刘家峡水电站泄水建筑物补强加固措施研究及应用
2008-01-22 14:11:58 来源：
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电力18讯： 摘 要：刘家峡水电站运行已30多年，泄水建筑物长期经受高速水流挟带泥沙的磨蚀，破坏严重。补强加固措施有：渠身洞身抹环氧砂浆、原钢衬板表面贴新钢板塞焊加固、水下施工采用旱地施工方法和潜水施工方法；并对闸门开启方式进行优化，取得了良好的效果。
1 概 述
刘家峡水电站1968年水库开始蓄水，1969年4月第一台机组发电，1974年12月电站全部建成。是我国自己设计，自己施工，自己制造设备，自己安装的第一座百万千瓦以上的大型水电站。
电站正常蓄水位1 735 m，死水位1 694 m，设计洪水位1 735 m时库容57亿m3。设计洪水标准为千年一遇洪水标准，校核洪水标准为可能最大的洪水。
黄河是一条多泥沙的河流，坝址多年平均含沙量3．12 kg／m3，泄水建筑物过水最大含沙量为961kg／m3。电站为高坝大库，运行30多年来，泄水建筑物受高速水流挟带泥沙的磨蚀破坏非常严重。
2 泄水建筑物简介
泄水建筑物包括：坝身泄水道、泄洪洞、溢洪道及排沙洞。分别布置在左右两岸，主要作用是泄洪、排沙、供水和放空水库等。
2．1 泄水道
位于主坝Ⅷ坝段内，进水口设检修门和工作门各一道。进水口为2孔3 m×9．8 m的矩形孔口，底坎高程1 665 m。出坝体后2洞合成一条宽8 m长191．5 m滑雪道式陡槽明渠，出口设有挑流鼻坎。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量1 488 m3／s，最大流 速35 m／s。
2．2 泄洪洞
位于主坝右侧，从右岸混凝土副坝下部穿过。进水口位于右岸副坝上游75 m处，底坎高程1 675m，全长529．5 m，出口采用扭曲型挑流鼻坎。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量2 140 m3／s，最大流速45 m／s。
2．3 溢洪道
位于河床右岸，是利用原黄河古河道开挖而成。
由首部3孔溢流堰、渠身段、连接段和尾部出口段组成。溢流堰左侧与右岸混凝土副坝相连，右侧与混凝土联接坝相接。堰顶高程1 715 m，溢洪道中心线与坝轴线正交，全长875 m。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量3 875 m3／s，最大流速30 m／s。
2．4 排沙洞
位于右岸，进水口设在1＃、2＃机组进水口前约50 m处，底坎高程1 665 m。排沙洞由有压段、闸门井、无压段及出口段组成，全长675．5 m。有压段从进口斜门开始到闸门井前，洞直径为3 m，长124m。闸门井为塔筒形式，内设检修门、工作门各一扇，工作门以下为明流无压段，呈直线型。出口采用水流平射消能型式。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量105 m3／s，最大流速30 m／s。
3 泄水建筑物磨蚀破坏补强加固措施研究及应用
3.1 泄水建筑物渠身及洞身的补强加固
由于含沙量大的高流速水流的冲刷，泄水建筑物渠身及洞身磨蚀破坏严重，对于抗冲耐磨材料，从80年代就进行了多次试验研究和探索；先后将硅粉砂浆、粉煤灰砂浆、刚玉砂浆、干硬性砂浆和环氧砂浆应用于工程实践中，经过验证，认为抗冲耐磨性能较好且施工方便的，是双组份环氧砂浆。
3．1．2 环氧砂浆的补强加固措施
根据磨蚀破坏的程度不同和部位不同，采取不同的施工措施：对于表面磨蚀部位，首先要对基面清理干净，涂抹环氧基液，待初凝时压抹不超过10mm厚的环氧砂浆，超过15 mm以上者，要分层抹压平光；对冲蚀深度较深，混凝土基面破坏的，要进行混凝土凿除，根据情况打锚筋，布钢筋网，然后浇筑高标号混凝土，预留出抹环氧砂浆10 mm的高度，待混凝土强度达到要求后，用环氧砂浆抹平压光；对弧面和曲面磨蚀破坏的部位，表面形状要严格控制，采用了定型轨固定的施工方法。首先根据曲面形状加工金属定型轨，用锚筋将定型轨固定在曲面上，使轨面与设计的弧面一致。在定型轨之间分层填抹环氧砂浆，并用直尺在定型轨上滑动检测，直到表面符合设计，最后拆除定型轨，填抹沟槽。这在泄水道进水口弧面修复中应用良好。
3．1．2 抹环氧砂浆的质量控制措施
在泄水建筑物内抹环氧砂浆，质量要求相当严格，在质量控制方面的做法是：
（1）环氧基液要有合格的出厂证明，到工地后要进行力学试验；
（2）环氧砂浆骨料为50目石英砂，200目石英粉，不含其它有害杂质；
（3）拌合时称料准确，并做好记录，拌合要均匀，为此设计了一种环氧砂浆拌合机，使用良好；
（4）被抹压的基面要求粗糙、干净、干燥，以提高粘接强度，基液涂刷要均匀，不含气泡，待初凝时，及时抹压环氧砂浆；
（5）冬季施工要保温，夏季要降温，使温度保持在15℃～25℃之间；
（6）施工时掌握好用料时间，超过有效时间的不得使用；
（7）施工人员要有责任感，并且技术熟练，电厂已培养了一批这方面的优秀施工人员；
根据现场取样测试的结果，双组份环氧砂浆抗压强度为：R3＝67．7 MPa，R28＝87．4 MPa，抗拉强度R28＝26．1 MPa，与混凝土粘接强度为R28＝4．4MPa，均达到设计技术要求。
3．2 闸门槽钢衬板的补强加固
3．2．1 排沙洞闸门槽钢衬板的补强加固
1 概 述
刘家峡水电站1968年水库开始蓄水，1969年4月第一台机组发电，1974年12月电站全部建成。是我国自己设计，自己施工，自己制造设备，自己安装的第一座百万千瓦以上的大型水电站。
电站正常蓄水位1 735 m，死水位1 694 m，设计洪水位1 735 m时库容57亿m3。设计洪水标准为千年一遇洪水标准，校核洪水标准为可能最大的洪水。
黄河是一条多泥沙的河流，坝址多年平均含沙量3．12 kg／m3，泄水建筑物过水最大含沙量为961kg／m3。电站为高坝大库，运行30多年来，泄水建筑物受高速水流挟带泥沙的磨蚀破坏非常严重。
2 泄水建筑物简介
泄水建筑物包括：坝身泄水道、泄洪洞、溢洪道及排沙洞。分别布置在左右两岸，主要作用是泄洪、排沙、供水和放空水库等。
2．1 泄水道
位于主坝Ⅷ坝段内，进水口设检修门和工作门各一道。进水口为2孔3 m×9．8 m的矩形孔口，底坎高程1 665 m。出坝体后2洞合成一条宽8 m长191．5 m滑雪道式陡槽明渠，出口设有挑流鼻坎。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量1 488 m3／s，最大流 速35 m／s。
2．2 泄洪洞
位于主坝右侧，从右岸混凝土副坝下部穿过。进水口位于右岸副坝上游75 m处，底坎高程1 675m，全长529．5 m，出口采用扭曲型挑流鼻坎。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量2 140 m3／s，最大流速45 m／s。
2．3 溢洪道
位于河床右岸，是利用原黄河古河道开挖而成。
由首部3孔溢流堰、渠身段、连接段和尾部出口段组成。溢流堰左侧与右岸混凝土副坝相连，右侧与混凝土联接坝相接。堰顶高程1 715 m，溢洪道中心线与坝轴线正交，全长875 m。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量3 875 m3／s，最大流速30 m／s。
2．4 排沙洞
位于右岸，进水口设在1＃、2＃机组进水口前约50 m处，底坎高程1 665 m。排沙洞由有压段、闸门井、无压段及出口段组成，全长675．5 m。有压段从进口斜门开始到闸门井前，洞直径为3 m，长124m。闸门井为塔筒形式，内设检修门、工作门各一扇，工作门以下为明流无压段，呈直线型。出口采用水流平射消能型式。正常蓄水位1 735 m时，最大泄量105 m3／s，最大流速30 m／s。
3 泄水建筑物磨蚀破坏补强加固措施研究及应用
3.1 泄水建筑物渠身及洞身的补强加固
由于含沙量大的高流速水流的冲刷，泄水建筑物渠身及洞身磨蚀破坏严重，对于抗冲耐磨材料，从80年代就进行了多次试验研究和探索；先后将硅粉砂浆、粉煤灰砂浆、刚玉砂浆、干硬性砂浆和环氧砂浆应用于工程实践中，经过验证，认为抗冲耐磨性能较好且施工方便的，是双组份环氧砂浆。
3．1．2 环氧砂浆的补强加固措施
根据磨蚀破坏的程度不同和部位不同，采取不同的施工措施：对于表面磨蚀部位，首先要对基面清理干净，涂抹环氧基液，待初凝时压抹不超过10mm厚的环氧砂浆，超过15 mm以上者，要分层抹压平光；对冲蚀深度较深，混凝土基面破坏的，要进行混凝土凿除，根据情况打锚筋，布钢筋网，然后浇筑高标号混凝土，预留出抹环氧砂浆10 mm的高度，待混凝土强度达到要求后，用环氧砂浆抹平压光；对弧面和曲面磨蚀破坏的部位，表面形状要严格控制，采用了定型轨固定的施工方法。首先根据曲面形状加工金属定型轨，用锚筋将定型轨固定在曲面上，使轨面与设计的弧面一致。在定型轨之间分层填抹环氧砂浆，并用直尺在定型轨上滑动检测，直到表面符合设计，最后拆除定型轨，填抹沟槽。这在泄水道进水口弧面修复中应用良好。
3．1．2 抹环氧砂浆的质量控制措施
在泄水建筑物内抹环氧砂浆，质量要求相当严格，在质量控制方面的做法是：
（1）环氧基液要有合格的出厂证明，到工地后要进行力学试验；
（2）环氧砂浆骨料为50目石英砂，200目石英粉，不含其它有害杂质；
（3）拌合时称料准确，并做好记录，拌合要均匀，为此设计了一种环氧砂浆拌合机，使用良好；
（4）被抹压的基面要求粗糙、干净、干燥，以提高粘接强度，基液涂刷要均匀，不含气泡，待初凝时，及时抹压环氧砂浆；
（5）冬季施工要保温，夏季要降温，使温度保持在15℃～25℃之间；
（6）施工时掌握好用料时间，超过有效时间的不得使用；
（7）施工人员要有责任感，并且技术熟练，电厂已培养了一批这方面的优秀施工人员；
根据现场取样测试的结果，双组份环氧砂浆抗压强度为：R3＝67．7 MPa，R28＝87．4 MPa，抗拉强度R28＝26．1 MPa，与混凝土粘接强度为R28＝4．4MPa，均达到设计技术要求。
3．2 闸门槽钢衬板的补强加固
3．2．1 排沙洞闸门槽钢衬板的补强加固
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