安康水电站表孔消力池底板修复处理研究

王 珏，杨 柳

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

安康水电站表孔消力池底板修复处理研究

王 珏，杨 柳

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

安康水电站表孔消力池自运行以来多次出现破损情况，曾先后于1996、2000、2002、2004年和2007年进行过5次修复加固处理，用到了多种工艺和材料，但以上修复过程并没有从根本上解决问题。本文对安康水电站消力池的历次修复工程进行了简要概述，并对表孔消力池底板现状进行了分析与安全评价，提出了表孔消力池底板修复的可行设计方案。

表面抗冲层；消力池；底板；修复处理

1 工程概况

1.1 安康水电站概况

安康水电站位于陕西省安康市汉滨区汉江上游，距离安康市城西18km，下游距已建丹江口水电站约260km，上游距已建的喜河水电站约145km。安康水电站是一座以发电为主，兼有航运、防洪、养殖、旅游等综合效益的大型水电枢纽工程。安康水电站于1978年正式开工，1990年12月第一台机组发电，1992年12月全部机组投产。其枢纽工程由拦河坝、泄洪设施、坝后式厂房和通航设施等建筑物组成。大坝为折线形整体混凝土重力坝，坝顶高程338m，最大坝高128m，坝顶长541.5m，平面上分为5段直线共27个坝段。泄洪建筑物包括5个表孔，5个中孔和4个底孔。电站装有4台单机容量为20万kW的机组，总装机容量为80万kW，正常蓄水位以下库容为25.8亿m3，正常蓄水位330m，年发电量28.57亿kWh[1]。

1.2 表孔消力池概况

安康水电站表孔1991年汛期开始泄洪过水，正常高水位单孔泄量2113m3/s，消力池长108m，宽91m，纵横缝将池底板分成36块，池底板高程229m，尾坎高程243m，池深14m。消力池底板厚均大于7m，最厚处达到20m，底板表面为1m厚R28300抗冲混凝土，其内设一层抗冲防裂钢筋网，以下为R28150基础混凝土，深度大于7m坑槽部位回填R28100混凝土。各块纵横缝在面层抗冲混凝土内设铜止水和塑料止水各一道，基础混凝土纵横缝内设键槽相嵌连接。消力池底板下设有抽排系统，纵横排水廊道，横向廊道骑缝布置，纵向廊道在缝下3.75m处，廊道内设有基础排水孔，用以降低消力池底板的扬压力。廊道集水汇入集水井，抽排至尾水渠[2，3]。安康水电站表孔消力池主要负担着5个表孔的消能任务，而5个表孔承担着总流量约52%～62%的下泄任务[1]。安康水电站表孔消力池平面布置图如图1所示。

图1 表孔消力池平面布置图

2 表孔消力池底板的缺陷形式及历次修复处理工程回顾

2.1 表孔消力池底板的缺陷形式

在高速水流的作用下，表孔消力池底板曾多次出现破坏，致使消力池底板漏水严重。为确保大坝安全运行，表孔消力池分别于1996、2000、2002、2004年和2007年进行了5次抽水检查处理，主要缺陷形式归纳如下[4]：

（1）消力池表面抗冲层（1m厚）和基础混凝土局部脱开。消力池底板抬高50～70mm，最大抬高100～130mm，消力池底板有不同程度变形。

（2）磨蚀和冲坑。池底板表面磨蚀严重，混凝土的粗骨料局部露出。

（3）消力池底板出现多条裂缝，最长76余米，缝宽1～5mm。

（4）池底板结构缝都有不同程度的张开，其中最严重的是12号与13号坝段之间的结构缝，缝宽达20mm左右，两侧错台高差达50mm，缝内局部止水破坏，底板廊道内漏水。

2.2 表孔消力池底板历次修复处理回顾

1996年和2000年两次修复处理主要解决消力池底板抗冲层与基础混凝土脱空及上抬问题；2000、2004年和2007年的修复处理主要解决伸缩缝止水破坏、混凝土表面裂缝、表面抗磨材料试验、环氧脱落修复等问题[1-5]。

2.2.1 1996年表孔消力池底板修复处理

消力池底板全范围布置锚筋，锚筋采用φ28钢筋，间、排距皆为1.5m，锚筋孔向上游倾斜，倾角75度，孔深2.5m。锚筋孔用膨胀锚固剂锚固，全池共打锚筋3952根，锚筋孔表面采用环氧砂浆封堵；对消力池底板所有横缝及池2下游纵缝进行接缝灌浆，灌浆压力控制在0.2MPa以下；对消力池抗冲层与基础混凝土接触面裂缝进行回填灌浆；表面裂缝采用表面凿槽，环氧砂浆回填。

2.2.2 2000年表孔消力池底板修复处理

2000年抽水后检查发现12坝段池2、池3与13坝段池1、池2、池3约有50%的原加固锚筋及11坝段池3、12坝段与13坝段的池4，部分原加固锚筋出现突出混凝土表面20～30mm或未伸出混凝土面，破坏的锚筋总计约有800根。通过钻孔取芯分析，判断消力池池3以上分块在动水及脉动压力作用下已被抬动脱开，底板抬动问题仍未解决。

此次修复处理工程在11坝段池2～池4，12和13坝段的池1～池4，15坝段的池2～池4采用J5L40型φ32精扎螺纹钢筋预应力螺杆锚固，锚筋设计吨位为30t，张拉锁定吨位为20t。锚筋长4.2m，内锚固段长度2.5m，锚固段浆体材料强度≥C40，自由段浆体材料强度≥C30。总加固面积约4800m2，共布置锚筋1550根；对预应力锚筋加固区域进行池底板面层混凝土与基础混凝土之间的水平层间缝进行回填灌浆，回填灌浆孔深1.5m，灌浆压力≤0.2MPa，回填灌浆在锚筋张拉后进行。灌浆顺序从下游向上游，从中间向两侧灌浆；进行了纵、横伸缩缝处理及表面裂缝处理。

2.2.3 2002、2004年表孔消力池底板修复处理

2002年检查时未发现底板有抬动情况，所以只做了伸缩缝、裂缝及局部冲坑的处理。但是此次修复处理工程过多地考虑了止水问题，而忽略了受力问题，所以2002年修补的伸缩缝全部遭到破坏。2004年的修复处理工程重点关注于伸缩缝和裂缝的处理，对原已处理过而又重新遭到破坏的裂缝，将V形槽进行清理，并回填环氧砂浆；对新发生的裂缝，采用无创伤性处理，即采用环氧胶泥沿缝薄层涂抹。

2.2.4 2007年表孔消力池底板修复处理

2007年的修复处理工程着重对出露锚筋孔进行封闭处理。对13池3整个板块表面进行了环氧砂浆修补；在13池5板块选择了100m2进行了聚脉喷涂抗冲磨试验。

3 表孔消力池底板损坏原因及现状分析

3.1 表孔消力池底板损坏原因分析

根据历次检查情况分析其破坏原因主要有以下几点：

（1）消力池底板抗冲层混凝土与基础混凝土之间施工上存在缺陷，两层之间浇筑时间间隔过大，层间结合不好。

（2）由于消力池内存在大量的施工堆渣1300m2和大量钢筋（约20t），致使高速水流夹渣造成底板表面磨蚀严重。

（3）由于纵横结构缝缝面原抹环氧脱落，原埋水平止水局部破坏，池底板上的动水压力、脉动压力传入缝内作用于底板，致使底板上抬。动水压力和脉动压力是导致消力池底板振动、上抬、裂缝的主要原因。

3.2 表孔消力池底板现状分析

通过对表孔消力池底板的抽水检查，结合历次修复加固处理情况和对原设计试验及原型观测成果的分析以及抗浮稳定与底板廊道排水能力复核，对安康表孔消力池底板现状安全做如下分析：

（1）2007年抽水检查时未发现消力池底板有新的整体抬动与大面积冲坑现象，故可以看出消力池底板整体是稳定的；2000年时对抗冲面层预应力加固措施是有效的，即消力池底板表层混凝土的现状暂时是安全的。但由于裂缝和表层止水局部失效，在大流量高速水流冲击下，底板面层仍存在局部损坏的可能，从而由局部破坏带动大面积失稳破坏。

（2）消力池底板抽排系统现状评价。从消力池廊道渗漏水监测情况分析，自消力池进水运行至今，监测到的冬季最大漏水量为4000mL/s左右，夏季一般渗漏水在300～400mL/s左右。消力池底板冬季漏水量大于夏季，符合一般工程渗漏水随季节（温度）变化的规律。经消力池廊道深井泵排水能力计算复核：目前冬季最大渗漏水量，远小于原水泵的设计排水能力。因此，消力池底板抽排系统现状评价是安全的。

（3）消力池底板表层抗冲混凝土抗浮稳定现状计算复核及安全评价。消力池底板抗冲面层混凝土抗浮稳定计算结论：在保证止水结构完好、抽排系统运行正常的条件下，计算出的消力池底板面层整体抗浮稳定可以满足现行规范安全要求。但目前消力池底板结构止水已部分失效，因此未采用预应力加固前的1m表层混凝土不能满足抗浮稳定要求；2000年底板采用高强预应力锚杆应急加固处理后，其底板表层抗冲混凝土的抗浮稳定计算结果可以满足规范安全要求，因此消力池底板表层混凝土暂时是安全的。

消力池表面抗冲层混凝土（1m厚），虽经几次灌浆修复和锚固处理，但脱空处的缝隙很难充填密实、纵横止水局部失效，因此消力池底板存在较严重的安全隐患。当泄洪时，在强大的动水水压力及脉动压力作用下，局部底板仍会有小幅度的起伏抬动。特别是在高速水流大流量和长时间泄流时，因板块的止水失效，动水压力进入底板下面，对板块产生强大的瞬时上举力，当瞬时上举力大于板块自重和周围的咬合力时，板块就会失稳，存在被强大水流揭起的可能。因局部底板抗冲层混凝土的破坏而引起整个底板抗冲层混凝土的大面积破坏的可能性也是存在的。

4 表孔消力池底板修复

4.1 表孔消力池底板修复的必要性

虽然安康水电站表孔消力池针对着损坏情况进行了五次局部维修处理，用到了多种工艺和材料，但并没有彻底地解决消力池所有病害，安全隐患依然没有得到根治。安康水电站自投产以来，汉江流域基本上处于枯水期，只有两年达到水文资料多年平均值。根据汉江上游来水丰枯变化的周期规律分析，汉江有进入丰水期的趋势，表孔泄洪流量和时间都将会大增，消力池运行遭到破坏几率也在加大。表孔消力池底板的安全稳定情况将会变得更加严峻，直接威胁到厂房、大坝的安全。如果消力池底板破坏，将影响汛期泄洪安全，给电站和电网运行安全带来极大的影响，造成更加巨大的经济损失。鉴于此，因尽早对消力池表面抗冲层进行彻底修复处理。

4.2 表孔消力池底板修复方案设计

4.2.1 修复思路

鉴于安康水电站消力池底板由于表层1m厚的抗冲磨混凝土与底层基础混凝土结合不牢，在泄洪时受动水压力的作用而造成破坏，本次修复处理将拆除原1m表层抗冲耐磨混凝土，重新浇筑抗冲耐磨混凝土至原消力池体形。消力池修复的范围是：沿水流方向桩号表下0+090.00～表下0+198.00；沿坝轴线方向桩号左0+120.50～左0+205.50，且小导墙基础范围除外的区域内，具体范围如图2所示。

4.2.2 方案布置

消力池底板修复处理结构布置如图3所示。

（1）原表层抗冲磨混凝土拆除。为保证安康水电站表孔消力池的运行安全，将与基础混凝土脱开且已经遭到磨蚀并裂缝严重的表层抗冲磨混凝土全部拆除；为保证即将重新浇筑的新混凝土层与基础混凝土黏结牢固，再将原基础混凝土表面向下拆除0.1m。即将整个消力池底板表层从229.0m高程拆除至227.9m高程，总厚度为1.1m。

图3 表孔消力池修复方案布置示意图

（2）新混凝土浇筑。拆除原表层混凝土后，浇筑新混凝土至原设计体形。

考虑到消力池基础混凝土为C15（三级配），且已经运行20余年，混凝土已经完全充分变形，新浇混凝土必须是低弹性模量、低线胀系数的混凝土；考虑到消力池表层混凝土的抗冲耐磨要求，本次新浇混凝土按规范选定为C35（三级配）。通过进行混凝土配合比试验，以取得低弹性模量、低线胀系数、高强度C35（三级配）高性能抗冲磨混凝土的配合比。

在新浇筑抗冲磨混凝土内布置两层φ20@20cm×20cm钢筋网，分别距混凝土表层150mm，距混凝土底层100mm。

（3）新老混凝土结合。为保证消力池原基础混凝土和新浇筑抗冲磨混凝土密实结合，形成整体受力结构，采用如下新、老混凝土结合面综合处理措施：

1）基础老混凝土表层凿毛并冲洗干净：清除基础混凝土结合面上所有损坏的、松动的和附着的骨料、砂浆和杂质杂物，并使坚固的部分骨料露出表面，构成粗糙面以提高黏结性。

2）新、老混凝土结合面涂抹黏结力较强的界面剂：本方案采用丙乳剂液进行喷涂使新老混凝土黏结在一起。丙乳砂浆中聚合物膜弹性模量较小，可改善水泥浆体内部的应力状态，有抗裂作用、减水作用和密封的作用。能够达到防止老混凝土进一步碳化，延缓钢筋锈蚀速度，抵抗剥蚀破坏的目的。

3）新、老混凝土结合面增设足够的连接钢筋：为了进一步保证新老混凝土的结合，防止因消力池底板局部失稳而造成整体破坏的情况发生，在消力池底板混凝土范围内布置锚筋。锚筋采用φ28钢筋，间、排距均为1.5m，梅花形布置，下端深入消力池老基础混凝土2.5m，上端与上层钢筋网焊接；在距原混凝土表面100mm处，采用φ20@20cm×20cm钢筋网。

通过上述综合处理措施，加强对新混凝土的约束，使其减少变形；加强了新、老混凝土的整体性，使其形成整体结构，达到新、老混凝土良好结合的目的。

（4）消力池纵横缝处理。由于原消力池纵横缝止水已经失效，本次修补将在新浇混凝土消力池内部纵横缝设置两道U形铜止水，上层铜止水距混凝土表面400mm，下层铜止水距第一层400mm。消力池范围内未拆除的基础层老混凝土纵横缝之间采用柔性材料进行防渗处理。

由于原混凝土拆除时有可能遭到坡坏，破坏的地方需要重新设置止水。破坏的地方在老混凝土上凿槽，埋入两道铜止水；与未破坏止水的接头处铜止水与铜止水进行焊接；而铜止水与橡胶止水之间进行铆接，保证止水有效。

为防止两块消力池底板由于变形及动水压力作用而发生上下错动，在消力池底板新浇混凝土纵横缝之间设置一排φ25连接钢筋，间距为1.0m，距新浇抗冲磨混凝土表层500mm，以增加底板的稳定性。

5 结论

本文针对安康水电站表孔消力池底板的修复加固处理过程，对表孔消力池底板在运行过程中存在缺陷的原因进行了深入分析，并对其现状做出了安全评价。在此基础上，提出了一种用于修复表孔消力池底板的可行设计方案。需要指出的是，本文所提出的修复处理方案没有改变原消力池的设计体型，保证了消力池内的水流形态。并且，修复方案拆除了已经脱空的表层混凝土，可彻底根除工程隐患。

[1] 冯超，周洪林，张云海．安康大坝表孔消力池底板破坏原因分析及补强加固处理[J]．大坝与安全，2009，5：52-55．

[2] 李幼木，王宏斌．安康水电站表孔消力池底板缺陷分析及处理[J]．西北水力发电，2006，22（4）：46-49．

[3] 瞿富强，韩建新，刘学非，武如峰．安康水电站表孔消力池底板缺陷及其处理[C]//水电站梯级调度、自动控制技术研讨会论文集，2008：314-317．

[4] 屈高见，韩建新．安康水电站表孔消力池病害处置[J]．水利水电施工，2008，4：51-54．

[5] 雷中俊，安康水电站表孔消力池破损原因分析及加固处理 [J]．水力发电，2000，11 ：48-49．

王 珏（1982—），男，高级工程师，主要研究方向：水利水电工程勘测设计、水工建筑物设计等。E-mail：32170169@qq．com

杨 柳（1990—），男，工程师，主要研究方向：水利水电工程勘测设计。E-mail：liu-yang@sgxy．sgcc．com．cn

Restoring Treatment Research on the Soleplate of Stilling Basin of Ankan Hydropower Station

WANG Jue， YANG Liu
（Technology Center State Grid Xinyuan Company LTD， Beijing 100161，China）

The stilling basin of Ankan hydropower station has been damaged many times since it was put into operation. From the year 1996 to 2007， the restoration and reinforcement treatment of the stilling basin had been conducted 5 times. Although plenty of techniques and materials have been adopt and utilized， these repairing measures did not eliminate the damaged situation of the soleplate of stilling basin essentially. In this paper， we review all the restoration and reinforcement treatment of the stilling basin that had done before and then analyze the current situation and evaluate the security status of the soleplate of stilling basin.Finally， we put forward an achievable and effective restoration plan of the soleplate of stilling basin.

surface anti-erosion layer; stilling basin; soleplate;restoring treatment