鑿除混凝土

由潛水員在水下用液壓鋸沿已劃出的切割線切割出補強邊緣線，深度不少于6 cm，切割邊線必須封閉，用液壓鎬鑿除待清理的混凝土，同時保證澆筑各部位的深度不低于6 cm，用以增加環(huán)氧混凝土的嵌固強度和新老混凝土的粘結(jié)力，使修補面抗沖、耐磨。

2)鋼筋的水下布設(shè)

布設(shè)錨固筋同底板水毀缺陷，架設(shè)抗沖、抗裂、限裂鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為Φ12@150。

3)模板安裝

澆筑模板由3 mm鋼板和∟50×5角鋼制作而成，內(nèi)部粘貼塑料膜以方便后期拆模。模板通過膨脹螺栓和錨筋固定壩面上。在模板的適當位置預留混凝土進料口和溢出口。進料口設(shè)在模板頂部，溢出口設(shè)在模板四角，溢出口設(shè)活頁蓋板，并可封牢。

4)水下混凝土的制備和澆筑

將已配制好的水下環(huán)氧混凝土裝入料斗中，吊放于水下修補位置。由潛水員把料斗中的混凝土送到澆筑倉內(nèi)，待模板四角預留的溢出口中溢出混凝土后，把溢出口封堵，直到最后一個溢出口中溢出混凝土，并把溢出口封堵為止。新澆筑混凝土要求表面平整，內(nèi)部密實,新老混凝土粘接良好。

4.2.3門槽底板(底坎)缺陷修復方案

修復方案以6號排沙洞出口檢修門底坎為例，施工示意見圖7。

圖7 6號排沙洞出口檢修門底坎破損修復施工示意(單位：mm)

1)水下切割及鑿除

用水下切割工具將原止水鋼板損壞段切除，切割時，切割面應盡量保證平順，以便與新止水鋼板更好的焊接在一起。

2)開挖混凝土

潛水員采用液壓鋸對止水鋼板原混凝土進行切割，然后用液壓鎬進行鑿除?；炷恋拈_挖寬度上下游為35 cm，深度為10 cm，滿足安裝和澆筑要求即可。

3)鉆孔植筋

綜上所述，氨氯地平、硝苯地平對妊娠合并高血壓均有良好的治療效果，在治療時需要根據(jù)患者的病情進行科學選擇。

原工字鋼兩側(cè)安裝輔助鋼板，鋼板一側(cè)與原工字鋼進行焊接，另一側(cè)打孔穿錨筋，通過焊接與錨筋固定。錨筋采用二級Φ20鋼筋，間隔30 cm，鉆孔底端應接近原工字鋼下部鋼板，入巖深度為25 cm。

4)輔助鋼板安裝

植筋完成后，將輔助鋼板一側(cè)與原工字鋼進行焊接，錨固筋與輔助鋼板焊接連接。

5)更換新止水鋼板

經(jīng)測量確認后，在陸地上按實際測量長度下料。新止水鋼板沿中心打孔，孔徑為 4 cm，間隔50 cm。

6)混凝土澆筑

止水鋼板安裝完成后，再次測量止水板安裝公差，確認符合技術(shù)要求后，沿輔助鋼板與開槽之間的空隙澆筑環(huán)氧混凝土，澆筑完成后根據(jù)水下混凝土特性要求進行養(yǎng)護。

4.2.4門槽立面主反軌缺陷修復方案

使用電氧割將變形脫焊不銹鋼板、角鋼割除。

2)鑿除打磨

為保證新澆筑混凝土和原混凝土的結(jié)合強度，應使用高壓水槍對原混凝土面進行鑿毛清理，同時將門槽中的雜物清理干凈。

3)破損尺寸測量

使用鋼板尺、水平尺對破損部位進行測量。

4)鋼結(jié)構(gòu)水下恢復

本次修復作業(yè)為實現(xiàn)較好止水性能，修復精度的實現(xiàn)依賴水平、垂直方向校準輔助件的布置，尤其應注意關(guān)鍵受力部件的恢復順序，原來混凝土的錨筋要和角鐵進行焊接加固。門槽反軌豎向不銹鋼板變形脫焊施工示意見圖8所示。

圖8 門槽反軌豎向不銹鋼板變形脫焊施工示意

5)水下高強度環(huán)氧混凝土澆筑

在進行澆筑前，將澆筑倉面使用高壓水進行再一次的清洗，破損面澆筑環(huán)氧混凝土。

6)拆除澆筑口混凝土和鋼板

待立面澆筑混凝土達到足夠的強度后，將模板進行拆除，拆除過程中不得破壞新澆筑混凝土結(jié)構(gòu)，并對新澆筑混凝土進行水下檢查和錄像。

5 修復效果

如此規(guī)模的混凝土和閘門埋件水下修復是該工程投入運用以來的第一次，沒有成熟的方案，也沒有感性的經(jīng)驗。在修復過程中，對水下施工涉及的環(huán)氧澆筑、植筋錨固、水下焊接等工作，先進行抗壓實驗、拉拔試驗和水下焊接質(zhì)量檢測，每一處缺陷制定修復工藝卡，施工時堅持視頻旁站，確保施工質(zhì)量。2020年6月17日順利完成水毀工程修復，共修補混凝土缺陷509 m2，水下環(huán)氧混凝土用量27 t,完成6條排沙洞及3條排沙底孔進出口檢修閘門底坎和主反軌修復。2020年汛期該電站再次經(jīng)歷大流量、高含沙運用，通過優(yōu)化調(diào)度運用方式，抬高汛期運用庫水位以及優(yōu)化孔洞組合運用，汛后水下檢查確認推移質(zhì)通過排沙洞及排沙底孔的數(shù)量明顯減少，復查汛前水毀修復缺陷質(zhì)量較好。

6 結(jié)語

1)水下檢查結(jié)果以及監(jiān)測結(jié)果表明：推移質(zhì)沖擊是水下建筑物混凝土破壞主要因素之一，引水渠水流流態(tài)的不均勻性及泄洪過流過程中的高含沙水流磨蝕均會對水電站水下建筑物造成破壞。

2)針對排沙洞、排沙底孔進口檢修門以上鋪蓋和出口檢修門以下消力池混凝土底板缺陷、立面?zhèn)葔炷寥毕?、門槽底板(底坎)缺陷、門槽立面主反軌缺陷，分別制定不同的修復方案，采用環(huán)氧砂漿和環(huán)氧混凝土進行不同部位水蝕破壞的修復，其方案設(shè)計具有應用效果較好、潛水員施工較為成熟，并可針對不同的缺陷部位靈活制定方案的特點。

3)考慮到電站水下建筑物的重要性，在日常的水下檢查過程中，針對容易發(fā)生破壞的部位采取必要的預防措施，本工程案例可為水電站水下建筑物沖磨蝕破壞修復提供參考。