三峡电站茅坪溪防护坝泄水洞补强修复技术研究

三峡电站茅坪溪防护坝泄水洞补强修复技术研究

丁清杰

中国水利水电第十一工程局有限公司

摘要：泄水洞修复工程要求合理地处理原结构残留、增强隧洞抗冲磨能力、提高耐久性且方便施工。针对三峡电站茅坪溪防护坝泄水洞各部位不同的破坏情况，使用抗冲耐磨混凝土和环氧砂浆两种修复材料组合并采用进口浅坑段增高原底板、中部深坑段分层回填至原底板、贴脚浇筑台阶、出口阶梯段改曲线陡槽、水垫消能的修复方案。以上方案的实施使修复工程质量合格、施工方便且经济合理，其研究成果可供类似工程借鉴和参考。

关键字：三峡电站泄水洞修复技术防护坝泄水洞

Abstract：The rehabilitation project of the spillway tunnel requires reasonable treatment of the original structural residues,enhancement of the tunnel's abrasion resistance,improvement of durability and convenience of construction.In view of the different damage conditions of different parts of the spillway tunnel of Mao Ping Creek Protection Dam of Three Gorges Power Station,two kinds of repair materials,namely,impact-resistant and wear-resistant concrete and epoxy mortar,are used,and the repair schemes are adopted,such as increasing the original floor in the imported shallow pit section,backfilling the middle deep pit section to the original floor in layers,pouring steps at the foot,changing the exit step section into a curved steep groove,and dissipating energy with water cushion.The implementation of the above scheme makes the restoration project qualified,convenient and economical,and its research results can be used for reference by similar projects.

Keyword：Three Gorges power station Drain tunnel recovery technique Protective dam

引言：

三峡电站是中国最大的水电站，位于长江中游的湖北省宜昌市。茅坪溪是三峡电站的一个重要的泄洪通道，由于长期受到水流的冲刷和水压的作用，茅坪溪防护坝泄水洞存在一定程度的破损和开裂。为了保障三峡电站的安全运行，需要对茅坪溪防护坝泄水洞进行补强和恢复。

1.工程概述

茅坪溪防护坝建筑物为泄水洞，位于茅坪溪防护坝泄水洞右岸，泄水洞轴线走向为由西向东，其主要作用是将茅坪溪水排至三峡大坝下游流入长江。泄水建筑物为四级永久建筑物，由进口明渠、隧洞段、箱涵段、消力池和出口明渠组成。

茅坪溪防护坝泄水建筑物自竣工以来运行近26年，建筑物底板由于长期受到砂石水的冲刷，底板露筋、破损等缺陷严重，存在钢筋及石子外露情况，且边墙存在裂缝、止水材料破损等情况，继续发展将会对泄水隧洞稳定性造成不利影响。

2.修复步骤

2.1现场勘察

茅坪溪防护坝泄水洞维修的第一步是现场勘察。现场勘察的目的是确定修补部位的具体位置、类型、大小和严重程度，并了解影响防护坝泄水洞稳定性的各种因素。这样，才能有针对性地制定维修方案，避免出现漏洞。首先，工程人员需要对防护坝泄水洞进行全面的调查，了解情况。在勘察中，需要考虑到防护坝泄水洞的地质环境、使用历史，当前的状况、不同部位的受力状况等因素，以确定确认防护坝泄水洞的健康状况。此外，还需要将受损部位进行解剖、分类和划分等分类方法。依照情况确定影响该部位的各种因素，然后进一步制定治理、特殊工艺等方案。在确保了勘察的准确性和全面性之后，我们还需要进行资料整理和分析。通过资料分析，可以更好地掌握工程核心数据和前期方案，在方案的设计上更有针对性。现场勘察和资料分析的重要性不言而喻，这两个步骤对后期维修工作的开展起到了至关重要的作用，为后续工作的推进奠定了良好的基础。

2.2水泥灌浆修复

水泥灌浆修复是一种简单、经济实用的方法。在确定了破损部位之后，我们可以采取水泥灌浆来进行修复。在施工中，首先需要对破损部位进行打磨和清理等处理，以提高其黏附性能。在处理之后，我们可以采用压力差设备将水泥灰浆注入破损部位，使其完全充满。然后，我们应注意加强施工质量控制，确保水泥灰浆注入均匀和充分，以防止空洞和不均匀等情况出现。在施工结束后，还需要留意灌浆部位的密封情况，防止发生漏水。在水泥灌浆修复方面，需要注意施工速度、质量、均匀性和流变性等问题，保证方案的可行性和执行力度。

2.3钢筋加固

钢筋加固是一种强度高、耐用性好的方法，其可以增强防护坝泄水洞的承载能力和抗震能力，众所周知，这在防护坝泄水洞的维修中是非常重要的。在进行钢筋加固之前，需要制定详细的加固方案。具体来说，应仔细检查原有的防护坝泄水洞结构的复杂性和状态，并规定方案和标准。这样，我们可以在加固材料的选型上选择与之适配的规格型号钢筋，同时按照要求加装连接板和衬垫等，以增强其刚度和强度。在进行钢筋加固时，需要注重施工技术和操作要点。例如，在加入钢筋后需要对其进行精确的定位，而且还需要使用钢筋焊接机器对钢筋进行焊接处理。这可以保证钢筋加固效果的稳定性和坚固性。总的来说，钢筋加固是一个较为复杂的维修过程，需要施工人员的领导能力出色以及具备一定的专业技能，以保证方案的可行性和执行力度。

2.4再次检测

在茅坪溪防护坝泄水洞的维修工程中，再次检测非常关键。该步骤是对之前的施工情况进行评估和确认，同时又可以在最终阶段为工程的稳定性和安全性提供保障。在再次检测工作中，我们应采取各种可靠的检测手段。例如，可以使用导线法、无损检测等技术，通过这些技术分析数据和结构情况，并记录下整个过程。只有通过多方面的审核和分析等方式才能获得更加准确的维修实践结果。与此同时，应按照相关检测规范和标准，严格遵循步骤和流程。在检测过程中，如果发现问题，必须及时加以处理，直到问题得到圆满解决为止。这不仅能够更好地保护防护坝泄水洞的稳定，在维修结束时茅坪溪防护坝泄水洞的质量和信誉将受到提升。再次检测是茅坪溪防护坝泄水洞维修的一个必要步骤。它能够检查工程的可行性、监测安全性和评估效果等，对工程质量的提高十分重要。我相信，通过完善的维修流程和规范的操作方法，以及多方面的监测和反馈，将能够保护我们的泄水洞安全，让工程得到持续发展。

3.冲刷部位修复措施

3.1 修复方案

根据底板磨损程度的不同，采取不同的修复方案：（1）对于磨损厚度小于2 cm的底板（桩号：1~3号），清除表层受损的疏松混凝土后，采用环氧砂浆修补，修补厚度为1~2 cm。（2）对于磨损厚度大于2 cm的底板（桩号：4~99号），清除表层受损的疏松混凝土，对冲坑的位置凿成矩形槽，槽底深度至少凿至底板表面以下6 cm，对于受损钢筋截断，采用原设计直径的钢筋进行替换。同时，在底板设置层Φ6@100的钢筋网与锚固深度22 cm的12扩孔自锁锚杆，锚杆间排距0.6 m，交错布置，以增强新老混凝土的结合，锚杆的上部与原钢筋绑扎搭接。然后采用C30W6F250细石混凝土回填至底板表面以下1 cm深处，养护21 d后，采用改性环氧砂浆均厚1 cm涂抹防护。

3.2 材料选择

混凝土的线性热膨胀系数一般在8×10-6/℃与12×10-6/℃之间，如果环氧砂浆与混凝土的线性热膨胀系数不一致，在混凝土胀缩变形时，环氧砂浆修复层的变形不能和混凝土同步变化，将在基础混凝土与环氧砂浆结合面处形成巨大的剪应力，并且此剪切力在外界环境温度变化时不断增大形成两层皮、脱空、掉块。本工程采用的NE-Ⅱ型环氧砂浆是以改性环氧树脂、新型固化剂及其特种添加料等为基料而制成的高强度、抗冲蚀耐磨损的新型修补材料，最关键的是其线性热膨胀系数和混凝土基本一致，解决了与混凝土变形不一致的问题，不会在结合面上因温度变化形成的剪应力造成粘接强度降低。

3.3 施工准备工作

主要包括箱涵段出口处盘梯架设，施工材料运输，施工电缆和洞内照明设施架设，各项安全用品（救生衣、安全带、安全绳和安全帽）准备。修筑围堰围堰搭设采用砖混围堰，围堰高2 m，厚度0.6 m，围堰迎水面附两块3 mm厚的钢板（防止水流直接冲刷砖混围堰），钢板跟围堰采用拉杆连接。由于隧洞为过流隧洞，为了保证围堰的稳定性，在围堰背侧采用搭设钢管脚手架斜支撑进行围堰加固。

3.4 底板凿除

将箱涵段底板疏松的混凝土进行凿除，特别严重部位适当加深，表面凿毛并冲洗干净混凝土基面，对破坏掉的表层钢筋进行替换，并与为破坏的表层钢筋进行替换，对已经锈蚀的钢筋进行除锈处理。

3.5 扩孔自锁锚杆埋设

（1）钻直孔：在底板根据设计要求进行钻孔定位，使用电锤钻直孔至设计深度，过程中应校准钻孔角度。（2）底部扩孔：用高压水清孔后用特制的扩孔钻头扩成倒锥面或正锥面，扩孔后再次清孔。（3）测量扩孔：用测孔仪器测量扩孔直径并记录。若不满足要求继续扩孔。（4）注浆：严格按照产品使用说明书或设计要求进行配制和搅拌；锚杆注浆采用水泥基注浆材料，灌注浆料至约三分之二孔深。（5）安装锚杆：锚杆采用JCZ-ZS-MG-12型号锚杆，注浆完成后立即插入锚杆。插入锚杆时缓慢地旋转锚杆体，直至锚杆插入设计深度，使锚杆表面完全被水泥砂浆充分包裹，然后在锚杆外露端锤击加压，使锚杆行程达到要求。

锚杆安装完成后，铺设Φ6@100的钢筋网，底部钢筋垂直于水流方向，靠近表面钢筋平行于水流方向，并与锚杆上部绑扎连接。

3.6 混凝土浇筑施工

3.6.1混凝土运输方案

本工程项目施工期间泄水洞隧洞段持续过水，且受当地降雨及上游水库影响上游隧洞段无法进行混凝土的运输。为了保证底板回填C30W6F250混凝土正常施工，在箱涵81号桩号顶部通气廊道钻孔，埋设Φ200 mm钢溜管，下部采用适合在2 m宽箱涵内通行的3 m3小型罐车接力混凝土搅拌运输，将C30W6F250混凝土运输至55 kW电动小型地泵，通过长度150 m、Φ200 mm泵管泵送入仓分段浇筑。根据现场情况，本箱涵底板分成8个仓号，每个仓号包含12个桩段，长度为144 m。

3.6.2混凝土浇筑混凝土

浇筑根据“一次性浇筑，由远及近，边浇边拆”原则，首先将Φ200 mm泵管架设至最远浇筑面。混凝土浇筑前用水润滑管壁，然后用相同配合比的水泥砂浆试泵，确保浇筑的顺利进行。浇筑时将混凝土从中间斜向推平至长边，使用振捣器振捣密实，振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡、开始泛浆为准，然后使用磨光机按标高进行找平。当振捣至泵管下方时，利用水平泵管浇筑架空位置混凝土，边振捣边拆除，直至混凝土浇筑完毕，将拆除下来的泵管用水清洗干净。

3.7 环氧砂浆施工

3.7.1基面处理

环氧砂浆施工之前，混凝土基面需保持干燥状态，对局部渗漏水部位，应采取化学灌浆的方式进行止水堵漏，对局部潮湿的基面使用喷灯烘干或自然风干。然后采用角磨机和钢丝球对混凝土表面进行打磨。

3.7.2底层基液拌制和涂刷

按配合比计量拌制基液，为避免浪费，基液每次不宜拌和太多，原则上一次拌和不能超过5.0 kg，具体情况视施工速度以及施工温度而定。基液拌制后，用毛刷均匀地涂在基面上，要求基液涂刷尽可能薄而均匀、不流淌、不漏刷。

4.施工工艺流程

准备工作→打磨→冲洗→裂缝描述→贴嘴→凿“U”形槽→环氧砂浆回填封缝→清除贴嘴，表面打磨处理。

（1）准备工作

先接电布置照明，并根据裂缝所处位置，决定是否需要使用脚手架。

（2）打磨

采用砂轮机沿裂缝的两边各打磨10cm的宽度，除去混凝土表面水泥浆皮，碳酸钙沉淀物，苔、菌等各种有害杂物，以免影响注浆嘴的粘贴及封缝效果。

（3）冲洗

打磨之后，用冲毛机沿裂缝开口向两边冲洗，以保证缝口敞开，无杂物，裂缝两边无粉尘和其它有损封盖粘接的污物。

（4）裂缝描述

渗漏处理前应进行全面仔细地检查，查清其位置、长度、宽度、形状、走向、深度等，并作好记录，以布置注浆嘴及灌浆压力的确定。。

（5）贴嘴

据裂缝描述，确定注浆嘴的布置，贴嘴间距一般为20cm。对于不规则裂缝，在裂缝交义点及裂缝端部均需布置注浆嘴。贴嘴时用定位针穿过进浆管，对准缝口插上，然后将注浆嘴压向砼表面，1分钟后，抽出定位针，如发现定位针没粘附粘胶，就可认定注浆嘴粘贴合格。

（6）凿“U”形槽

用混凝土切割机在施工缝两边各2cm切割两条基准缝，缝深为2cm，作为凿除时的基准线（U型槽的尺寸根据裂缝类型进行选择）。

用电镐按照基准线，沿施工缝表面骑缝凿“U”形槽，“U”形槽凿至渗漏里缝两末端各外延30cm。“U”形槽最大深度为3cm、最小宽度为3cm，缝处于“U”形槽的底部位置（U型槽的尺寸根据裂缝类型进行选择）。如在凿槽时遇到混凝土结构筋，不能切断。对槽内外露钢筋用钢丝刷打磨除锈后，在钢筋上涂刷耐油防腐蚀环氧涂料，其作用：一是作为被埋入的钢筋的防锈保护；二是保护回填防水层不因钢筋锈蚀，体积增大而引起胀裂。涂刷时要薄而多道，以免太厚导致起泡。

（7）环氧砂浆回填封缝

槽内清理干净后，用NE-Ⅱ型环氧砂浆回填“U”形槽，填充必须密实。

（8）清除贴嘴，打磨处理

灌浆结束48小时后，铲除注浆嘴，将不平整的部位及孔洞打磨平整、并采用NE-III型环氧胶泥封堵平整。

5.结语

根据冲蚀深度的不同，冲蚀深度较小区域采用环氧砂浆直接抹面的方法进行修复，针对冲蚀程度较大的区域，采用细石混凝土和改性环氧砂浆抹面的方法进行修复，并在底板埋入扩孔自锁锚杆和铺设钢筋网提升混凝土修复层抗剪和抗裂强度。为增强环氧砂浆和混凝土之间的粘结力，采用与混凝土线性热膨胀系数基本一致的NE-Ⅱ型环氧砂浆，修复效果良好。

参考文献

[1]中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司.某水电站施工组织设计可行性研究报告[R]，2015.

[2]李仁刚，张健.黔中水利枢纽玻利隧洞修复加固措施[J].广西水利水电，2017（3）：40-41，54.

[3]张凯.三屯河水库放水隧洞质量缺陷修复处理[J].水利技术监督，2015，23（3）：12-14.

[4]许泾川，郑强顺，王国华.NE-Ⅱ型抗冲磨环氧砂浆在苏阿皮蒂大坝泄洪底孔中的应用[J].西北水电，2020（5）：:69-72.

[5]黄利辉.地泵泵管转动浇筑混凝土施工技术[J].企业科技与发展,2020（8）：60-61.