艷洲水電站泄洪閘溢流面破壞

艷洲水電站泄洪閘溢流面破壞《湖南水利水電）2008年第3期樊明志（澧縣艷洲水利水電工程管理局澧縣415500）【摘要】艷洲水電站溢流面破壞的主要原因是沖磨空蝕破壞 .通過(guò)試驗(yàn)和實(shí)踐,認(rèn)為采用硅粉,丙乳為主要化學(xué)材料的修補(bǔ)方案可行 ,對(duì)類似工程有一定的參考價(jià)值 .【關(guān)鍵詞】溢流面破壞原因化學(xué)修補(bǔ)1工程概況2溢流面破壞情況艷洲水電站位于澧水下游,屬澧水梯級(jí)開發(fā)的最末一級(jí)的徑流式電站.水庫(kù)正常蓄水位42.00m,相應(yīng)庫(kù)容0.57億m3,總庫(kù)容1.71億Ill.;電站裝機(jī)12臺(tái)，總裝機(jī)容量5.03萬(wàn)kW.泄洪閘壩于1991年開始施工,1994年6月大壩泄洪閘落閘蓄水.泄洪閘溢流面位于主河床中央 ,基礎(chǔ)為石英砂巖,溢流面為w.E.S堰，堰高4.5m,堰底長(zhǎng)17.8m;堰頂高程33.00m,共20孔,每孔凈寬10m,配有弧形鋼閘門,堰體為漿砌石,基底及溢流面為鋼筋混凝土.主要出流形態(tài)為淹沒(méi)式出流 ,當(dāng)單孔泄洪閘門全開時(shí)，最大泄流量720m3/s,最大流速約10.89m/s（附圖）.附圖溢流壩剖面圖285O可一2650一艷洲水電站20孔泄洪閘于1994年6月下閘擋水開始投運(yùn).閘門泄流時(shí)間年均約 960h,1996年汛后檢查發(fā)現(xiàn)有8孔溢流面堰面混凝土存在成塊剝落,砂石外露,疏松露筋現(xiàn)象,其中有4孔溢流面有約（8?12）m的沖槽且鋼筋外露.1998年汛后專項(xiàng)檢查發(fā)現(xiàn),破壞范圍擴(kuò)大,破壞深度增加,沖槽已被沖刷成寬（10?30）cm,深（10?20）cm的溝槽，鋼筋外露范圍也明顯擴(kuò)大,還發(fā)現(xiàn)在縱橫接縫處的個(gè)別部位 ,剝蝕深度達(dá)（45?50）cm,并伴鼓水現(xiàn)象,嚴(yán)重危及堰體安全.3破壞的成因分析促成泄洪溢流面混凝土發(fā)生破壞的主要因素有:（1）溢流面混凝土原施工質(zhì)量控制不嚴(yán).泄洪閘溢流壩在建設(shè)期間的項(xiàng)目管理是沿用傳統(tǒng)的”指揮部”管理模式,質(zhì)量監(jiān)管不力,技術(shù)管理人員素質(zhì)參差不齊 ,w.E.S曲面沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求立模振搗成型，故水流曲面施工未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,施工中由于定線誤差,模板接縫不平,未清除殘留突出物,過(guò)流表面不平整;開閘泄流時(shí),引起高速水流局部與邊界分離,形成漩渦,導(dǎo)致溢流面產(chǎn)生空蝕破壞;溢流面混凝土澆筑過(guò)程中原混凝土骨料,砂含泥量超標(biāo);振搗不密1樊明志,,艷洲水電站泄洪閘溢流面破壞分析與修補(bǔ)實(shí),漏振或不振情況嚴(yán)重;冬季施工無(wú)保溫加熱措施,混凝土早期受凍,降低了其強(qiáng)度及耐久性.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取芯檢查發(fā)現(xiàn),表面25cm左右混凝土的抗壓強(qiáng)度為 (13.0—15.0)MPa,低于設(shè)計(jì)指標(biāo).當(dāng)時(shí)溢流面混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為 R~200D150,只相當(dāng)于目前的c18.該設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于溢流面水工混凝土抗沖磨破壞方面取用偏低.閘前天然河床未按設(shè)計(jì)斷面開挖到位及原上游圍堰拆除不徹底,導(dǎo)致溢流面在過(guò)流期間含卵石 ,石碴量增大,挾帶懸移質(zhì)和推移質(zhì)的高速水流對(duì)溢流面混凝土的沖磨剝蝕破壞更加嚴(yán)重.泄流頻繁,閘門運(yùn)行方式不盡合理 .因該電站為徑流式低水頭電站,水庫(kù)庫(kù)容小,對(duì)來(lái)流量無(wú)調(diào)節(jié)能力,當(dāng)來(lái)流量大于600m3/s時(shí),全由泄洪閘向下游泄洪,故閘門開啟頻繁,在閘門運(yùn)行過(guò)程中,部分閘門過(guò)度集中使用且開啟高度過(guò)小,造成水流流速過(guò)大,溢流面長(zhǎng)期沖磨,形成提早破壞.綜上所述,溢流面破壞主要是沖磨空蝕破壞,而施工質(zhì)量控制不嚴(yán),原設(shè)計(jì)水工混凝土抗沖磨等級(jí)偏低以及后期的運(yùn)行管理是其根本原因,流面的破壞速度.4修補(bǔ)方案及施工工藝渣為主要原料,集塊硬,早強(qiáng),低熱,耐磨,耐久,高抗?jié)B,抗腐蝕等于一身.用現(xiàn)場(chǎng)配制的特種膠凝液代替拌制用水 ,用特種礦碴粉取代水泥,再加人適量砂,石拌制而成.其配LL(重量LL)為:膠凝凈漿:膠凝液:礦碴粉=1:2膠凝砂漿:膠凝液:礦碴粉:砂=22.5:50:130膠凝混凝土:膠凝液:礦碴粉:砂:碎石=22.5:50:132:165方案三:丙乳,硅粉化學(xué)修補(bǔ)材料.該方案是在普通水泥砂漿或混凝土中加入適量由南京水利科學(xué)研究院研制的NBS乳液(簡(jiǎn)稱丙乳)及NSF劑(簡(jiǎn)稱硅粉)等化學(xué)材料后,用拌制的硅粉混凝土,硅粉砂漿,丙乳砂漿進(jìn)行修補(bǔ).各方案試驗(yàn)成果(表1和表2).這些綜合因素加速了溢4.1處理原則針對(duì)本工程的特點(diǎn)和要求,在征得原設(shè)計(jì)人員同意的情況下,確定的修補(bǔ)處理原則為:修補(bǔ)處理后的溢流面外形尺寸不能改變?cè)O(shè)計(jì)斷面尺寸.每孔的修補(bǔ)范圍根據(jù)破壞的嚴(yán)重程度 ,盡量考慮整孔修補(bǔ)為主,局部修補(bǔ)為輔;對(duì)沖磨破壞修補(bǔ)材料的選擇既要有較高的粘結(jié)強(qiáng)度,又要有合適的抗沖耐磨能力.對(duì)多個(gè)修補(bǔ)方案進(jìn)行試驗(yàn),然后確定一個(gè)最佳修補(bǔ)方案進(jìn)行施工.根據(jù)工程特,修補(bǔ)處理需定在不需泄流的枯水期,即每年的11月,12月,1月,2月,要求作好冬季施工養(yǎng)護(hù)工作.修補(bǔ)材料試驗(yàn)4.2.1修補(bǔ)材料方案針對(duì)本工程的特點(diǎn)和要求,有選擇性地進(jìn)行了3種修補(bǔ)材料方案的試驗(yàn)對(duì)比.方案一:預(yù)縮砂漿修補(bǔ)材料.該方案的修補(bǔ)材料為普通水泥砂漿中加入適量木鈣外加劑,這是一種干硬性的水泥砂漿.其配比(重量比)為:水泥:砂:木鈣:水=1:2:0.001:適量.方案二:特種無(wú)機(jī)膠凝材料修補(bǔ)材料.該方案的膠凝材料為株洲市臺(tái)聯(lián)企業(yè)總公司研制的特種無(wú)機(jī)膠凝材料(即膠凝液和礦碴粉),該材料以”三廢”中廢24.2.3方案比較從試驗(yàn)成果可以看出:方案一雖然造價(jià)低,但材料抗壓強(qiáng)度,粘結(jié)強(qiáng)度低,運(yùn)行情況也差(此方案1996年冬季實(shí)施,經(jīng)1998年洪后檢查,有局部和整體剝落現(xiàn)象,重新實(shí)施了修補(bǔ));方案二造價(jià)高,材料的抗壓強(qiáng)度,粘結(jié)強(qiáng)度基本能滿足要求,但由于該材料終凝時(shí)間短,早強(qiáng)速度快,在薄層曲面修補(bǔ)中,可操作性差(表面無(wú)漿收光),對(duì)溢流面曲面特殊環(huán)境部位的修補(bǔ)沒(méi)有質(zhì)量保證,該材料在耐磨要求高的公路路面修補(bǔ)中比較合適;方案三具有造價(jià)較低,可操作性好,粘結(jié)強(qiáng)度高,抗壓強(qiáng)度有足夠富余,施工工藝簡(jiǎn)單,有較好的抗沖磨性能,此材料于1998年冬季在艷洲水電站溢流堰面修補(bǔ)中廣泛應(yīng)用 ,運(yùn)行至今,未發(fā)生沖磨破壞現(xiàn)象,效果良好.試驗(yàn)成果表1說(shuō)明:硅粉,丙乳水泥砂漿或混凝土具有很強(qiáng)的粘接能力和很高的抗沖耐磨性能,是一種非常優(yōu)良的,特別適用于泄水建筑物表面補(bǔ)強(qiáng)的新材料 ,故方案三為溢流面修補(bǔ)的優(yōu)選實(shí)施方案.溢流面修補(bǔ)的施工工藝主要原材料選擇.水泥:湖南臨澧新夏水泥廠生產(chǎn)的525(下轉(zhuǎn)第13頁(yè))周作斌,,水電站大壩安全監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題及其對(duì)策合分析,加強(qiáng)與大專院校,科研單位的合作,采取多種分析方法,如統(tǒng)計(jì)模型,確定性模型,對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析,建立預(yù)報(bào)模型且提出分階段大壩監(jiān)控指標(biāo)要找出影響壩體最不利的運(yùn)行工況.以對(duì)大壩運(yùn)行提出指導(dǎo)性意見.對(duì)水工觀測(cè)資料實(shí)行微機(jī)管理.建立,完善水工觀測(cè)資料管理系統(tǒng),將歷史的,現(xiàn)在的各種觀測(cè)資料全部輸進(jìn)計(jì)算機(jī)且能進(jìn)行水工觀測(cè)資料的數(shù)據(jù)處理工作,不僅能進(jìn)行測(cè)點(diǎn)位移計(jì)算,觀測(cè)資料整理整編工作,還能進(jìn)行過(guò)程線,相關(guān)曲線的點(diǎn)繪和觀測(cè)成果綜合分析及觀測(cè)信息資料(如歷史考證數(shù)據(jù),異常記錄,設(shè)備設(shè)施檔案等)的處理工作,從而達(dá)到當(dāng)需要各類成果資料時(shí).只要打開管理庫(kù)便一目了然,既方便,快速又準(zhǔn)確,可靠.2.5對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)必須強(qiáng)調(diào)全過(guò)程管理工作座大壩總是從勘測(cè)設(shè)計(jì)開始的,經(jīng)過(guò)施工,交付投產(chǎn)運(yùn)行.因此安全運(yùn)行建立在前者的基礎(chǔ)上,大壩安全必然與這些環(huán)節(jié)密切相關(guān),只要這些環(huán)節(jié)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題 ,都必然給大壩留下隱患或帶來(lái)不安全因素 :而監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)失靈首次蓄水前監(jiān)測(cè)資料未及時(shí)獲取等失誤 ,將無(wú)法彌補(bǔ).只有盡可能地優(yōu)化設(shè)計(jì),精心施工,合理運(yùn)行.才能最大限度地保障大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于正常使用狀態(tài) .從而使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)真正起到大壩安全的耳目作用對(duì)于水電站大壩運(yùn)行管理單位應(yīng)編制本站大壩安全監(jiān)測(cè)工作規(guī)章和制度,按規(guī)章制度對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)檢查,并建立大壩安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)檔案:應(yīng)按要求定時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè),不得隨意減少監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,測(cè)次和測(cè)點(diǎn),務(wù)必保證監(jiān)測(cè)資料的準(zhǔn)確可靠性,嚴(yán)禁偽造;監(jiān)測(cè)成果應(yīng)及時(shí)整理.并盡快編寫專題報(bào)告上報(bào)3結(jié)語(yǔ)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施重在加強(qiáng)保護(hù)和管理 ,這樣才能保證設(shè)施的完好率和資料的連續(xù)可靠性 .設(shè)備保護(hù)是設(shè)備維護(hù)的前提與關(guān)鍵.只有設(shè)備具有了一套完整可靠的保護(hù)措施才能減輕維護(hù)工作量,保證設(shè)備的正常運(yùn)行;觀測(cè)設(shè)施投資多,運(yùn)行環(huán)境差,周期長(zhǎng),為確保系統(tǒng)設(shè)施長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行,每年必須保證有一定的財(cái)力支持.在大壩安全監(jiān)測(cè)工作中,要重視計(jì)算機(jī)在水工管理中的應(yīng)用,使觀測(cè)資料的計(jì)算,整理整編和分析實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理,以提高工作效率;要積極穩(wěn)妥地推進(jìn)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化建設(shè),使大壩安全監(jiān)測(cè)水平躍上一個(gè)新的臺(tái)階 ;水工監(jiān)測(cè)人員要加強(qiáng)理論和技能學(xué)習(xí).不斷提高管理水平.以適應(yīng)新設(shè)備,新技術(shù)發(fā)展的需要.要使大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更好地發(fā)揮 ”耳目”功能,必須自始至終把大壩安全放在首位 ,體現(xiàn)在行動(dòng)上,設(shè)計(jì).gg工和運(yùn)行管理單位都要加強(qiáng)自身行為管理 ,從而實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)工作全過(guò)程管理.參考文獻(xiàn)1汝乃華.關(guān)于搞好大壩安全管理的一些措施 EJ].7g~,l水電技術(shù).1988（5）:13—15.2趙志仁，葉澤榮,等?混凝土壩外部觀測(cè)技術(shù)【M].北京:7g~,l電力出版社.1988.3趙,g4-=.大壩安全監(jiān)測(cè)的原理與應(yīng)用【 M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社.1992.（收稿日期:2008—05-05,JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ（上接第2頁(yè)）普通硅酸鹽水泥砂料:湖南岳陽(yáng)黃砂（比重2.5,細(xì)度模數(shù)2.55）碎石:湖南臨澧碎石廠生產(chǎn)（10mm<粒經(jīng)<20mm）硅粉,丙乳化學(xué)材料:南京水利科學(xué)研究院提供修補(bǔ)材料設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào):C30（2）配合比.丙乳凈漿:NSL:水泥:1:2丙乳砂漿:水泥:丙乳:黃砂:水=50:12.5:75:適量硅粉砂漿:水泥:硅粉:黃砂:水=50:9:75:15或適量硅粉混凝土:水泥:硅粉:黃砂:碎石:水:75:9:115:191:25或適量（3） 基面處理.現(xiàn)場(chǎng)確定溢流面修補(bǔ)的范圍,并對(duì)修補(bǔ)范圍內(nèi)原混凝土表面鑿除,以鑿至新鮮混凝土面為準(zhǔn).鑿除厚度以大于3em為最佳.對(duì)滲水點(diǎn)用堵漏材料封堵,不能封堵的,用導(dǎo)水管排出.（4） 施工工藝.基面鑿除合格后,清除松動(dòng)塊體并用高壓水槍沖洗混凝土鑿毛面，清除基面積水，自然干晾12h,局部積水可用噴燈烤干.基面涂刷丙乳凈漿,待凈漿觸干后（約30rain）,再均勻的攤鋪一層（6一lO）mm厚的丙乳砂漿.最后,澆筑硅粉混凝土或硅粉砂漿,并填補(bǔ)振搗成型,泥工收光.當(dāng)填補(bǔ)