吳道倉，田 陽

(湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

清江隔河巖水利樞紐工程是清江中下游梯級開發(fā)的三個梯級中間一級，工程于1987年開始施工，1993年開始下閘蓄水，大壩、廠房工程于1996年全部建成并擋水、發(fā)電。

隔河巖水利樞紐自1993年開始運用至今，期間經(jīng)受了多次洪水的考驗，特別是1998年和2016年清江流域兩次較大的洪水，大壩均長時間開閘泄洪，泄洪流量大。2016年汛后，運行單位先后多次組織對隔河巖大壩下游護岸、消力池護坦等部位進行檢查，發(fā)現(xiàn)大壩下游左右岸混凝土護坡和河床二級消力池混凝土護坦、左右岸混凝土護坡結(jié)構(gòu)縫和左岸下游護坡坡腳護坦板均存在一定程度的水毀破壞。本文主要闡述根據(jù)大壩下游護坡和護坦水毀破損的實際情況，針對不同破損類型，采用不同材料，采取相應的工程治理措施。

1 缺陷情況

根據(jù)現(xiàn)場檢查和測量資料，水毀破損主要可分為以下三種類型。

1.1 護坡和護坦局部水毀沖坑和破損

由于混凝土老化，隔河巖大壩下游混凝土護坡在泄洪時，受高速水流的沖擊，部分位置出現(xiàn)局部水毀沖坑，混凝土剝落，具體型式多種多樣。

1)右岸護坡靠一級消力池上游側(cè)局部沖坑，破壞形狀為直角三角形，現(xiàn)場測量直角三角形邊長分別為3.3 m和3.1 m，破損區(qū)平均沖蝕深度約15 cm；

2)右岸護坡下游側(cè)靠近電站廠房位置附近兩處水毀破損；

3)河床二級消力池下游護坦局部水毀沖坑；

4)右岸護坡局部面積較大的3處破損；

5)其他面積較小、深度較淺或護坡表面混凝土剝落的缺陷。

1.2 護坡結(jié)構(gòu)縫張開

由于長期受到水流的淘刷和沖蝕、原縫面填充物脫落及護坡混凝土板不均勻沉降等原因，原大壩下游左、右兩岸混凝土護坡分縫多處被水流沖蝕破壞，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)分縫張開較大，護坡混凝土沿原結(jié)構(gòu)分縫位置沖蝕破損等情況，部分破壞處可見鋼筋和粗骨料裸露，結(jié)構(gòu)縫附近區(qū)域局部沖蝕破損，混凝土表面剝落。經(jīng)現(xiàn)場檢查、統(tǒng)計，右岸臺階下游側(cè)一共有32條縱向(垂直于河道方向)伸縮縫張開，伸縮縫縫面存在混凝土剝落，其中伸縮縫張開最深為120 cm，張開最寬處約10 cm。有3條橫向伸縮縫(平行于河道水流方向)張開，最深為90 cm，部分伸縮縫已見鋼筋。

1.3 左岸護坡坡腳護坦沖毀

大壩下游左岸靠近升船機位置，因原護坡坡腳混凝土護坦板抗浮穩(wěn)定不足，被泄洪水流沖毀，形成局部大沖坑，面積約583 m2，在靠河床側(cè)堆積大量的石塊和破碎的混凝土塊。

2 修復方案

2.1 護坡和護坦局部水毀沖坑修復方案

根據(jù)護坡混凝土水毀破損缺陷的實際情況，對于破損面積較大且較深的沖坑，在破損缺陷區(qū)內(nèi)設置錨桿和面層鋼筋網(wǎng)，采用C20二級配混凝土澆筑修復，如圖1所示。

圖1 沖坑修復剖面示意

針對沖坑破損深度較深，面積小的區(qū)域，采用C20二級配混凝土澆筑修復處理，如圖2所示。

圖2 破損缺陷區(qū)C20二級配混凝土澆筑修復示意

針對現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的沖坑破損深度淺、面積大或混凝土局部區(qū)域表面剝落的情況，采用M30預縮砂漿修復，如圖3所示。

圖3 破損缺陷區(qū)M30預縮砂漿修復示意

2.2 混凝土護坡分縫張開修復方案

由現(xiàn)場檢查的水毀現(xiàn)狀情況可知，隔河巖大壩下游左右岸混凝土護坡均存在較多結(jié)構(gòu)縫張開，并伴隨結(jié)構(gòu)縫附近混凝土局部沖蝕破損的情況。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對于護岸結(jié)構(gòu)縫張開寬度超過3 cm的結(jié)構(gòu)縫，先采用厚10 mm的高密度聚乙烯閉孔泡沫板隔縫，然后用M30預縮砂漿進行灌縫修復，預縮砂漿是將普通砂漿拌制好后，歸堆存放0.5～1.0 h再使用的干硬性水泥砂漿，一般用來修補淺表型或其他缺陷。與原有混凝土有較好的粘合力，也具有很高的強度，能夠滿足常規(guī)混凝土的缺陷修補，技術(shù)上成熟可靠，同時與環(huán)氧砂漿相比，其成本低。因此在無特殊要求和高強度修補要求的情況下，優(yōu)先使用預縮砂漿修補工藝是必要且可行的選擇[1-2]；對于護坡結(jié)構(gòu)縫張開寬度1～3 cm的的結(jié)構(gòu)縫，采用高彈性環(huán)氧嵌縫材料直接灌縫修復，高彈性環(huán)氧嵌縫修復材料是一種改性環(huán)氧樹脂膠泥材料，其具有彈性高、抗流掛性優(yōu)異、耐久性好等特點，適用于混凝土結(jié)構(gòu)縫、混凝土襯砌縫及裂縫進行嵌縫及封閉修復[3]；對于護坡結(jié)構(gòu)縫張開寬度小于1 cm的結(jié)構(gòu)縫，可不進行處理。

2.3 左岸護坡坡腳護坦修復方案

1)護坦修復方案。大壩下游左岸護坡坡腳混凝土護坦板水流沖毀段澆筑混凝土板恢復?；炷磷o坦板主要起保護原混凝土護坡、防止混凝土護坡坡腳被水流沖蝕掏空的作用，修復設計方案將原水毀段高程80.0 m，寬11 m的混凝土護坦板用厚度為1.5～2 m的C20三級配混凝土修復，并與上、下游未破損混凝土護坦板平順銜接。原高程79.3 m，寬9.0 m的混凝土護坦板尾部逐步收斂、過渡至新修段寬11 m護坦板，為使河床水流過渡平順，防止紊流對混凝土護坦板的淘刷，過渡段用兩段圓弧銜接，新澆護坦板靠河側(cè)采用大塊石回填保護，見圖4?；炷磷o坦板修復段每隔10 m采用10 mm厚高密度聚乙烯閉孔泡沫板隔縫，平均需修復段的長度約53 m。為防止護坦板因上、下面壓力差而導致護坦板可能被抬起的破壞，在護坦板上設置直徑50 mm間排距3 m×3 m的PVC-U型排水管。

圖4 左岸護坡坡腳護坦結(jié)構(gòu)

護坦抗浮穩(wěn)定計算。影響消力池底板穩(wěn)定性的因素較多，如施工質(zhì)量、非正常運行工況、止水破壞、淘刷、空化、震動等。在這些因素中，因為板塊間止水破壞，動水壓強在縫隙中傳播，在脈動壓力不斷反復產(chǎn)生的上舉力作用下，底板與基巖的錨固鋼筋遭受疲勞破壞，致使消力池失穩(wěn)[4]。因原護坦板抗浮穩(wěn)定不足，在泄洪水流沖刷下失穩(wěn)，按新設計護坦板結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》[5]計算在設計泄洪流量工況下的護坦抗浮穩(wěn)定作用效應函數(shù)(豎直向上所有合力)和結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)(豎直向下所有合力)。

作用效應函數(shù)：

S(·)=γQ2Q2+γQ3Q3

抗力函數(shù)：

R(·)=γG1G1+γQ1Q1(未采取錨固措施)

式中：G1為護坦自重標準值，kN；γG1為護坦自重分項系數(shù)，取0.95；Q1為護坦頂面時均壓力標準值，kN；γQ1為護坦頂面時均壓力分項系數(shù)，取0.95。

經(jīng)計算，護坦底板的抗力效應93 046.8 kN大于作用效應80 799.7 kN，即垂直向下的合力大于垂直向上的合力，滿足規(guī)范要求。

3 修復施工

3.1 局部水毀沖坑和破損修復工藝

采用錨桿和面層鋼筋網(wǎng)的修復方案主要工藝流程如下：確定修復范圍→待修復區(qū)表面清理→缺陷破損素描及確認→待修復區(qū)混凝土鑿除、鑿毛及驗收→鉆孔埋設錨桿,布置鋼筋網(wǎng)→C20二級配混凝土澆筑→現(xiàn)場驗收。

3.2 混凝土護坡結(jié)構(gòu)縫修復主要施工流程

1)確定修復范圍。以混凝土護坡原有結(jié)構(gòu)縫為參考，將需要修復的結(jié)構(gòu)縫依次編號，并逐個檢查結(jié)構(gòu)縫破損的情況，從而確定修復的范圍。

2)待修復區(qū)結(jié)構(gòu)縫缺陷表面的處理。用手釬或其他工具將結(jié)構(gòu)縫張開處及周邊附近混凝土疏松部分鑿除。去掉原老混凝土表面乳皮，污染物，松散顆粒，處理后直至露出新鮮、密實的骨料。用壓縮空氣將表面砂粒、灰塵吹去，再用水沖洗結(jié)構(gòu)縫面，使基面干凈無灰塵。

3)待修復區(qū)結(jié)構(gòu)縫張開寬度測量。用塞尺或裂縫寬度對比卡測量清潔、平整部位結(jié)構(gòu)縫張開的寬度，確定待修復的結(jié)構(gòu)縫張開的寬度。若現(xiàn)場測量結(jié)構(gòu)縫張開寬度大于或等于3 cm，在結(jié)構(gòu)縫中放置一塊厚度10 mm的高密度聚乙烯閉孔泡沐板，然后沿高密度聚乙烯閉孔泡沫板兩側(cè)用M30預縮砂漿灌縫，直至填滿縫內(nèi)，再刮平縫面，表面抹光抹平;若現(xiàn)場測量結(jié)構(gòu)縫張開寬度小于3 cm，大于1 cm時，用配制好的高彈性環(huán)氧嵌縫材料用刮刀來回批刮結(jié)構(gòu)縫混凝土基面。應采取措施排除待修補區(qū)基面水分，盡量保持修補基面干燥，從而利于材料與混凝土基面的結(jié)合，然后再填滿縫內(nèi)并刮平縫面，表面抹光抹平。

3.3 左岸護坡坡腳護坦修復工藝

在施工前，沿河道設置圍堰，聯(lián)系調(diào)度，降低高壩洲水庫水位，創(chuàng)造干地施工條件；在新混凝土護坦板澆筑前，對開挖的河床建基面進行碾壓密實并整平。混凝土澆筑前，基巖面先鋪一層厚度2～3 cm左右的水泥砂漿，后澆筑混凝土。

4 結(jié) 語

本文針對隔河巖大壩下游護坡和護坦局部水毀沖坑、結(jié)構(gòu)縫張開等缺陷，分別采用了錨桿加面層鋼筋網(wǎng)混凝土、M30預縮砂漿、高彈性環(huán)氧嵌縫材料直接灌縫等多種技術(shù)措施進行修復，科學合理、經(jīng)濟高效地完成了水毀修復工作，對新修復的左岸下游護坡坡腳護坦進行了結(jié)構(gòu)設計和抗浮穩(wěn)定計算。修復工程完工后，歷經(jīng)2017年和2020年兩次泄洪考驗，最大泄洪量達5 050 m3/s，經(jīng)汛后檢查，上述修復工程均完好無損，表明修復措施是合理可行的，可為今后類似工程提供借鑒。