鄭金泰

福建水口發(fā)電集團有限公司，福建 福州 350004

0 引言

水口水電廠大壩為混凝土重力壩。溢洪道布置在河床中間，兩側(cè)各設一個深式泄水底孔，承擔樞紐工程的泄洪和水庫放空任務。泄水底孔采用短管壓力流后接明渠方式，進水口為喇叭形，壓力段孔口尺寸5m×8m（寬×高），設有5m×9.6m平板式事故檢修閘門，出口處設弧形工作閘門。

2003年12月對大壩水工建筑物進行水下檢查時，發(fā)現(xiàn)2號泄水底孔事故檢修左側(cè)門槽鋼襯板和閘門鋼軌之間嚴重開裂，開裂處出現(xiàn)較大范圍混凝土掏空破壞。2005年8月在關閉檢修閘門進行弧形工作閘門檢修時，發(fā)現(xiàn)破壞進一步發(fā)展，事故檢修閘門左側(cè)門槽距頂部約 1.0m處發(fā)現(xiàn)噴射水流，最大噴水距離約5m，由于滲水量太大，弧形工作閘門檢修工作無法進行。曾采用水下拼裝焊接鋼襯板和澆筑水下混凝土的方案進行水下修復，但由于受水下施工條件限制，施工質(zhì)量達不到設計要求。

1 修復工程設計

擬采用旱地修復施工方案。在泄水底孔喇叭口前設一道浮體擋水檢修閘門（以下簡稱為浮體閘門），閘門止水橡皮直接壓在混凝土面上封水，使門后形成旱地條件，以便進一步查清檢修門槽破壞情況，確定可靠的修復方案，并進行下一步修復施工。

1.1 浮體閘門

泄水底孔喇叭口尺寸為7.7m×14.06m，設計浮體閘門封水尺寸8.7m×15m，設計水頭47m，總水壓力51548 kN。閘門支承跨度8.7m，吊點間距9.7m，閘門寬10.5m、高15.6m、厚1.8m，總重約173t，總浮力約230t。設8個充水艙和6個空氣艙，總充水量約89t。閘門分成6節(jié)，按設計要求由工廠分節(jié)制造，整體拼焊在施工現(xiàn)場進行（見圖1）。

圖1 泄水底孔剖面圖

1.2 測量試探框

泄水底孔封堵工程關鍵技術是止水，浮體閘門水下安裝施工的難度是準確就位。而浮體閘門橡膠主水封必須針對封水壩面的不平度進行專門設計，為確保封堵工程能夠安全可靠的一次封堵成功，需對浮體閘門橡膠主水封止水壩面進行不平整度測量。

因此，專門設計一扇具有相當剛度的假門—測量試探框，框的長寬尺寸與浮體閘門相同。在主水封（即閘門支承）位置，沿喇叭口四周長度方向每隔100mm設置一個尼龍棒，共1220個尼龍棒測點。試探框封水面測量寬度為400mm。另外，在試探框頂部角上安裝2個水下攝像頭。當試探框靠在喇叭口四周壩面上固定好后，由潛水員在水下正對攝像頭的壩面上采用射釘槍固定2個醒目的圓形標記。

測深裝置安裝在鋼結(jié)構(gòu)施工平臺左右兩側(cè)的對稱位置。每側(cè)安裝鋼卷尺和測深裝置，用于互相驗證。試探框和浮體閘門的水平姿態(tài)偏角由左右兩側(cè)的測量深度差值來計算和控制。

1.3 浮體閘門水封設計

浮體閘門設兩道水封。第一道為橡膠主水封，設置于浮體閘門下游面板周框上，封水中心尺寸約為8.7m×15m。橡膠水封寬280mm，高350mm，端頭為R150mm，整體重約6.1t。第二道為輔助水封，位于主水封四周外側(cè)，采用棉毯卷成φ150mm的圓柱形，中心為φ30mm的PVC硬管，用于自動封堵局部小縫隙漏水。

1.4 浮體閘門支承設計

利用橡膠水封的承壓力，浮體閘門直接采用閘門四周的橡膠主水封作為支承。

浮體閘門封水尺寸8.7m×15m，承受總水壓力為51548kN。水封平均線壓強約1088 kN/m。按線壓強1088kN/m計算，橡膠水封承受的壓應力為3.7N/mm2，滿足強度要求。

1.5 檢修門槽修復設計

1）原門槽設計

事故檢修閘門采用定輪支承。閘門采用下游止水，止水座面設在門槽下游埋件上。門槽采用Ⅱ型門槽。閘門鋼軌和反軌按閘門孔口高度的兩倍設置，鋼軌采用QU120起重機軌和厚度為40mm的鋼板（Q235）組合斷面，反軌為型鋼與鋼板的組焊結(jié)構(gòu)。

由于底孔運行水頭較高，在設計中采用了一些預防高速水流沖蝕的措施：事故閘門前一段和事故閘門與工作門之間均采用一期鋼板襯砌，鋼板襯砌和門槽鋼埋件焊接在一起，閘門底坎全部采用一期鋼板襯砌。

2）門槽破壞情況及原因分析

瀉水底孔成功封堵后，對孔內(nèi)流道破壞情況進行全面檢查。門槽鋼軌工作踏面上有較多的氣蝕凹坑，鋼軌軌道和護角鋼襯之間的焊縫已經(jīng)大部分開裂，護角鋼襯在門槽底部區(qū)域已經(jīng)脫開鋼軌，內(nèi)部部分二期混凝土被嚴重淘蝕。

現(xiàn)場分析認為：原門槽鋼軌安裝施工質(zhì)量欠佳、鋼軌和護角鋼襯之間的連接薄弱，是造成門槽破壞的主要原因。

3）修復鋼軌優(yōu)化設計

重新設計門槽鋼軌，在鋼軌側(cè)加設一個與護角鋼板錨固連接的平臺，將焊縫連接改為螺栓錨固連接，避免此處的工地焊縫（見圖2）。新設計的門槽鋼軌在工廠分段鑄造，材料選用ZG42CrMo，調(diào)質(zhì)處理。鋼軌踏面形狀和尺寸均按原設計保持不變，護角通過螺栓與鋼軌連接。對修改后的鋼軌按150t輪壓進行強度驗算，各項應力均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

圖2 門槽剖面圖

2 工程施工

整個工程施工分為：前期施工準備、壩面平整度水下測量、浮體閘門制造、大型橡膠水封制造與安裝、浮體閘門的就位封孔、檢修門槽制造與旱地修復、浮體閘門拆除等。

2.1 前期施工準備

前期施工準備主要完成施工平臺的搭設、試探框制作、導向重錘制作和安放、導向繩固定、后拉支架制作及卷揚機安裝等。

2.2 水下測量

將試探框下放至底孔喇叭口位置后，通過后拉支架的鋼絲繩將試探框收緊，經(jīng)潛水員水下檢查與導向繩核對位置無誤后將試探框固定。潛水員在水下將試探框上所有尼龍棒推到接觸壩面后擰緊螺釘固定，則所有的尼龍棒端點所組成的面即為混凝土壩面的封水面和支承面。將試探框吊出水面，平放在壩頂經(jīng)調(diào)平后，采用水準儀進行尼龍棒外伸長度測量工作，取得尼龍棒實測的壩面平整度數(shù)據(jù)，為浮體閘門的水封設計和安裝提供依據(jù)。

2.3 浮體閘門制造

浮體閘門分6節(jié)制作，總重12.3t。按設計要求，每節(jié)門葉出廠前密封艙均進行0.6MPa/20min加壓試驗。

受場地限制，浮體閘門現(xiàn)場拼裝采用立式拼焊，先將3節(jié)拼焊為一組，再將2組拼焊為整體。對分節(jié)拼焊形成的中間艙，按要求進行0.3MPa/20min氣密性檢查，。整體拼裝完成后，對閘門的充水艙和非充水艙均進行0.6MPa/20min水壓、氣壓試驗。

最后，將浮體閘門牽引至2號瀉水底孔壩前水面后，安裝水封和其他附屬構(gòu)件。

2.4 橡膠水封試驗、制造與安裝

2.4.1 水封試驗

委托武漢大學進行大截面橡膠水封試驗，并確定浮體閘門的設計水封斷面結(jié)構(gòu)及水封材質(zhì)。根據(jù)試驗結(jié)果，對水封斷面結(jié)構(gòu)做了優(yōu)化設計：水封安裝槽兩側(cè)夾板隨水封也做了相應隨形設計；將側(cè)板端與水封接觸的內(nèi)側(cè)角倒成R10的圓弧,以免剪切水封下游側(cè)；水封夾槽內(nèi)側(cè)與水封間隙為單邊2mm?；谒獠馁|(zhì)試驗，選擇相對變形量較大和變化曲線更穩(wěn)定的DL6674-5橡膠。

2.4.2 水封制造

按設計要求，橡膠水封在廠內(nèi)制作為整體框形結(jié)構(gòu)，水封接頭采用模具熱溶接，確保接頭的整體連接質(zhì)量，不留任何工地接頭。橡膠水封的隨形制造是在水封試驗和壩面不平度測量完成后，以設計圖為準進行的。

2.4.3 水封安裝

將橡膠水封吊放到平臥在庫面的浮體閘門上，安裝在預設的水封槽內(nèi)，并用螺栓固定。

2.5 浮體閘門就位封孔

通過水泵和浮體閘門上的充排水管向充水艙緩慢充水、排氣，將浮體閘門由平臥調(diào)整到直立狀態(tài)，并使浮體閘門處于零浮力狀態(tài)。在裝好浮體閘門安全繩、測深裝置、導向繩及在檢修門槽吊放后拉支架后，繼續(xù)向充水艙內(nèi)充水，使浮體閘門緩慢下沉。觀測安裝在施工平臺左右兩側(cè)的測深裝置讀數(shù)，通過計算測量深度差值來確定充水艙的充水量，達到控制浮體閘門的下沉速度、位置和姿態(tài)。確定浮體閘門到達2號泄水底孔處后，收緊浮體閘門安全繩固定。潛水員從檢修門槽進入底孔內(nèi)，將通過后拉支架定滑輪的4條鋼絲繩固定在浮體閘門上，由潛水員確定浮體閘門位置、姿態(tài)準確無誤后，緩慢且同時拉緊4條鋼絲繩，使浮體閘門貼在壩面。緩緩開啟2號底孔工作閘門，將洞內(nèi)水排放，在巨大水壓力的作用下，浮體閘門緊緊地貼在壩面，就位封孔一次成功，整個封孔用時近5h。經(jīng)觀察，浮體閘門后漏水量小于0.1L/min，且未見變化，完全滿足洞內(nèi)旱地修復施工條件，達到設計要求。

2.6 檢修門槽制造與旱地修復施工

2.6.1 新門槽鋼軌及配件制造

對鋼軌踏面形狀和尺寸均按原設計保持不變，護角通過螺栓與鋼軌連接。每側(cè)門槽鋼軌分為4段，每段2.5 m，兩側(cè)共8段，重約5676kg。鋼軌、錨固桿件、鋼料板制造、加工完成后進行工廠預拼裝。

2.6.2 舊門槽鋼軌及埋件拆除

將舊鋼軌、鋼襯板分節(jié)切割拆除，發(fā)現(xiàn)門槽兩側(cè)原一期錨筋存在部分缺失。二期混凝土鑿除后，對分界面進行鑿毛，同時清除存留的二期錨固鋼板上的鐵銹。

2.6.3 新門槽埋件、鋼軌及鋼襯板安裝

鋼軌埋件安裝前，對原缺失的錨筋，按設計圖紙要求進行補充埋設。對一期混凝土預埋錨筋的位置、數(shù)量進行檢查核對無誤后，開始鋼軌和鋼襯板的安裝。

每側(cè)門槽鋼軌由4節(jié)組成，安裝時由下而上逐節(jié)吊裝。鋼軌每安裝1節(jié)均進行門槽中心線距、對孔口中心距、高程、工作表面接合處錯位、表面扭曲度等部位的測量和控制，以確保安裝精度。

在鋼軌預埋件焊接固定后，先進行非直線段的安裝。而直線段鋼襯板每2m為一段，從下往上安裝第一段，待新回填的二期混凝土澆筑完成24h后，再進行上一段的安裝。

2.6.4 回填澆筑

新的二期回填C30混凝土，約15m3。

2.6.5 其它項目施工及工程驗收

檢修門槽后與工作閘門間鋼襯板與混凝土間的脫空部位進行環(huán)氧灌漿。底孔喇叭口段混凝土表面骨料裸露部分，采用環(huán)氧水泥砂漿抹面處理等的施工。

至此，檢修門槽修復施工結(jié)束。

2.7 浮體閘門拆除

先行關閉底孔事故檢修閘門，向孔內(nèi)充水；后又關閉工作閘門，檢修閘門前后全部充水。壓力平衡后，浮體閘門開始脫離孔口。接著，用壓縮空氣排出浮體閘門各充水艙內(nèi)的水量，浮體閘門緩慢浮出水面。為保護水封，將水封面朝下平浮在水面上，拖至指定地點存放。

3 結(jié)論

檢修門槽修復后，泄水底孔經(jīng)歷了2個汛期，運行正常。該工程實施的關鍵是底孔進水口的水下封堵，以形成旱地施工條件。浮體閘門水下封堵的定位，采用重錘、測深裝置、水下攝像和后拉支架相結(jié)合的定位方式，成功地解決了水下封堵的定位難題。而采用鋼軌側(cè)翼增設連接平臺、螺栓連接的方案，則有效地解決了閘門主軌與鋼襯板之間的連接難題。

[1]水口水電廠#2泄水底孔事故檢修門門槽修復工程可行性研究報告.中國水電顧問集團西北勘測設計院，2007，8.

[2]水口水電廠#2泄水底孔浮體閘門水封試驗報告.武漢大學，2008，6.