淺談斗晏水電站水工泄洪隧洞加固處理措施

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1、工程概況

　　斗晏水電站位于江西省尋烏縣龍廷鄉(xiāng)斗晏村附近，是一座具有發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水庫(kù)工程。工程樞紐建筑物包括：混凝土面板堆石壩、溢洪道、水工泄洪放空隧洞、發(fā)電引水隧洞、廠房等。壩址以上控制流域面積1714km²，水庫(kù)總庫(kù)容0.982×108m³，電站總裝機(jī)容量為3×12.5Mw，多年平均發(fā)電量1.312×108Kw/h.

　　水工泄洪隧洞布置在左岸溢洪道左側(cè)，主要起泄洪、放空和沖砂作用，當(dāng)樞紐建筑物需要檢修時(shí)可利用該洞放空庫(kù)內(nèi)蓄水，施工期兼做施工導(dǎo)流隧洞。水工泄洪隧洞由進(jìn)水口、洞身及出水口三部分組成，洞身段全長(zhǎng)309.18m，洞徑8.0m，其中樁號(hào)0+015.00～0+093.87為斜井段，其它部分均為平管段，平管段底坡為4.688‰；洞身沿線均為粗粒似斑狀黑云母花崗巖，巖性單一，洞身絕大部分置于弱風(fēng)化下部～微新巖體之中，整個(gè)洞身地質(zhì)條件較好。原設(shè)計(jì)隧洞洞身采用250#鋼筋混凝土襯砌，除樁號(hào)0+102.87～0+142.87洞段襯砌厚度為0.8m厚，雙層配筋外。其余洞段襯砌厚度均為0.4m厚，單層配筋。泄洪放空洞出口采用消力戽消能。水工泄洪隧洞從1993年10月開始施工，到1995年元月基本結(jié)束。由于水工泄洪隧洞施工工期較緊，管理工作跟不上，加之當(dāng)時(shí)混凝土拌和樓未投入使用，水工泄洪隧洞混凝土施工采用小型的拌和機(jī)拌和，導(dǎo)致隧洞洞身襯砌混凝土澆筑質(zhì)量極不穩(wěn)定。

　　2、水工泄洪隧洞破壞情況

　　1994年9月1日（工程截流）至1998年9月24日（工程下閘蓄水），水工泄洪隧洞在施工導(dǎo)流期運(yùn)行了四年整，在此期間通過(guò)最大流量為500～600m³/s（泄洪洞設(shè)計(jì)泄洪量為780m³/s）。下閘蓄水后，進(jìn)隧洞檢查，發(fā)現(xiàn)泄洪洞洞身表面沖刷嚴(yán)重，洞身混凝土破壞基本情況如下：

　　在洞身下平洞段（樁號(hào)0+142.87～0+279.87）處，因在導(dǎo)流泄洪過(guò)流時(shí)間長(zhǎng)，洞身混凝土及鋼筋出現(xiàn)了嚴(yán)重沖刷破壞。洞身拱底部受力鋼筋和分布鋼筋被拉出，大部分鋼筋已變形甚至斷裂，拱底部混凝土沖蝕現(xiàn)象特別嚴(yán)重，最大深度達(dá)200mm左右。由于鋼筋被拉出，洞身左、右兩側(cè)腰線以下混凝土保護(hù)層大部分被剝落，混凝土保護(hù)層已成片缺失。少數(shù)環(huán)向受力鋼筋全部被拉掉，鋼筋外混凝土保護(hù)層呈環(huán)狀剝落。

　　3、水工泄洪隧洞施工導(dǎo)流期間沖坑形成原因分析

　　根據(jù)施工導(dǎo)流結(jié)束后，對(duì)水工泄洪隧洞洞身檢查及分析，在施工導(dǎo)流期間水工泄洪洞內(nèi)沖坑形成的原因有以下幾點(diǎn)：

　　a檢查時(shí)采用回彈儀對(duì)水工泄洪隧洞沖坑區(qū)底板等部位原混凝土進(jìn)行檢測(cè)，洞身混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)極不穩(wěn)定，而且強(qiáng)度偏低。

　　b隧洞進(jìn)口底板無(wú)淤積物，沖坑內(nèi)充填有塊石、卵石等推移質(zhì)，裸露的底板混凝土面上塊石、卵石等似回旋狀，沖坑顯然受到夾石水流的沖磨。

　　c水工泄洪洞隧在施工導(dǎo)流期間，夾砂（塊石、卵石等）水流通過(guò)隧洞底板磨損區(qū)，水流發(fā)生紊亂，推移質(zhì)撞擊磨損面，加速?zèng)_坑的形成和發(fā)展。

　　d當(dāng)水工泄洪隧洞混凝土保護(hù)層被沖蝕后鋼筋出露，高速水流中的樹枝、雜草掛在鋼筋上，在高速水流的作用下，對(duì)鋼筋形成很大的拉力，使鋼筋變形，并剝落兩側(cè)的混凝土保護(hù)層，導(dǎo)致水工泄洪隧洞內(nèi)襯混凝土中布置的鋼筋被拉變形、拉斷、甚至被拉出。

　　4、水工泄洪隧洞沖坑處理加固設(shè)計(jì)及專業(yè)公司施工

　　考慮泄洪隧洞洞身圍巖整體穩(wěn)定性較好，整條洞身的混凝土損壞程度不同，且絕大多數(shù)段損壞深度大于100mm，因地制宜的采用比原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土并配置鋼筋網(wǎng)進(jìn)行洞身加固較合適，而且混凝土具有較易澆筑與振搗，價(jià)格較便宜等優(yōu)點(diǎn)。

　　4.1水工泄洪隧洞沖坑處理設(shè)計(jì)

　　加固處理均采用300#細(xì)石混凝土，所有澆筑混凝土范圍內(nèi)，設(shè)置2000mm×2000mm梅花形布置的Φ20錨桿，錨孔深400mm，錨桿頂端距新混凝土面30mm凈距。凡腰線以下部位的加固，重新布置鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)架設(shè)平整，相鄰鋼筋高度不相差5mm，鋼筋間距誤差不大于10mm，所采用鋼筋型號(hào)與原設(shè)計(jì)相同。新的環(huán)向受力鋼筋與原環(huán)向受力鋼筋焊接，焊接長(zhǎng)度大于規(guī)范要求?；炷帘Ｗo(hù)層凈距50mm.澆筑時(shí)混凝土應(yīng)振搗密實(shí)。拱頂混凝土澆筑應(yīng)填實(shí)，根據(jù)需要增加回填灌漿。因泄洪放空洞通過(guò)四年時(shí)間的導(dǎo)流運(yùn)行，所以剝蝕破壞區(qū)域新老混凝土結(jié)合面都要將老混凝土表面鑿毛。

　　洞身下平洞段（樁號(hào)0+142.87～0+279.87）以腰線為界，上、下半拱分別處理。

　　上半拱受力鋼筋被拉出和拉斷的地方，將鋼筋周圍混凝土鑿去50mm，形成倒坡型條狀凹槽和局部片狀凹?jí)K，并保證原有鋼筋露出足夠長(zhǎng)的焊接接頭，焊接鋼筋使其復(fù)位后，再澆筑混凝土。

　　下半拱因大部分受力鋼筋和分布鋼筋被拉出、變形、甚至斷裂，混凝土已遭到嚴(yán)重破壞，鑿去損壞的混凝土，鑿深距混凝土表面150mm.然后再布設(shè)鋼筋網(wǎng)，焊接鋼筋接頭，澆筑混凝土。

　　4.2水工泄洪隧洞加固處理施工

　　4.2.1工藝流程

　　清理隧洞內(nèi)泥砂等雜物→鑿毛加固面表層混凝土→布設(shè)鋼筋網(wǎng)→立模→高壓沖洗→加固面表面抹水泥漿→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)→質(zhì)量檢查。

　　4.2.1重要工藝技術(shù)要求

　　清理隧洞內(nèi)泥砂等雜物：水工泄洪隧洞因施工導(dǎo)流已運(yùn)行四年，洞內(nèi)沉積有泥砂、塊石、卵石等雜物，必須在隧洞加固處理前全部清理干凈。

　　鑿毛加固面表層混凝土：為確保隧洞新老混凝土結(jié)合，老混凝土結(jié)合面表層均應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，隧洞沖坑加固面需鑿成深度大于100mm的漏斗狀槽，以便布置鋼筋網(wǎng)。

　　布設(shè)鋼筋網(wǎng)：首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求布設(shè)錨固鋼筋，然后用鋼絲刷和砂布打磨干凈隧洞沖蝕的原混凝土配置鋼筋上的銹蝕，并將其復(fù)原同新布設(shè)的鋼筋網(wǎng)接頭及錨固鋼筋焊接。以便鋼筋網(wǎng)片與錨筋和原混凝土內(nèi)埋筋連成整體。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在預(yù)制的混凝土墊塊上，以保證有滿足設(shè)計(jì)要求的保護(hù)層厚度。

　　立模：立模采用鋼管支架和鋼模板，支撐鋼管支架并以分級(jí)升高方法沿拱底到拱頂逐級(jí)布置鋼模板。模板上部的開口要保證混凝土可以入倉(cāng)和振搗。

　　高壓沖洗：對(duì)隧洞沖坑加固面鑿毛打磨后，用高壓水沖洗，可避免微細(xì)粉粒對(duì)新澆筑混凝土的影響，同時(shí)可確保澆筑面無(wú)雜物。沖洗完畢后，要及時(shí)排出基坑內(nèi)的積水。

　　加固面表面抹水泥漿：隧洞修補(bǔ)加固面表面抹水泥漿可提高新澆筑混凝土的膠結(jié)力，同時(shí)也可避免因老混凝土表面與新澆筑混凝土因溫差而產(chǎn)生裂縫。

　　澆筑混凝土：隧洞加固處理混凝土澆筑全部采用人工入倉(cāng)和振搗。為保證混凝土澆筑密實(shí)，混凝土入倉(cāng)后內(nèi)部用振搗棒振搗，同時(shí)外部用木錘不停敲擊鋼模板。局部的小塊混凝土不便使用振搗棒，則同時(shí)采用鋼筋插搗和木錘敲擊方法振搗澆筑澆筑混凝土。

　　養(yǎng)護(hù)：澆筑完成后采取對(duì)鋼模板表面灑水降溫的方法養(yǎng)護(hù)，拆模后要掛草簾或鋪塑料薄膜澆水養(yǎng)護(hù)保濕，以確?；炷羶?nèi)外溫差小于25℃。

　　質(zhì)量檢查：在隧洞沖坑加固施工過(guò)程中按規(guī)定嚴(yán)格控制所采用混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)，隧洞沖坑修補(bǔ)加固工程施工共抽取混凝土試樣15組，混凝土平均強(qiáng)度為31.7Mpa，離差系數(shù)為0.434，滿足設(shè)計(jì)要求。拆模后，檢查洞身混凝土面光滑無(wú)缺損及蜂窩麻面現(xiàn)象，新老混凝土接口平整。

　　5、水工泄洪隧洞沖坑加固處理效果

　　泄洪隧洞加固處理的施工，由具有國(guó)家一級(jí)施工資質(zhì)的水利專業(yè)公司承擔(dān)，1999年6月泄洪隧洞修補(bǔ)加固施工完成后，為檢驗(yàn)加固處理效果，泄洪隧洞閘門全開泄洪10分鐘，流量達(dá)750m3/s，關(guān)閘后進(jìn)洞檢查，未發(fā)現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)被沖壞現(xiàn)象。

　　目前泄洪隧洞經(jīng)歷了六年（1999年～2005年）的運(yùn)行，每年汛期都開閘泄洪，泄洪流量在542m³/s～745m³/s之間，沒(méi)發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。2004年4月23日相關(guān)技術(shù)人員再次進(jìn)入泄洪洞檢查，各加固段洞身混凝土都沒(méi)有出現(xiàn)沖蝕、剝落和掉塊現(xiàn)象，洞身混凝土表面也沒(méi)有裂縫，洞身平整完好。實(shí)踐證明，采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土并配置鋼筋網(wǎng)加固修補(bǔ)隧洞沖坑，能夠取得象丙乳砂漿等高強(qiáng)度水泥砂漿同樣的加固效果，同時(shí)還具有方法簡(jiǎn)單適用等優(yōu)點(diǎn)。

　　6、結(jié)語(yǔ)

　　采取較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土無(wú)筋澆筑沖坑，起不到修補(bǔ)加固效果。沖坑修補(bǔ)加固應(yīng)采用有筋修補(bǔ)，專業(yè)公司施工。沖坑修補(bǔ)要確定合適澆筑面、基坑直立面切邊深度宜大于100mm，基坑宜修鑿成深度大于100mm的漏斗狀，坑內(nèi)應(yīng)布設(shè)錨筋、滿鋪鋼筋網(wǎng)片與錨筋和原混凝土埋筋焊接成整體。澆筑基面必須清洗干凈徹底。沖坑修補(bǔ)面應(yīng)嚴(yán)格做到與周邊老混凝土面相接平整，盡可能使新老過(guò)流面平順連接，避免產(chǎn)生新的水流阻力。

　　綜上所述，筆者認(rèn)為直接采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土并配置鋼筋網(wǎng)加固處理沖坑不僅僅是可行，而且具有廣闊的實(shí)用前景，可以加快施工進(jìn)度、節(jié)約投資、也能有效的保證工程質(zhì)量、不污染環(huán)境，具有很大優(yōu)勢(shì)。