電廠排砂底孔沖坑處理論文

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1概述

葛洲壩水利樞紐是以通航、發電為主要效益的大型水利工程，是三峽水利樞紐的反調節水庫和航運梯級。長江年入庫水量4500億m3,年均輸沙量達5.3億t。為了減少電廠前沿的淤積和泥沙過機，在大江電廠機組進水口下部設置了14個排沙底孔。葛洲壩大江電廠排砂底孔1987年投入運行，根據洪水入庫情況，各排砂底孔每年分別開啟運行數10天。2001年，在大江電廠排砂底孔進口檢修門槽潛水檢查時，發現底檻鋼板兩側混凝土都有沖蝕，底檻中部區有大小不等的沖坑，沖坑發生在底檻二期混凝土區，多數沖坑大骨料和鋼筋出露（沖坑統計見表1）。為此，葛洲壩電廠委托國家電力公司華東勘測設計研究院進行了葛洲壩大江電廠排砂底孔進口檢修門底檻沖坑處理設計。江蘇省海洋工程總公司承包了底檻沖坑處理工程。

2沖坑形成原因分析

大江電廠排砂底孔位于機組進水口下端，進口底板高程29.2m，與機組進水口底板高程差約11.5m。排砂底孔進水喇叭口尺寸8.55m×7.1m（高×寬），漸變到流道尺寸為5m×5m，計算水頭18.6m下的單孔排沙流量為200m3/s，平均流速3.3～4.7m3/s。流道斷面向下游漸變為2.3m×5.5m，流道出口段平均流速可達15.8m3/s。電廠機組進水前沿的淤積和泥沙主要是沙質推移質和卵石推移質。排砂底孔通常在汛期入庫流量大于25000m3/s期間開啟沖沙，每年排沙1～2次。根據電廠運行和水下檢查情況，排砂底孔進口檢修門底檻沖坑形成的原因可能有以下幾點：

（1）大江電廠排砂底孔進口檢修門底檻沖坑的出現與機組發電、進水口旋流沖磨有關。2004年1月，20#左排砂底孔進口在相鄰機組停機情況下，潛水檢查和水下攝影顯示：進口底板面無淤積，沖坑內充填有卵石推移質，裸露的底板混凝土面上卵石似回旋狀，沖坑顯然受到挾石水流的沖磨。

（2）排砂底孔開啟沖沙，挾沙（卵石）水流通過進口底板磨損區，水流發生紊亂，推移質撞擊磨損面，加速了沖坑的形成和發展。

（3）沖坑主要發生在進口底檻二期混凝土區，底檻鋼板上下游兩側邊緣與底板混凝土的接縫以及底檻二期混凝土區似是薄弱區，容易產生沖蝕磨損。

（4）大江電廠前沿是沙卵石匯集區，排砂底孔是匯集區沙卵石推移質的出庫通道，受挾沙（卵石）水流磨損的機率多。葛洲壩上游30km處三峽水利樞紐的施工，大江截流前后大量棄渣入庫葛洲壩，也加大了排砂底孔進口底檻沖坑的形成可能性。

（5）排砂底孔進口沖坑形成區的流速約4m/s，排砂底孔流道內流速可達5～15m/s，但是，經過十幾年運行，歷次抽查排砂底孔流道過流面，其混凝土沖磨痕跡輕微，流道混凝土過流面基本完好。排砂底孔流道內水流順暢、流態穩定，歷年累計開啟運行僅數千小時；而排砂底孔進口底檻處水流紊亂，排砂底孔未開啟時，進口底檻也受到機組發電水流的影響。例如，2001年3月，13#左、13#右排砂底孔進口檢修門底檻沖坑經過PBM聚合物混凝土鋪填沖坑的簡易修補后，在2001、2002年汛期，該兩孔并未開啟沖沙，但是在2003年4月的水下檢查時發現（該兩孔水下檢查前均開啟沖淤20分鐘），該兩孔進口沖坑修補面已全部沖失。這些現象表明：排砂底孔進口混凝土過流面磨損和沖坑的形成與排砂底孔開啟運行關系并不密切相關。

3沖坑簡易處理

2001年2月，葛洲壩電廠在基本查清了大江電廠排砂底孔進口檢修門底檻沖坑情況后，為了不影響當年的排砂底孔沖沙，由電廠潛水員施工，對其中坑深小于30cm的15個排砂底孔進口沖坑進行了簡易修補，主要采用PBM聚合物砂漿和963水下環氧砂漿修補材料水下無筋回填沖坑。

3.1修補方式及材料

開啟排砂底孔沖淤20分鐘，排去進口淤積物。

潛水員探摸沖坑，估測面積和深度，確定鋪填沖坑的修補量。

潛水員清理修補面(用鋼刷及清水刷洗)，水下接料，破料袋將修補材料注入沖坑，用戴手套的手拍打修補料，整平修補面；重復接料，注料，拍打，直至沖坑填滿。

修補材料：PBM聚合物鑄石砂漿及少量PBM聚合物混凝土共計14t,963水下環氧砂漿1t。

3.2修補效果

2002年初，簡易無筋鋪填修補的15個排砂底孔進口沖坑，其中大部分排砂底孔經歷了2001年、2002年汛期開啟運行的考驗。結合其他坑深大于30cm的14個排砂底孔進口沖坑處理工程，江蘇省海洋工程總公司分別在2002年2月～3月對8#右、19#左、21#左、21#右排砂底孔進口沖坑無筋回填的修補效果進行了檢測，在2003年2月～4月對14#左及13#、15#、16#、17#、18#左右排砂底孔進口沖坑無筋回填修補效果進行了檢測。檢測情況見表2。

表2的檢測結果表明：無筋回填修補的15個排砂底孔進口沖坑，經過汛期1～2次沖沙使用后，沖坑修補面5處已全部沖失，5處大部分沖失，5處基本上完好，此外，檢查發現部分沖坑修補面邊緣發生新的沖槽淺坑。這說明，無筋回填沖坑的簡易修補起不到沖坑修復效果和保護底檻的目的。

4沖坑處理設計及專業公司施工

沖坑處理設計委托國家電力公司華東勘測設計研究院進行，江蘇省海洋工程總公司承包了沖坑施工處理工程，對葛洲壩大江電廠8#左、19#右以及9#、10#、11#、12#、14#、20#的左右排砂底孔進口檢修門底檻共14處沖坑進行修補處理。水下處理方案及工程實施情況如下：

(1)水下檢查，分為排砂底孔進口底檻普查和沖坑測量。沖坑測量采用網格法，由潛水員在水下結合水下攝像，以30cm×30cm間隔對沖坑情況進行測量定位，確定沖坑位置及修補部位所需要的工程量。

(2)采用回彈儀對沖坑區底板進行原混凝土強度檢測。

(3)確定基坑開挖邊線和挖鑿處理。采用液壓切割、鎬鏟設備進行基坑邊界10cm深的直立面切鑿和坑內修鑿。

(4)基坑布設錨筋、鋼筋網片。沖坑范圍內深度大于15cm區域，設置25螺紋鋼錨筋，錨筋間距及孔深30cm，錨筋采用HK983錨固劑錨固，錨筋頂低于修補面3cm，鋼筋網片與錨筋和原混凝土內埋筋焊接連成整體。

(5)高壓水清洗基坑面，根據設計澆筑材料基坑分區、分倉，模板分片插設、相臨搭接，分倉一般不多于3個。

(6)澆筑水下環氧混凝土或PBM聚合物混凝土。根據基坑分倉澆筑用量,配合比試配，配料和拌料、袋裝料、傳遞到水下作業面,潛水員接料后破料袋將澆筑材料注入基坑、鋪平抹光，直至與原底板混凝土面銜接平整，清除底檻鋼板面殘留的澆筑料。

沖坑修補期間，作業區布置水下燈陣，水下攝像監控，監理（管理單位）工序簽證。

主要澆筑材料采用國家電力公司華東勘測設計研究院科研實驗廠生產HK963水下環氧樹脂和PBM聚合物，澆筑量28m3。

水下環氧混凝土由HK963水下環氧樹脂，配以干凈河沙、碎石制成。基本配方（重量比）：HK963A400kg、HK963B100kg、中粗沙450kg、碎石450kg、增韌劑25kg，水下環氧混凝土設計抗壓強度大于40MPa。

PBM聚合物混凝土由PBM-A、PBM-B聚酯樹脂、促進劑和引發劑與骨料拌和制成。基本配方（重量比）：PBM(A＋B)17%、中粗沙40%、碎石33%、促進劑0.25%、引發劑0.25%，PBM聚合物混凝土抗壓強度大于40MPa。葛洲壩電廠已使用PBM聚合物混凝土（砂漿）多年，實用表明PBM聚合物混凝土具有在常溫下或水中快速固化、自流平，固化后抗壓抗折強度高、粘結力強、抗沖耐磨性能好、特別適用于水下或潮濕狀態下的混凝土修補等。

4沖坑處理效果

葛洲壩大江電廠排砂底孔進口檢修門底檻沖坑處理工程由于需要大江電廠停機配合，前后經歷了兩個非汛期施工，2003年4月底竣工。為了做好葛洲壩大壩第二輪安全定期檢查準備，葛洲壩電廠委托青島太平洋海洋工程有限公司進行葛洲壩壩前進水口水下檢查。其中，在2003年12月～2004年1月抽查了14#右、20#左排砂底孔進口檢修門底檻及沖坑處理后使用效果。

江蘇省海洋工程總公司按照沖坑處理設計及水下處理方案，在2003年2月對14#右排砂底孔進口檢修門底檻沖坑進行了修補，在2002年2月對20#左排砂底孔進口檢修門底檻沖坑由進行了修補。

14#右排砂底孔進口沖坑修補后，2004年7月開啟運行了200小時。2003年12月水下檢查：14#右排砂底孔進口檢修門底檻完好，沖坑修補面未發現沖失現象。說明沖坑修補效果良好。

20#左排砂底孔進口沖坑修補后，2002年6月、2003年7月分別開啟運行了130小時、200小時。2004年1月水下檢查發現：修補面大部分沖失，坑底殘留有部分2002年2月修補的錨筋頭、鋼筋片網和PBM聚合物混凝土；當時修補時完好的底檻鋼板中段5m長扭曲變形，200mm寬、16mm厚的鋼板磨蝕最窄處僅剩80mm，底檻鋼板下的工字鋼也已磨損和變形。

20#左排砂底孔進口檢修門底檻沖坑修補面被沖失，在某種程度上反映了修補施工質量問題。據了解：沖坑修補施工時，由于停機配合和規定工期緊，基坑開挖邊線切割直立面及修鑿深度小于6cm；除了坑底深度大于15cm區域，沖坑周邊（約占沖坑開挖線內面積五分之三）未采取設置錨筋和鋼筋網片；澆筑水下環氧混凝土或PBM聚合物混凝土前，高壓水清洗基面也不徹底。此外，管理單位對修補質量未做水下驗收。

由于電廠機組發電、檢查條件限制，除了14#右、20#左在一年后檢查了修補效果外，8#左、14#左、19#右、20#右以及9#、10#、11#、12#、的左右排砂底孔進口檢修門底檻沖坑修補面未能實施檢查，其修補效果待查。

5結語

(1)葛洲壩大江電廠排砂底孔進口在機組進水等影響下、水流紊亂，底檻過流面受到沖蝕磨損，容易形成沖坑。

(2)采取PBM聚合物砂漿和963水下環氧砂漿澆筑材料簡易無筋鋪填沖坑，起不到修補效果。沖坑修補應采用有筋修補，專業公司施工。(3)沖坑修補確定合適開挖線、基坑直立面切邊深度宜大于10cm，基坑宜修鑿成深度大于10cm的漏斗狀，坑內應布設錨筋、滿鋪鋼筋網片與錨筋和原混凝土埋筋焊接成整體。澆筑基面必須清洗徹底。(4)PBM聚合物砂漿和963水下環氧砂漿是比較合適的水下沖坑澆筑材料。其設計配料強度可適當高于原混凝土強度。適當控制材料成本。(5)沖坑修補面應嚴格做到與周邊老混凝土面相平整，盡可能使新老過流面平順連接，避免產生新的水流阻力。(6)嚴格控制施工質量，宜聘請具有水下工程監理資質的單位進行質量控制。實施修補質量水下工序驗收。