摘要：葛洲壩樞紐泄水過流面包括泄水閘、沖沙閘的閘孔側墻與底板以及消力池護坦板，機組進水口以及蝸殼與尾水管，排沙底孔、排沙洞、排漂孔進水口以及流道等。這些建筑物的混凝土泄水過流面長年在水流的沖蝕下受到磨損，需要周期性檢修。葛洲壩樞紐泄水過流面采用了多種檢修方法和混凝土修補技術，修補效果良好。
關鍵詞：葛洲壩樞紐； 過流面； 磨損； 檢修方法； 修補效果
中圖分類號：TV 698 文獻標識碼：B
1 概述
長江葛洲壩水利樞紐是以通航、發電為主要效益的大型徑流式水利工程，也是三峽水利樞紐的反調節水庫和航運梯級，由泄水閘，電站廠房和船閘等建筑物組成，包含的兩座河床式電站總裝機容量2715MW。每年汛期，上游洪水帶有大量泥沙過壩，入庫洪水年平均含沙量1.2kg/m3，年均輸沙量達5.3億t。樞紐泄水建筑物經過汛期排洪、排沙和發電過流，過水面均受到不同程度的磨損，需要周期性檢查和修補。葛洲壩樞紐泄水過流面包括泄水閘、沖沙閘的閘孔側墻與底板以及消力池護坦板，機組進水口以及蝸殼與尾水管，排沙底孔、排沙洞、排漂孔進水口以及流道等。其中，二江泄水閘是主要泄水建筑物，每年過流時間長達5～6個月，大江泄洪沖沙閘過流時間長的也有一個多月。此外，為了減輕泥沙對發電機組的磨損，電站排沙底孔及排沙洞每年汛期交替排沙運行。這些泄水建筑物，汛期泄洪時間長、過流流速大（泄水、沖沙閘室流速達10～22m/s）、過流含沙量也較高，在樞紐運行初期以及三峽工程施工期，大量的圍堰填料和工程棄渣在洪水水流挾持下通過葛洲壩樞紐，因此過水面的磨蝕程度基本上與水流含沙量和過流時間的長短相關。一般情況下，每隔5～6年要對泄水建筑物過流面進行一次全面檢修。
2 混凝土過流面檢修方法
葛洲壩樞紐二江泄水閘為27孔開敞式平底閘，閘孔凈寬12m，閘底板長65m，閘室后接長180m的一級消力池護坦，護坦內設有二道縱向隔墻，使護坦分成左、中、右3個區，閘孔底板以及消力池護坦板長年淹沒水下。二江泄水閘作為主要泄水排沙建筑物，每隔5年需要對全部閘孔及護坦板水平段輪修一遍。檢修方法采用專用工程船、浮式檢修門、壓氣排水式沉柜、水下電視等檢修設備以及潛水檢修等。
2.1 工程船
葛電1#工程船專用于二江泄水閘過流面檢修。它設有供水、供電、供氣系統和修補材料儲存拌和系統，備有25t起重吊車，可以在作業區內自航移動。工程船體兩側設有升降式樁腳穩定船體，船甲板和船舷可以吊裝、攜帶、移動和?？扛∈綑z修門、壓氣排水式沉柜、潛水設備等。該工程船實際上是多功能水上檢修平臺。
2.2 浮式檢修門
專用于二江泄水閘單孔閘室檢修的0#、1#、2#浮式檢修門，采用門艙內充水沉底、排水上浮移位操作方式，按需要分別就位于邊墩、縫墩或中墩閘孔的下游口門處擋水。0#、1#浮式檢修門擋水作業高度2.5～6m，2#浮式檢修門擋水作業高度2.4～4.6m。浮式檢修門就位于閘孔下游口門后，由浮式檢修門兩側及底側橡膠止水，借助閘孔弧門拉力定位，使水封貼緊閘墩止水鋼板和底板，由檢修門水泵向門艙充水和抽干閘室余水。閘室余水抽干后，松開弧門拉力，浮式檢修門在自重和水頭壓力作用下頂緊閘墩起到擋水作用，達到閘室檢修無水作業條件。
2.3 壓氣排水式沉柜
壓氣排水式沉柜適用于水深2.5～12.5m的水下平面或坡度1∶12的斜面混凝土底板檢修，實際上常用于護坦板水平段底板檢修。它由盾首、浮箱、通道、平盾底和斜盾底、配重塊以及供水、供電、供風設施等部件組成。沉柜底部為開敞式，根據檢修部位以及水深條件分別裝配不同長度的通道和底倉。壓氣排水式沉柜壓氣擠水，充氣壓力略大于檢修區水壓，形成檢修艙無水空間，以便檢修艙內罩底板混凝土面。沉柜轉位時，通過浮箱排水增大沉柜自浮力，使盾底稍微抬離混凝土底板，由檢修倉內人力或外力推移。壓氣排水式沉柜在消力池護坦水平段檢修水深3～5m，檢修艙氣壓小于0.05MPa。沉柜檢修艙覆罩面積為30m2，每年冬季護坦檢修約80點次，基本滿足二江泄水閘周期性檢修和安全運行需要。但是，壓氣排水式沉柜已不適用消力池底部及斜坡段的混凝土底板檢修。目前，正進行新型沉柜方案設計。
2.4 水下電視
SXD-IVB水下電視設備是中國船舶重工集團公司研制，采用大屏幕液晶監視器、熱升華視頻打印機及視頻無線傳輸技術，通過水下攝像機觀察、存儲和打印水下被檢設備或部位的圖像，作業深度可達到80m。水下攝像機可以懸吊進入水中檢查或由潛水員水下手持檢查。二江泄水閘護坦水下049縫檢查和大江電廠機組排沙底孔上游檢修門槽底檻混凝土檢修采用SXD-IVB水下電視觀察和工程檢查都取得令人滿意的效果。
2.5 潛水檢修
葛洲壩樞紐擋水前沿水下混凝土結構檢修，進水口檢修閘門、工作閘門的故障處理，檢修門槽水下混凝土檢修，消力池護坦板檢查修補以及其他水下檢修設備難以完成的工程，采取潛水作業。潛水員潛入水下，結合水下電視，觀察和探摸被檢部位破損情況，使用水下不分散混凝土、PBM聚合物混凝土或水下環氧等混凝土修補材料修補作業。
葛洲壩水工建筑物過流面檢修曾使用鋼疊梁門擋水、土石大圍堰全面檢修、RCV-225遙控深潛器等。使用鋼疊梁門擋水時吊裝和擋水堵漏比較困難，現已不使用。1985年底至1986年春，葛洲壩二江泄水閘護坦曾采取了土石大圍堰全面檢修方法，利用大江工程圍堰拆除的棄料，在二江泄水閘護坦周邊筑起長600多米、高10多米的土石圍堰，使圍堰內形成約17萬m2的無水檢修區域，達到全面檢查消力池護坦的運行和磨損情況，徹底修復缺陷的效果。土石大圍堰檢修通常情況下不采用。
此外，水工建筑物水下檢查使用過RCV-225遙控深潛器。RCV-225遙控深潛器是從美國引進的水下檢測設備，它包括潛水攝像器、收發操縱架、控制臺、監視器等設備，具有體積小、使用操作靈便特點。深潛器自帶的水下照明和攝像機可以提供清水中10米以內的清晰圖像，可以對水下檢查的物體進行測量、照相、錄像，其水下檢測深度范圍為幾米至數百米。RCV-225遙控深潛器使用條件也受到一些環境限制，例如：渾水中的檢測效果差，檢測水域流速要小于1.25m/s,被檢測物體表面不能覆蓋有淤泥等沉淀物，潛水攝像器在動水中入水或水中轉向控制欠靈活，該設備實際檢修工程中已不使用。
3 混凝土過流面修補方法
3.1 修補標準
3.1.1 混凝土面磨損修補
（1）磨損深度小于1cm，混凝土小骨料有磨蝕、中骨料少量出露、但表面砂漿層大部分未沖蝕的一般不修補。
（2）磨損深度1～3cm，混凝土表面砂漿層及小骨料大部分磨蝕、中骨料部分出露，根據磨損面的形狀和大小采用環氧砂漿或鑄石砂漿等修補材料修補。
（3）磨損深度大于3cm，混凝土中骨料大部分出露、磨損面起伏不平、有沖溝槽，應采取表面處理和結構加固措施，采用高強度混凝土或鑄石砂漿等修補材料修補。水下修補材料采用水下不分散混凝土、PBM聚合物混凝土或水下環氧混凝土等。
3.1.2 混凝土分縫磨損修補
（1）分縫面磨損深度小于1cm的不處理。
（2）分縫面磨損深度大于1cm的作局部修補處理，分縫面磨損深度大于2cm以及周邊混凝土面已有較大面積磨損的須作基面修補及分縫面復原修補。
3.1.3 橡膠帶隔離伸縮縫的磨損修補
（1）伸縮縫上橡膠帶磨損深度小于1cm的一般不修補。
（2）伸縮縫上橡膠帶磨損深度大于1cm的，須進行縫面復原修補以及橡膠帶填補修整。
以上磨損面修補時，修補面應壓實、抹光，修補面與周邊混凝土基面要平順連接，修補面升跌坎不得大于0.5cm，對超過0.5cm的升跌坎宜修補成1∶20的緩坡。
3.2 主要修補材料和修補方法
（1）高強度抗沖耐磨混凝土
高強度抗沖耐磨混凝土采用525#純熟大壩水泥、河砂、0.5～2cm的骨料、水、外加FDN減水劑拌和而成，混凝土標號可達C50以上，有較好的抗沖磨能力，主要用于沖蝕磨損深度大于5cm、磨損面積較大的混凝土過流面的修補。
（2）水泥鑄石砂漿
水泥鑄石砂漿采用525#純熟大壩水泥、輝綠巖鑄石砂、水、外加一定量減水劑，拌制后堆放一段時間后再使用的干硬性水泥砂漿，具有很好的抗沖磨能力，主要用于磨損深度2～5cm、磨損面積較大的過流底板面或磨損深度大于5cm的局部坑槽修補。在閘室抽干、修補大面積底板磨損面時，采用水泥鑄石砂漿修補其水泥、砂、鑄石的配合比為1∶1∶2，并摻入適量緩凝減水劑。在沉柜內作底板修補或低洼磨損面修補時采用水泥鑄石砂漿修補，為了加快砂漿初凝，防止滲水影響，鑄石砂漿中可加入2%重量比的SH外摻劑。
（3）環氧砂漿
由環氧樹脂、稀釋劑、增韌劑、固化劑、偶聯劑以及石英砂、鑄石砂、金剛砂或河砂等惰性填料（根據修補部位選用）配制而成。環氧砂漿與混凝土面有很高的粘結強度和優良的抗沖耐磨性能，主要用于流速較大的過流面修補。例如：泄水閘、沖沙閘閘室的側墻和底板，閘門槽及底檻，機組蝸殼以及尾水管過流面上的局部沖坑、溝槽或分縫磨損可采用環氧砂漿修補。環氧砂漿配方見表1。
（4）水下環氧混凝土
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?；九浞剑ㄖ亓勘龋篐K963A400kg、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。
（5）PBM聚合物混凝土
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。葛洲壩樞紐過流面檢修工程已多次使用PBM聚合物混凝土（砂漿），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、抗沖耐磨性能好等、特別適用于水下或潮濕狀態下的混凝土面修補。
（6）環氧橡皮粉膠泥
環氧橡皮粉膠泥由環氧樹脂、稀釋劑、固化劑、偶聯劑、增塑劑、彈性和惰性填料拌制而成，是一種彈性好、強度也比較高的柔性材料，主要用于混凝土的伸縮軟縫修補。環氧橡皮粉膠泥配方見表2。
4 過流破損面形成原因、修補工藝及修補效果
4.1 過流面破壞形態及原因
4.1.1 均勻型磨損
泄水閘、沖沙閘的閘室底板及側墻底部、消力池護坦底板等這些混凝土過流面在洪水推移質和挾沙水流的長期沖磨下，通常的破壞形態是均勻磨損，磨損結果使混凝土的中、粗骨料出露，或修補面（主要是鑄石砂漿修補層）的均勻磨損剝離，磨損面上有零星的水流向溝槽。運行檢修表明：泄水閘、沖沙閘過流面400#抗沖耐磨混凝土有良好的抗破損性能，鑄石砂漿修補層抗沖耐磨性能也很好，這些過流面在水流沖磨下，通常形成均勻磨損
4.1.2 溝槽型磨損剝蝕
溝槽型磨損剝蝕主要發生在消力池護坦板水平段、斜坡段澆筑分塊縫及伸縮縫上，在弧門側止水及底止水破損射流處，新老混凝土接觸面或不同的修補材料界面上也會發生。溝槽型磨損剝蝕使沿縫沿界面沖磨成V型槽，槽深可達數十毫米。
4.1.3 成塊狀剝離
在修補過的過流面上，因修補材料與老混凝土面結合不牢，在過流水沖擊下，修補材料沿結合面成塊狀剝離。主要原因是修補材料選擇不當，材料配制不合適，特別是修補界面工藝處理質量問題所致。
4.1.4 沖坑狀破損
沖坑狀破損主要發生在機組排沙底孔上游檢修閘門底檻前后。大江機組排沙底孔每年汛期開啟排沙，近幾年水下檢查時發現，極大多數排沙底孔檢修閘門底檻和周邊混凝土底板有沖坑，坑深有達數十厘米的，部分底檻鋼板磨損。排沙底孔進水口流速4～5m/s，不屬于高速水流區，底檻前沿2m處設置有縱向（與壩軸線平行）的底板軟縫，但軟縫基本上完好。
沖坑狀破損的原因主要有以下幾點：
（1）大江電站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#機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）大江電站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形成的可能性。
（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；但是，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#機左、13#機右排砂底孔進口檢修門底檻沖坑經過PBM聚合物混凝土鋪填的簡易修補后，在2001年、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。
4.2 過流面修補工藝
4.2.1 無水條件下的修補工藝
（1）除去修補面上的疏松物質和充填物，打毛基面，修補面邊緣鑿成垂面，基面清洗、排凈積水、用風槍吹干。
（2）根據所選修補材料種類對修補面打底，涂刷界面處理劑。使用水泥類修補材料的，例如水泥混凝土、聚合物水泥混凝土等，修補前須在修補面上均勻地涂刷薄層水泥凈漿或聚合物乳液水泥凈漿作粘結劑，然后再填補混凝土。使用環氧類修補材料的，填補前應在修補面上先均勻地涂刷一層環氧基液。
（3）修補面填補水泥混凝土的，用平板震搗器震搗密實，稍后抹平表面，終凝后養護。修補面填補鑄石砂漿的須分層（3～5cm）鋪料震實、抹壓平整，數小時后用濕草袋養護。修補面填補環氧砂漿的應分層（每層約2cm）覆蓋，每層要反復抹壓，補完后數小時方可進水。縱橫縫上填充修補材料時必須用硬紙板導縫。水下修補面澆筑PBM聚合物混凝土的，修補面應徹底清除淤物，有條件的壓水沖洗干凈，以利修補材料與基面的結合。
4.2.2 水下（進水口）過流面修補
（1）無筋簡易修補
開啟閘孔沖淤，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。
（2）有筋方案修補
①水下檢查，分為過流面普查和沖坑測量。沖坑測量采用網格法，由潛水員在水下結合水下攝像，以合適間隔（20cm～30cm）對沖坑進行縱橫深測量定位，確定沖坑位置及修補面所需要的工程量。
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，錨筋頂應低于修補面3cm，鋼筋網片與錨筋以及原混凝土內埋筋焊接連成整體。
⑤高壓水清洗基坑面，根據澆筑材料作基坑分區、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、袋裝澆筑料、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接合平整，清除殘余的澆筑料。
沖坑修補期間，宜在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。
4.3 修補效果
(1)泄水、沖沙閘的閘室及消力池護坦過流面使用的二級配400#抗沖耐磨混凝土，其抗沖耐磨性能很好，經過多年的汛期高速水流（10～20m/s）沖磨，過流面呈均勻磨損，通常僅磨損出露中、小骨料。在過流面混凝土普遍磨損深度3～5cm時，采用鑄石砂漿均勻修補，利用鑄石骨料的耐磨特性，抵抗推移質及懸移質的沖磨破壞，其修補效果優于400#抗沖耐磨混凝土，而且鑄石砂漿成本較低（成本為環氧砂漿的1/8），修補后，可以滿足4～5年以上檢修周期的抗沖耐磨修補效果。
(2)在泄水、沖沙閘的閘室側墻下部、閘底板、門槽、底檻、消力池護坦等部位的高速水流區，過流面上局部沖坑、孔洞、溝槽、分縫面等的修補，通常采用環氧砂漿。以石英砂或鑄石砂為骨料的環氧砂漿強度高，韌性好，與老混凝土面有很高的粘結強度，其修補面經久耐磨，具有很好的抗沖磨強度，抗沖耐磨性能優于400#混凝土和鑄石砂漿。但是環氧砂漿成本較高，一般用作小范圍修補比較合適，其修補效果完全滿足檢修周期需要。
(3)PBM聚合物混凝土骨料大多采用鑄石砂，其性能適宜于水下或潮濕狀態下的混凝土修補，通常用作在水下進行小范圍混凝土破損面的修補。
水下修補使用PBM聚合物砂漿和963水下環氧砂漿澆筑材料，如采取無筋簡易鋪填沖坑，一般起不到好的修補效果。
水下混凝土面修補，特別是較大的水流速區混凝土底板沖坑應采用有筋修補，水下專業施工隊伍施工。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、滿鋪的鋼筋網片應與錨筋及原混凝土埋筋焊接連成整體，澆筑基面必須清洗徹底。水下工程嚴格控制施工質量，宜聘請具有水下工程監理資質的單位進行質量控制，實施修補質量的水下工序驗收。
(4)泄水、沖沙閘的弧門面板底緣、底檻及側軌等金屬表面的高速水流過流部位，采用環氧金剛砂漿修補封閉，其抗沖耐磨蝕效果很好。環氧金剛砂漿由環氧樹脂、稀釋劑、增韌劑、固化劑、偶聯劑以及鑄石粉、金剛砂配制而成，具有優良的抗沖磨性能，高速過流部位金屬表面采用環氧金剛砂漿修補，修補面可以承受長期的高速挾沙水流沖磨，能夠很好的保護水下金屬面不受損害，其檢修周期可以達到8～10年。
