云峰水电站大坝加固设计与施工

牢固连接及大坝的整体性。主要部位锚筋布置方式见表 2。
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部位 溢流面 下游坝面 上游坝面
锚筋直径 Φ25 Φ22
Φ22
Φ22
表2 间排距（m）
1.2×0.3 梅花型布置
3.0×1.5 梅花型布置
1.5 梅花型布置
锚入深度(m) 1.5 2.5 2.5
说明
个别坝段锚筋间排 距为 0.9m，锚入深度
3.3 钢筋制作 钢筋在加工厂制做成型后汽车运至坝顶，利用运载平台吊运到工作面，人工绑扎焊接，除
保护层要求安装准确和与锚筋焊接牢固外，其它均按常规方法与要求进行。
3.4 模板工程 三次加固工程大面积施工主要使用了两种类型的模板，溢流面和下游挡水坝面采用的是液
压滑升模板，上游坝面和过木坝段在总结前二次施工经验的基础上改为可倾斜式悬臂定型模板。 闸墩、胸墙等部位采用的是钢木混合式定型和常规模板。
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云峰水电站大坝加固设计与施工
郭惠民 1 雷达 2 金宝双 2 陈国良 2 1.华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏宜兴，214205，hm_guo@eypspc.com 2.中国水利水电第六工程局,辽宁丹东,118002
摘要：云峰水电站是 20 世纪 60 年代在鸭绿江上修建的一座大型水电工程。电站大坝为宽缝式混凝 土重力坝，由挡水和溢流坝段等组成。大坝工程当时由朝方设计与施工。因电站所处区域年度温差 较大和坝体朝向影响，坝面混凝土受冻融作用、当时施工质量及技术水平所限，现今表层开裂、松 散、剥落、露筋等现象严重。为保证大坝安全运行和外观修复，从 20 世纪 80 年代起，先后进行了 溢流面和下游挡水坝段加固处理，现正进行上游坝面的加固施工。在加固施工中，采用无声破碎剂 进行大面积混凝土开挖、安装滑模或悬臂式模板浇筑各类混凝土的施工方法。先后克服和解决了施 工中发现的许多难题。历时多年的三次大坝加固处理，摸索出了一整套施工方法并积累了大量经验 与教训。 关键词：大坝加固；设计；施工；云峰电站
1985 年最先施工的溢流面混凝土浇筑是采用当时较为流行，特别是在溢流面施工中广为应 用的滑升式模板。该模板为组装式钢结构模板，其面板宽 1.3ｍ，长度可按不同坝段进行组拼。 模板滑升靠液压驱动，为确保安全，在坝顶安装 2 台 5T 卷扬机用钢丝绳挂住滑模，以防液压系 统失控。滑模轨道用型钢制成由锚筋角钢等支架固定，滑模后部挂抹面平台。因二期施工坝面 坡度与溢流面一至，故延续使用了滑模工艺。
同挡水坝段下游面
混凝土挖除 30cm，打系统锚筋, 铺设钢筋网，新浇 30cm 混凝土
先施工溢流面弧顶 起的直线段，后又进
行了反弧段处理
不包括过木坝段下 游坝面
坝顶面仅处理裂缝 及伸缩缝
设计在报告中进行了坝体应力分析与稳定计算，在此基础上提出了详细的施工技术要求、 水库运行要求、进度计划、概预算等。
20
25
20
20
10
20
10
说明 包括过木坝段
2.3.3 新浇混凝土 在锚筋、钢筋网全部安设完成后，设计要求重新浇筑混凝土，其主要部位混凝土设计标号
及厚度等要求见表 4。
部位 溢流面 下游坝面 上游坝面
标号 C30F300W8
表4 浇筑厚度（cm）
50
C20F200
60
C25F300W10
60
级配 三 二 二
Βιβλιοθήκη Baidu0.75m 过木坝段同上游坝
面 闸墩和胸墙部位锚
入深度 1.5m
2.3.2 钢筋网的设置 在所有加固的坝面上，设计均增设了钢筋网并与下部锚筋焊成一体，其主要部位钢筋布置
见表 3。
部位 溢流面 下游坝面 上游坝面 闸墩、胸墙
钢筋直径 Φ19 Φ16 Φ16
Φ16
Φ16＋Φ12
表3
间排距
保护层（cm）
30
2.2 老混凝土开挖 三次加固工程，设计对老混凝土开挖的要求基本上是一样，即首先要保证坝体结构的稳定，
要采用静态破碎技术进行施工，开挖不得破坏原坝体中的受力钢筋，对特殊部位要采取有效的 预防性保护措施，如有损坏须按原设计恢复。其次是施工要有准确的测量控制网点，开挖面起 伏差要求在±5cm 以内，以保证开挖轮廓符合设计要求。另外还提出老混凝土挖到要求深度后 局部存在骨料架空及风化破损处需做挖除处理，并与周边混凝土以 4：1 缓坡连接。设计要求承 包商施工前要上报技术方案，开挖前要做控制破碎试验，并明确了开挖渣料处理，安全施工以 及质量控制等具体规定。
然后用风镐、钎子、手锤等挖除混凝土的施工方法。在一期施工前也曾考虑用风镐、高能燃烧 剂等方法进行开挖，但实践证明用无声破碎剂的方法工艺简单、安全、经济且施工进度快、劳
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动强度小、对结构物无损害。
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牵引钢绳 钻孔平台
装无声破 碎剂平台
图 1 开挖平台示意图
开挖时每个坝面段设置二个工作平台（长×宽×高＝7.5×1.7×1.7m），重 0.5T。用固定 在坝顶的慢速 5T 卷扬机牵引，施工人员在可升降的平台上进行钻孔、装无声破碎剂、清除破碎 混凝土等工作。开挖施工工作平台如图 1 所示。平台数量多少根据工程进度配置，施工中最多 时曾配置 24 套。钻孔用手风钻进行，钻孔直径 40mm，钻孔深度 L＝0.95 设计孔深，保留 5cm 作保护层，在浇筑混凝土前清除。钻孔为下斜 30°。因原大坝浇筑所用预制混凝土模板中含有 钢筋网，按钢筋混凝土计算，并经实践证明有效的钻孔破碎参数见表 5。
1 工程概况
云峰水电站位于吉林省集安市青石镇，是中朝界河鸭绿江已开发的梯级电站中最上游一级。 枢纽工程由大坝、引水洞和发电厂房等组成，是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉、转运木材 等综合效益的混合式开发电站。
电站大坝为混凝土宽缝重力坝，由挡水坝段、过木坝段、中孔坝段和溢流坝段计 55 个坝段 组成，最大坝高 113.75m，坝顶长 828 m、宽 7 m，最大坝底宽 88.6 m，上游坝坡 1：0.2，下 游坝坡 1：0.63，坝顶高程 321.75 m，水库正常高蓄水位 318.75 m，死水位 281.75 m。大坝施 工除溢流坝段外均采用配式预制混凝土模板，其面板厚 30cm，肋板厚 50cm。大坝混凝土设计标 号为 200 号，使用 200-220 号水泥配制。电站主体工程于 1959 年 10 月开工，1965 年 3 月水库 蓄水，同年 9 月第一台机组发电，1967 年全部完工。电站工程由中朝双方合建，朝方负责大坝 设计与施工，引水系统与发电厂房由中方设计与施工，现全部由中方管理。
3.2 锚筋施工 锚筋施工在开挖结束后进行，先按设计要求进行测量放点，然后用手风钻钻孔，经过孔深
检测及吹孔后用注浆机注入 C20 水泥砂浆，人工插入锚筋。在砂浆未达到一定强度前不得敲击、 碰撞锚筋。砂浆由拌和站拌制，搅拌运输车运至坝顶后，由运载平台载手推车运至工作面。锚 筋施工利用开挖升降平台进行。
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控措施，另外还有恶劣的环境气候影响等。 水工大坝整体加固处理在我国还处于起步阶段。云峰大坝从上个世纪 80 年代起，分三期
历时 20 余年对暴露的坝面做了全面的处理，在施工中发现问题总结经验，并不断加以改进，可 以说整个加固处理也是一个不断摸索、总结、提高的过程。
2.1 大坝加固处理序次及要求 通过先后三期的加固处理，按着破坏程度及重要性，云峰大坝除坝顶外包括上游坝面死水
位下 1m 的范围在内，全部坝体均进行了处理，其中包括混凝土裂缝和坝段伸缩缝。各期工程处 理的部位及主要要求如表 1。
表1
施工期限
加固部位
处理要求
说明
Ⅰ期 Ⅱ期 Ⅲ期
21 个溢流坝段
挡水坝段下游面
坝体上游面 过木坝段下游面 溢流坝段闸墩及
胸墙
混凝土挖除 30cm，打系统锚筋, 铺设钢筋网，新浇 50cm 厚混凝 土 混凝土挖除 60cm，打系统锚筋, 铺设钢筋网，新浇 60cm 厚混凝 土
部位
上下游坝 面
下游坝面
钻孔直 径
（mm）
40
孔距 （cm）
排距 （cm）
表5 孔深/坝坡
比 （cm）
35
30
120/1:0
40
35
30 70/1:0.63
最小抵抗 线
（cm）
破碎剂加入 量
kg/m3
25
20~40
25
20~30
说明 包括过木坝面
溢流面
40
闸墩、胸 墙
40
30
25 70/1:0.63
对老混凝土中存在的裂缝，设计按所在部位和其缝隙的宽度、深度及长度预先做了分类， 并提出了具体处理方法。
2.3 加固要求 在老混凝土挖除后，大坝加固主要包括三个方面，即布置系统锚筋、铺设钢筋网、浇筑混
凝土。另外还包括上游坝面伸缩缝增设铜止水片、新老混凝土之间喷涂界面粘结剂等。
2.3.1 系统锚筋的设置 设计布置的系统锚筋，下部锚入老混凝土，上部与新设钢筋网相连，以增强新老混凝土的
在上游坝面施工中采用了如今广泛应用的定型产品――可倾斜式悬臂爬升模板。该模板为 定型组合式，是以前一个阶段施工的建筑物为主要支撑物，由下而上，经过装配提升就位→安 装固定→混凝土浇筑使用→拆除→清理修复→提升→再组装→再次使用的多次循环过程。
模板设计高度 3.15ｍ，单块宽度按工程需要分为 3ｍ、2ｍ两组，按坝段不同宽度由几个 单元块组成一个标准单元。其模板主要由模板面、预埋件、背楞、斜撑、支架和三层工作平台 组成。其特点是模板之间相连好、坝块及层面之间结合紧密、不需拉筋加固、混凝土表面光洁、 各部件标准制作通用性强、使用灵活、施工简便快速。
说明
不包括过木坝段 闸墩、胸墙部位浇筑厚度 30cm，标号为 C35F300W10
以上是设计对大坝加固的主要指标，此外，设计还在上游面坝段新浇混凝土伸缩缝中增设 了铜止水片及 GB 止水板，提出了新浇混凝土缺陷处理方法以及安全、质量、进度等控制要求。
3 加固施工方法
3.1 老混凝土开挖 三次施工中老混凝土开挖均采用同一方式进行，即从下而上分段分层用无声破碎剂破碎，
电站所在地区属大陆性气候，年内气温变化较大，冬季极端最低气温－42℃，夏季最高气 温 39.5℃，年平均气温 6.3℃。多年平均降水量 765.6mm。由于大坝呈近东西向布置，其下游 面朝南，故坝面混凝土一年内日照频次多，正负温度交替频繁变化大。
1981 年设计单位根据电厂的委托开始对大坝损坏情况进行调查分析，在此基础上分三次提 出了大坝加固处理方案。据此，1985-1990 年先对大坝溢流面进行了处理，2002-2004 年对大坝 下游挡水坝段进行了处理，现正进行 2005-2008 年的第三期大坝上游面死水位以上部份的处理。 在 1989-1992 年期间还曾对原定不做处理的溢流面反弧段进行了加固。
2 加固处理设计要求
云峰水电站大坝修建受当时建筑水平、质量管理和严寒气候等影响，在建后不到 20 年的 时间里大坝表面破损严重，主要表现为坝面混凝土大面积层状剥落，深度一般 20-30cm，最深 处达 40-50 cm，剥落面积占坝体表面积约 60%。钢筋外露、止水失效等现象到处可见。从坝体 表面声波测试调查及混凝土钻取岩芯试验结果看，混凝土强度及弹性模量均大大降低，下游面 深度 20-30cm 处混凝土强度现平均只有 150 号左右，弹性模量值为 21－34.6Gpa，以影响大坝 防渗及坝体应力，降低了大坝的使用寿命。从现有资料分析，设计认为坝面混凝土破坏原因主 要为：水泥标号不稳定，混凝土拌配水灰比控制不严，坍落度变化大，冬夏季施工时未采取温
30
25
20
30/1:0
30
20~40
该部位原预制模板为 20cm 厚
施工用北京产的 HSCA 型无声破碎剂，其分三种型号以适应不同温度环境，HSCA 具体型号 分类见表 6。
表6
型号类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
使用温度
25~35℃
10~25℃
0~15℃
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根据云峰的多年月平均气温，施工中 5~9 月份选用ⅠⅡ型破碎剂，其它月份选用Ⅲ型。为 保证破碎效果和速度，低温季节作业时，采用 40℃热水拌和Ⅲ型破碎剂，并在工作面搭岩棉被 保温棚，棚内设焦炭炉进行加热。破碎剂使用时在现场拌和，水灰比一般控制在 0.3~0.35，拌 和后要求 10 分钟内灌注完，灌前先用风管吹净钻孔，然后用漏斗灌入拌好的破碎剂。高温季节 施工时要注意灌后“冲孔”现象，施工人员应配戴防护镜等用品。灌入 10~24 小时发现混凝土 有裂缝后应进行洒水，以使裂缝随 HSCA 膨胀而增大开裂，灌入 2~3 天后开始撬挖（视气温情况 而定）。混凝土开挖破碎剂使用量见表 5，需说明的一般情况下混凝土中钢筋多、直径大时使用 量取大值。