水利枢纽泄洪冲沙洞及修复设计探讨

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摘要：泄洪冲沙洞与消力池是奴尔水利枢纽工程的主要泄洪建筑物之一，对工程安全运行影响较大。该文对泄洪冲沙洞与消力池在多年运行中出现的冲蚀、磨蚀情况进行了分析，提出了针对性的工程修复方案。工程实践表明，设计方案满足规范及运行要求，可为类似工程设计提供参考。

关键词：泄洪冲沙洞；磨蚀；修复方案；奴尔水库

1工程概况

奴尔水利枢纽是奴尔河上的控制性工程，是一座承担灌溉、发电综合利用任务的枢纽工程。水库总库容为0．69亿m3，正常蓄水位为2497m，死水位2465m，电站总装机容量为6．2MW，多年平均年发电量为0．217亿kW·h。工程由拦河坝、导流兼泄洪冲沙洞、溢洪洞、发电引水系统及电站厂房等组成。大坝为碾压式沥青混凝土心墙坝，最大坝高80m。工程地震设防烈度为Ⅷ度。奴尔河流域属暖温带大陆性干旱气候，四季分明，夏季炎热，冬季寒而不冷，春季升温快而不稳定，秋季降温快，降水稀少，日照丰富，气温年、日变化大，无霜期长，纬度地带性气候变化明显。奴尔河山区历年极端最高气温36．4℃，极端最低气温－22．5℃，多年平均气温4．7℃，多年平均年降水量195．0mm，多年平均年蒸发量1267．4mm。奴尔河及其临近流域均无推移质观测资料，由于工程区地处南疆山区，结合该区域周边已建水利工程的设计成果和实际运行情况，推移质输沙量占年悬移质输沙量的比例按20％考虑。经计算奴尔水文站推移质输沙量为12．75×104t。奴尔河流域奴尔水文站的天然输沙量为悬移质输沙量与推移质输沙量之和。其多年平均年输沙总量为76．5×104t，多年平均含沙量3．73kg／m3。

2水库导流兼泄洪冲沙洞冲蚀、磨蚀现状

（1）导流兼泄洪冲沙洞有压洞洞身。通过对导流兼泄洪冲沙洞有压段洞身整体进行查看，洞内混凝土衬砌段底拱40°～60°范围有磨损现象；形成0．1～0．2m的小沟，宽度约1m。洞身局部有露筋，露筋主要为分布钢筋，露筋部位磨损严重，且有部分钢筋断裂现象，局部个别地方发现受力筋磨断现象。隧洞顶拱整体情况良好，磨损轻微或未磨损。（2）导流兼泄洪冲沙洞工作闸井。导流兼泄洪冲砂洞闸井底板发现磨蚀现象。局部较严重，有0．2m的坑槽。钢板底部工字钢出露。（3）导流兼泄洪冲沙洞出口。出口消力池陡坡段底板局部有露筋，露筋主要为分布钢筋，露筋部位磨损严重。在陡坡段底板出露的排水管的位置混凝土磨损严重［1－2］。

3工程修复方案设计

3．1底拱漏水部位处理

采用水溶性聚氨酯灌浆材料对裂缝、伸缩缝进行化灌处理。该材料是由异氰酸酯与伯羟基聚醚等经一定工艺合成而得的单组分灌浆材料［3－4］。性能指标见表1。封孔材料—GMT高性能改性聚合物修补砂浆其介绍、性能特点、主要技术参数见表2。

3．2导流兼泄洪冲沙洞冲蚀、磨蚀处理

导流兼泄洪冲沙有压洞身底拱混凝土衬砌段40°～60°范围有0．1～0．2cm、宽约1m的小沟，局部有露筋、断筋现象；工作闸井磨蚀严重，有20cm坑槽，钢板底部工字钢露出；出口消力池有露筋、钢筋磨损严重，需针对三段不同的冲蚀、磨蚀破坏的不同程度，有不同处理方案。3．2．1磨损厚度δ≤3cm区域（1）修补材料。磨损厚度δ≤3cm，采用专用环氧树脂基液处理剂和改性环氧抗冲磨修复材料修补，本项目拟使用的GMT新型快速修复抗冲磨砂浆专用界面处理剂双组分改性环氧界面剂和GMT新型快速修复抗冲磨砂浆的性能见表3和表4。（2）修补施工工艺。磨损厚度δ≤3cm区域GMT新型快速修复抗冲磨砂浆修补的工艺流程为：确定修补区域→待修补区混凝土基面清理及打磨→清洗并干燥→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护。3．2．2磨损厚度3cm＜δ≤10cm区域（1）修补材料。底板磨损厚度3cm＜δ≤10cm，根据设计要求，该修补厚度区域可采用强度不低于M40砂浆作为基地，考虑到洞内实际情况该修补区的基面为潮湿基面，按照潮湿基面进行修补处理，宜选用高性能改性聚合物砂浆和GMT新型快速修复抗冲磨砂浆两种修复材料复合使用，其中高性能改性聚合物砂浆修补厚度为1～8cm，作为基层修补材料，其余2cm用GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行修复，不足2cm的，应凿深至2cm，当修补面积大于0．5m2时，布置Φ20同型插筋。（2）修补施工工艺。混凝土表面磨损厚度3cm＜δ≤10cm区域，高性能改性聚合物砂浆作为基层修补材料修补1～8cm，GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行表面2cm修复，工艺流程为：确定修补区域→待修补区混凝土基面清理及凿毛→清洗→涂刷高性能改性聚合物净浆→铺筑高性能改性聚合物净浆→养护，干燥→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护→混凝土接缝面涂刷双组分改性环氧界面剂。3．2．3磨损厚度10cm＜δ≤15cm区域选用与原设计同标号混凝土回填至表层2cm，剩余深度2cm用GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行修复，不足2cm的，应凿深至2cm，当修补面积大于0．5m2时，布置Φ20同型插筋。（1）修补材料。底层修复材料（8～13cm）：洞身段，C40W10二级配混凝土；闸井段，C40F200W6二级配混凝土；消力池段，C40F200W6二级配混凝土。表面抗冲磨材料（2cm）：双组分改性环氧界面剂；GMT新型快速修复抗冲磨砂浆，性能见表3与表4。（2）修补施工工艺。混凝土表面磨损厚度10cm＜δ≤15cm区域，根据设计要求，回填指定的二级配混凝土进行底面修补，表面2cm采用抗冲磨材料GMT新型快速修复抗冲磨砂浆抹面，修补工艺流程为：确定修补区域→破损区混凝土基面清理及凿毛→清洗处理→钢筋处理，回填指定混凝土→洒水养护，干燥处理→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护→混凝土接缝面涂刷双组分改性环氧界面剂。3．2．4磨损厚度δ＞15cm区域露出钢筋处理，根据情况，进行钢筋除锈、置换，铺设钢筋网，后选用与原设计同标号混凝土回填至表层2cm，剩余深度2cm用GMT新型快速修复抗冲磨砂浆为抗冲磨抹面材料进行修复，不足2cm的，应凿深至2cm，当修补面积大于0．5m2时，补焊钢筋，加钢筋网。（1）修补材料。底层修复材料（大于13cm）：洞身段，C40W10二级配混凝土；闸井段，C40F200W6二级配混凝土；消力池段，C40F200W6二级配混凝土。表面抗冲磨材料（2cm）：双组分改性环氧界面剂与GMT新型快速修复抗冲磨砂浆。（2）修补施工工艺。混凝土表面磨损厚度10cm＜δ≤15cm区域，根据设计要求，回填指定的二级配混凝土进行底面修补，表面2cm采用抗冲磨材料GMT新型快速修复抗冲磨砂浆抹面，修补工艺流程为：确定修补区域→破损区混凝土基面清理及凿毛→清洗处理→钢筋处理，铺设钢筋网，回填指定混凝土→洒水养护，干燥处理→涂刷双组分改性环氧界面剂→待表干→铺筑GMT新型快速修复抗冲磨砂浆→养护→混凝土接缝面涂刷双组分改性环氧界面剂。

4结语

对于多泥沙河流来说，水利枢纽工程的泄洪冲沙洞与消力池部位发生磨蚀现象较为普遍。针对此种情况，根据奴尔水库工程磨蚀深度，采用专用环氧树脂基液处理剂、GMT新型快速修复抗冲磨砂浆、改性环氧抗冲磨修复材料等不同方案进行修补。工程实践表明，设计方案满足规范及运行要求，可为类似工程设计提供参考借鉴。

参考文献：

［1］赵新伟．楼庄子水库工程导流兼泄洪冲沙洞洞身结构设计与计算［J］．陕西水利，2019（6）：150－152．

［2］吴战营．TP水库泄洪冲沙洞进口边坡稳定计算研究［J］．广西水利水电，2019（1）：27－30．

［3］苗埃厚．七家营水库泄洪冲沙洞衬砌分析计算［J］．内蒙古水利，2016（12）：21－22．

［4］刘妍妍，苏海涛．八股地水库溢洪道与泄洪冲沙洞联合布置的应用［J］．内蒙古水利，2014（6）：146－147．

作者：班懿根 单位：新疆塔里木河流域奴尔水利枢纽建设管理局