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水電站應(yīng)用導(dǎo)管法水下澆筑不分散混凝土的實例

文檔作者：覃林濤文檔來源：湖北省長陽土家族自治縣水利水電局		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月02日
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２０１８ 年第２ 期
２０１８ Number ２
水電與新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
第３２ 卷
Vol．３２
DOI： １０．１３６２２／j．cnki．cn４２ -１８００／tv．１６７１ -３３５４．２０１８．０２．０１５
收稿日期：２０１８ -０１ -０３ 作者簡介：覃林濤，男，工程師，從事水電站施工監(jiān)督方面的工作。
水電站應(yīng)用導(dǎo)管法水下澆筑不分散混凝土的實例
覃林濤
（湖北省長陽土家族自治縣水利水電局，湖北宜昌 ４４３５００）
摘要：湖南省益陽市某水電站大壩上游弧門前有大面積沖刷坑，最深處達３ m，最淺處約０．６ m，存在比較嚴(yán)重的沖刷破
壞，通過應(yīng)用導(dǎo)管法水下澆筑不分散混凝土的方法對破壞區(qū)域進行補強加固，區(qū)域水力學(xué)條件大為改善，抗沖蝕能力明
顯提高，成功消除了危及大壩安全穩(wěn)定運行的重大隱患，確保了電站發(fā)電、防汛兩不誤。
關(guān)鍵詞：破損缺陷；絮凝劑；導(dǎo)管法；水下不分散混凝土
中圖分類號：TV７３ 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：１６７１ -３３５４（２０１８）０２ -００５８ -０５
Non-dispersible Underwater Concrete Construction by
Tremie Method in a Hydropower Station
QIN Lintao
（Changyang Tujia Autonomous County Water Conservancy and Hydropower Bureau， Yichang ４４３５００， China）
Abstract： In a hydropower station in Yiyang City of Hunan Province， large area scour damage is found in the dam body
before the radial gate with the maximum scour depth of ３ m and the minimum of ０．６ m．Then， the damaged area is repaired
using the non-dispersible underwater concrete．The tremie method is adopted for the underwater concrete construction．
After the treatment， the regional hydraulics conditions are greatly improved and the anti-scouring ability is
dramatically increased．The major risk that would affect the safe and stable operation of the dam is eliminated successfully．
Both the power generation and flood control requirements are satisfied． Key words： damage； flocculant； tremie method； non-dispersible underwater concrete
作者長期從事國內(nèi)外水庫大壩類水工建筑物的各
種水下病害檢查、維護、修補工作，前期已撰文介紹過
聚合物混凝土在水下修補工程中的應(yīng)用，如應(yīng)用吊罐
法水下澆筑HK -PBM -３ 聚合物混凝土、環(huán)氧混凝土
等。下面以湖南省益陽市某水電站水下修補工程為
例，介紹導(dǎo)管法水下澆筑不分散混凝土在水工建筑物
修補工程中的具體應(yīng)用。
１ 工程問題
該水電站位于湖南省資江下游的桃江縣，水庫正
常蓄水位５５．７ m，校核洪水位６５．６ m，正常蓄水位對
應(yīng)庫容為３ ４００ 萬m３ ，總庫容為９ ７００ 萬m３ ，日調(diào)節(jié)水
庫，裝機容量５５．５ MW，Ⅲ等。電站樞紐主要建筑物
由溢流壩（攔河壩）、河床式廠房、船閘、開關(guān)站及副壩
等組成。溢流壩布置于主河床，為混凝土重力壩，壩頂
高程為６６．３ m，壩頂長２６５．７ m，最大壩高２６．８ m，其
右岸設(shè)單級船閘。溢流壩段設(shè)置５ 扇１０ m ×９．５ m
（寬×高）與１８ 扇１０ m ×６．５ m（寬×高）表孔弧形閘
門。廠房布置于河床左側(cè)，總長１０２ m，與左岸臺地副
壩相接。副壩系粘土斜墻填碴混合土壩，壩頂長
９００．０ m，最大壩高９．３ m。
電站地基由沉積、淺變質(zhì)的古老巖層組成，為深
灰、灰綠色砂質(zhì)板巖，灰綠色泥質(zhì)板巖，粉砂巖，中薄
狀。１８ 號孔～２１ 號孔沖刷部位為青灰、灰綠色砂質(zhì)板
巖夾變質(zhì)粉砂巖區(qū)域。
某專業(yè)公司對大壩上、下游進行水下檢查和地形
測量，并經(jīng)潛水員水下摸測、錄像確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)上游１７ 號
～２１ 號弧門前有大面積的沖刷坑：沖刷坑位于１７ 號
～２１ 號孔弧門前，最近的距１８ 號孔與號１９ 孔弧門中
間橋墩約１．５ m，距２０ 號孔弧門約１０ m，坑最深處達
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覃林濤：水電站應(yīng)用導(dǎo)管法水下澆筑不分散混凝土的實例２０１８ 年２ 月
３ m，最低處約０．６ m。沖刷坑整體呈弧形，弧頂朝向
上游方向（見圖１）。
沖刷坑大致分布在：
１）１８ 號孔與１９ 號孔間閘墩位置的k０ ＋００７ ～
k０ ＋０１１、k０ ＋０１９ ～k０ ＋０２６ 兩處；
２）１９ 號孔及其與２０ 號孔間閘墩位置的k０ ＋０１５
～k０ ＋０２６ 處；
３）１９ 號孔與２０ 號孔間閘墩位置的k０ ＋０１７ ～
k０ ＋０２０ 處。
水下檢查還發(fā)現(xiàn)坑底有大量礫石堆積，礫石堆積
厚度在１ ～１．４ m 之間，主要為礫石和泥砂， 其中直徑
２０ ～４０ cm 的礫石約占６０％。
為確保電站水工建筑物的安全穩(wěn)定運行，需盡快
對１７ 號～２１ 號弧門上游水下沖刷區(qū)域進行混凝土回
填修補。
２ 確定方案
2．1 破壞成因
長期的水流沖刷磨蝕，是造成破損缺陷的主要原
因，特別是水流中摻混了大量石塊，加重了破壞程度。
圖1 水下沖刷坑示意圖
2．2 修補材料選擇
可用于水下修補的材料主要有兩類，一是聚合物
混凝土，二是水下不分散混凝土。聚合物混凝土的特
點是：強度高，抗沖耐磨性能好，能夠很好地與基層面
相結(jié)合；在水中抗分散性能強，能夠自流平、自密實，但
造價高。水下不分散混凝土的特點是：在水中具有較
強的抗分散性，能夠自流平、自密實，強度可調(diào)整，能夠
不低于原有的混凝土強度，造價低，但對施工工藝控制
要求高，適合大方量澆筑。經(jīng)過綜合對比分析，本工程
采用C２５ 水下不分散混凝土澆筑。
水下不分散混凝土是在普通混凝土拌合物中加入
絮凝劑，使水泥顆粒之間形成架橋結(jié)構(gòu)，增大了吸附
力，提高了粘性，抑制了骨料的沉降和離析，從而使混
凝土在水下硬化前獲得了一定程度的抗分散性，同時
也賦予普通混凝土適宜的流動性和滿意的施工性能。
從根本上解決了水下混凝土的抗分散性能、施工性能
和力學(xué)性能三者之間的矛盾，真正實現(xiàn)了水下混凝土
的自流平和自密實。
2．3 方案概述
清理沖刷坑基面，植入HRB３３５φ２５ 螺紋鋼，坑內(nèi)
澆筑水下不分散混凝土，回填混凝土頂面標(biāo)高為
４３．５ m，使新老混凝土連成整體，以提高結(jié)構(gòu)整體受
力性能（圖２）。
５９ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第２ 期
圖2 沖刷坑修補加固示意圖（單位：mm）
３ 施工步驟
3．1 復(fù)查測量
首先進行水下復(fù)查，確定潛水員出入水路線，對影
響工作和安全的障礙物做出標(biāo)識，確保潛水作業(yè)安全。
潛水員水下檢查沖刷坑破壞情況、測量范圍大小，遇有
新的破壞用水下測量工具測量其破壞尺寸，并做出具
體說明。
3．2 基坑處理
用吸泥系統(tǒng)與高壓水相接合的方式，把沖刷坑內(nèi)
淤積的礫石和淤泥清理出至待澆筑的沖坑遠處，防止
迴淤、倒流回基坑，確保清理后基坑內(nèi)無淤泥、石塊、混
凝土塊、渣屑和其它雜物。
使用液壓鏈鋸沿破損缺陷邊緣外５ cm 劃出切割
邊線，以保證將受損的混凝土徹底清除；切割深度在鋼
筋保護層范圍內(nèi)應(yīng)盡量深，以保證新澆混凝土有足夠
大的嵌固深度，但在切割和鑿除過程中不得擾動甚至
損及鋼筋；鑿除切割邊線以內(nèi)的破損混凝土，用以增加
新老混凝土的粘結(jié)力。
3．3 鋼筋布設(shè)
為了增強被澆筑沖刷坑內(nèi)新老混凝土的結(jié)合強
度，使之成為一個整體，在修補區(qū)域內(nèi)布設(shè)錨固筋。
１）鉆孔。潛水員在水下測量并確定錨筋孔的位
置，在４２．５ m 等高線之內(nèi)，按孔距２ m 布孔。潛水員
操控可以逐節(jié)接長鉆桿的風(fēng)動鉆進行鉆孔，孔深３ m，
孔徑φ３２ mm。錨筋長３．９ m，錨入基巖３．０ m，露出
河床０．９ m，鉆孔深度可視基巖地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整。
錨筋孔布置呈梅花型，鉆孔時從１７ 號深孔至２１ 號深
孔按序進行。深的沖坑區(qū)域內(nèi)布孔密度可適當(dāng)降低，
深坑四周適當(dāng)加大布孔密度。
２）植筋。清洗錨筋孔，然后采用灌漿機水下灌注
環(huán)氧錨固劑、埋設(shè)錨筋，錨入端開口，打入倒楔子，用以
增加抗拔力。每根錨筋的抗拔力要達到２０ kN 以上。
完成后采用水下錄像檢查和現(xiàn)場抽樣抗拔試驗相結(jié)合
的驗收方式。驗收結(jié)果：錨筋數(shù)量、間距、錨固深度和
垂直度滿足要求，每倉抽樣２ 根作抗拔試驗，結(jié)果顯示
抗拔力均遠大于２０ kN／根。
3．4 模板制安
立模部位經(jīng)水下地形測量以后，根據(jù)底部形狀現(xiàn)
場制作完成隨形木模板，其結(jié)構(gòu)和尺寸便于拼接，以便
組裝。潛水員水下清理模板安裝線上的障礙，以便隨
形模板能和基巖緊密的結(jié)合。安裝隨形模板的同時進
行封底堵漏，防止漏漿。所有模板由HRB３３５φ２５ 的
螺紋鋼鋼筋網(wǎng)固定，將回填區(qū)域劃分為三個澆筑倉
（見圖１）。
3．5 水下不分散混凝土制備與澆筑
３．５．１ 制備
根據(jù)最優(yōu)配合比確定原材料：水泥標(biāo)號４２５ 號，不
分散劑選用中國石油集團工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的
UWB -Ⅱ絮凝劑，砂料為中粗砂，卵石粒徑控制在５ ～
２０ mm 之間。
混凝土生產(chǎn)：在四臺０．５ m３ 的強制攪拌機上連續(xù)
拌制，確保澆筑強度不小于１２０ m３ ／d。
３．５．２ 導(dǎo)管法介紹
采用隔水埋管導(dǎo)管法澆筑（通常稱之為“導(dǎo)管
法”），其核心技術(shù)是兩道隔水措施：浮球隔水和軟袖
管隔水，見圖３。
澆筑工序是：在澆筑第一罐混凝土之前，把軟質(zhì)浮
力圓球投入導(dǎo)管，球浮在水面上；然后通過溜槽把已拌
制好的混凝土倒入漏斗，再進入到導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)的混凝
土與浮球接觸，并推動浮球下移。在下移的過程中，混
凝土由于有球體的隔離，不與水接觸，不受下降時水流
的沖刷。混凝土中的膠粘顆粒不受損失，有利于水下
混凝土強度的提高。浮球到底后，經(jīng)過軟袖管出水，由
于軟袖管是平臥在基巖上，混凝土不會全部流出，而會
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覃林濤：水電站應(yīng)用導(dǎo)管法水下澆筑不分散混凝土的實例２０１８ 年２ 月
把不滲水的軟袖管封堵住，外水不會進入，導(dǎo)管內(nèi)是無
水的。用同樣的方法進行浮球澆筑２ ～３ 次，以保證不
滲水的軟袖管始終埋在混凝土里，形成埋管澆筑。即
便是不連續(xù)澆筑，中間停澆時，導(dǎo)管內(nèi)也不會進水。這
種澆筑方法，既避免了水流對流態(tài)混凝土的沖洗，也避
免了澆筑過程中的骨料離析。
圖3 隔水埋管澆筑法示意圖
３．５．３ 澆筑
澆筑順序為３ 號、２ 號、１ 號倉。首先把軟質(zhì)浮球
投入導(dǎo)管，再把拌制好的混凝土通過溜槽、漏斗連續(xù)倒
入導(dǎo)管，混凝土推動浮球進入澆筑面。浮球浮出水面
后，可打撈起來重復(fù)使用。在頭三罐混凝土澆筑過程
中，由潛水員在水下檢查、控制，確保軟袖管埋入流態(tài)
混凝土中，達到導(dǎo)管不返水的要求。在澆筑過程中，如
發(fā)現(xiàn)管內(nèi)進水，一定要用浮球法再澆筑，同時檢查軟袖
管，確保其始終處于埋沒狀態(tài)。水下不分散混凝土實
際澆筑量為８５０ m３ 左右。
３．５．４ 過程控制
過程控制是決定導(dǎo)管法成敗的關(guān)鍵，尤其要注意
以下四方面：
１）混凝土倒入。應(yīng)使它徐緩傾倒進承料漏斗，防
止不連續(xù)倒入，致使導(dǎo)管內(nèi)空氣不能及時排除而產(chǎn)生
高壓氣囊。
２）隨時檢查。在澆筑過程中要隨時作水上和水
下檢查。水上檢查導(dǎo)管壁是否由于混凝土漿粘掛在管
壁上形成堵塞，并及時疏通；水下檢查軟袖管是否始終
處于埋沒狀態(tài)，并及時調(diào)整使它埋沒好；同時檢查模板
漏漿情況，及時封底堵漏
３）導(dǎo)管調(diào)節(jié)。隨著水下混凝土澆筑面的上升，超
過１．０ m 時，要拆除導(dǎo)管上部的導(dǎo)管節(jié)（使用手拉葫
蘆輔助）。在拆除過程中，避免軟袖管和導(dǎo)管內(nèi)進水，
如果進水，應(yīng)該再用浮球法澆筑二次。澆筑面上升小
于１．０ m 時，軟袖管可以自行調(diào)整，無需提升導(dǎo)管。
４）移澆筑船。在澆筑過程中，要隨時移動澆筑
船，使它的位置始終處于澆筑面上方。澆筑半徑（自
流平半徑）控制在２．５ m。
３．５．５ 取樣
混凝土澆筑過程中機口取樣每倉取２ 組樣，每組
做３ 個試塊；混凝土澆筑完成２８ d 后，鉆芯取樣，每倉
取兩個，共６ 個，芯樣孔徑為１５５ mm，深度至河床基巖
以下０．５ m，鉆芯取樣完成后對鉆孔采用C２５ 混凝土
進行封堵。
３．５．６ 驗收
采取水下測量、現(xiàn)場取樣和鉆芯取樣綜合驗收方
式。現(xiàn)場驗收結(jié)果為：水下不分散混凝土澆筑倉面平
整，高差小于５０ cm，倉面高程達到設(shè)計要求（圖４）。
機口取樣、鉆芯取樣均達到設(shè)計強度，混凝土密實度、
透水率滿足規(guī)范要求，軸心抗壓強度大于２５０ kN／cm２ 。
圖4 水下不分散混凝土澆筑24 h 后
６１ 萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第２ 期
４ 結(jié) 語
本次水下修補工程對電站１７ 號～２１ 號弧門上游
水下沖刷坑進行了混凝土回填修補，已作回填防護處
理的區(qū)域其水力學(xué)條件大為改善，抗沖蝕能力明顯提
高，成功消除了危及大壩安全穩(wěn)定運行的重大隱患，有
效確保了電站發(fā)電、防汛兩不誤。施工過程中，隔水埋
管導(dǎo)管法澆筑充分體現(xiàn)了其優(yōu)越性，與傳統(tǒng)的吊罐法
相比，在保證澆筑質(zhì)量的前提下，大大提高了澆筑
效率。
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（上接第３６ 頁）
的氣壓下也可以產(chǎn)生輝光。實驗分別是在０．０３ Pa、
０．０４ Pa 和０．０５ Pa 下進行。在實驗過程中，氣壓的微
小改變就可能影響實驗結(jié)果。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖
７ 中，０．０４ Pa 和０．０３ Pa 下的兩條曲線之間的區(qū)別不
是很明顯，可能是在實驗的過程中，氣壓發(fā)生了很微小
的改變，但是這種微小的改變并沒有影響到實驗結(jié)論，
故實驗數(shù)據(jù)還是可信的。
６ 結(jié) 語
通過本次實驗，對數(shù)據(jù)進行整理和分析后，得到以
下結(jié)論。
１）在高真空磁場條件下，直流輝光放電區(qū)伏安特
性曲線的變化特性和沒有磁場條件下的大致相同。
２）在一個極板加上永磁體的情況下，輝光等離子
體的電子密度隨氣壓的升高而升高，隨輝光電流的升
高而升高。
３）外加磁場后，真空室內(nèi)在很低的氣壓下也可產(chǎn)
生輝光，故這種磁場的加入降低了真空滅弧室的絕緣
性能。
４）磁場下電子密度隨氣壓變化的特性可以用來
進行真空度的檢測。
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