吳天祥

（新疆新華水電投資股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830063）

?

水電站發(fā)電引水渠凍脹處理工藝

吳天祥

（新疆新華水電投資股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830063）

［摘 要］新疆冬季運(yùn)行渠道凍脹是較為普遍的問題，文章分析了小山口二級(jí)水電站發(fā)電引水渠道的凍脹原因、渠道凍脹特點(diǎn)及處理實(shí)施的工藝、方法。得出工程處理關(guān)鍵是針對(duì)引起凍脹的本源——凍脹土進(jìn)行了挖除換填，才從根本上解決了問題；另一方面要加強(qiáng)渠道的科學(xué)管理,科學(xué)調(diào)度運(yùn)行，不能驟降渠道水位。

［關(guān)鍵詞］引水渠;凍脹;施工工藝

1　工程概況

小山口二級(jí)水電站位于巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)的開都河下游和靜縣境內(nèi)，小山口電站下游7.5 km處，小山口二級(jí)水電站為無壓引水式電站，利用小山口電站尾水發(fā)電。樞紐主要建筑物有引水閘、退水閘、引水渠道、前池、溢流堰及泄水道、壓力管道、廠房、尾水渠等。工程總投資47 012.13萬元，電站裝機(jī)容量3×16.5 MW，建設(shè)工期26個(gè)月。工程于2010年5月開工，2013年11月投產(chǎn)發(fā)電。

電站引水渠總長6 096 m，為非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，渠道防滲采用現(xiàn)澆砼板加復(fù)合土工膜防滲形式，渠底、渠坡為10 cm的C20混凝土襯砌。渠基為泥質(zhì)砂巖和泥巖的渠段可能發(fā)生凍脹破壞，對(duì)該類渠道抗凍脹設(shè)計(jì)采用兩種方案，0+062.5～0+ 700段采用換填1.0 m的砂礫石保溫，2+350～4+ 350段采用10 cm厚保溫苯板保溫防護(hù)。

2　凍脹原因分析

2.1事件經(jīng)過

由于上游電站尾水清淤，導(dǎo)致開都河河道斷流。2014年3月2日電站被迫停機(jī)，引水渠道水位逐漸降低。3月11日運(yùn)行人員在渠道巡視過程中，發(fā)現(xiàn)渠道部分樁號(hào)混凝土面板出現(xiàn)凸起和凹陷現(xiàn)象。為保證小山口二級(jí)水電站工程水工建筑物的安全運(yùn)行，按盡量減少問題渠板的處理范圍和對(duì)粉土基礎(chǔ)混凝土板采取保溫處理措施原則，經(jīng)多方案比較論證提出永久處理方案。

2.2原因分析

小山口二級(jí)水電站引水渠道混凝土襯砌板凍脹破壞，其原因主要是渠道右岸凍脹區(qū)域地層透水率很低的粉土（凍脹土質(zhì)）未做換填處理，渠堤外冬灌地下水位太高，渠道排水逆止閥因水中析出鈣質(zhì)阻塞濾網(wǎng)，外來水排出不暢，使得渠道水位下降后形成內(nèi)外水位差，渠道水位變化區(qū)混凝土板下地下水與粉土結(jié)冰體積膨脹產(chǎn)生頂托作用，對(duì)襯砌混凝土板造成破壞。

參照新疆類似工程存在問題的處理方案，認(rèn)為采取表面噴涂保溫層和覆蓋混凝土的處理方法不能徹底解決問題，須將破壞嚴(yán)重的右岸0+620～1+083.5范圍自上數(shù)1～4塊的混凝土板拆除，換填2 m厚度的砂礫石或者級(jí)配礫石，重新鋪設(shè)兩層一布一膜土工膜，澆筑襯砌混凝土板，縫內(nèi)填充采用高壓閉孔板，迎水面2 cm深度用防水堵漏劑填縫。土工膜采用基布200 g/m2，膜厚0.3 mm的土工膜，土工膜的做法是下層土工膜布面朝下，上層土工膜布面朝上,只有下層土工膜與原有的土工膜焊接。

渠道左側(cè)坡面的裂縫擇機(jī)采用堵漏劑進(jìn)行處理。

3　凍脹處理方案

3.1渠道右側(cè)混凝土板破壞處理工藝流程

此段為渠道基礎(chǔ)凍脹造成的混凝土面板破壞，為最為嚴(yán)重區(qū)域。該段已對(duì)凍脹土質(zhì)進(jìn)行換填為核心處理，施工工藝分為7個(gè)工序，按流程依次為混凝土面板及路緣石拆除→凍脹土挖除→級(jí)配礫石回填→砂漿找平層鋪筑→土工膜鋪→設(shè)混凝土澆筑→伸縮縫處理。自4月20日停機(jī)排空渠道開始，歷時(shí)26 d，圓滿完成。

3.1.1混凝土面板及路緣石拆除

1）工藝步驟。根據(jù)設(shè)計(jì)通知確定的拆除范圍，采用自噴漆將拆除部位現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)，考慮到機(jī)械拆除混凝土面板易發(fā)生面板大面積滑落至渠底無法清除和容易破壞土工膜的因素，混凝土拆除采用人工拆除方式。根據(jù)劃定的拆除范圍，從上到下進(jìn)行拆除，開鑿工具采用風(fēng)鉆和風(fēng)鎬。破除的混凝土面板和路緣石塊及時(shí)清理至渠頂，防止落入渠底，運(yùn)輸至渠頂后人工裝8t自卸車將混凝土運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。

拆除時(shí)注意保護(hù)拆除邊緣部位土工膜，不可用力過大或使用錘子猛擊混凝土板，拆除至劃定的拆除邊線時(shí)不能再使用風(fēng)鉆或風(fēng)鎬，應(yīng)利用鋼釬沿開口向四周剔除。使預(yù)留的20 cm寬土工膜完好，便于后續(xù)的焊接。

2）人員設(shè)備投入。此部位共有混凝土10 m3，按每工時(shí)拆除0.015 m3計(jì)算，計(jì)劃投入工人31名，風(fēng)鉆和風(fēng)鎬各兩臺(tái)，8 t自卸汽車一輛，4名工人手持風(fēng)鉆和風(fēng)鎬鉆孔破碎，10名工人進(jìn)行拆除，11名工人將混凝土搬運(yùn)至渠頂，6人負(fù)責(zé)裝車。

3.1.2凍脹土挖除

1）工藝步驟?；炷敛鸪瓿珊?，將拆除部位混凝土板下的土工膜割除，割除時(shí)預(yù)留足夠的搭接寬度。采用1 m3挖掘機(jī)開挖凍土，由需要處理部位兩端開始，采取后退法開挖。開挖前沿需處理部位的兩端修整一條寬3.5 m，縱坡不大于15%的上坡馬道，修整馬道時(shí)會(huì)造成部分路緣石及渠道面板破壞，將破壞的混凝土一并挖除外運(yùn)。凍土開挖分兩層進(jìn)行，第一層開挖深度為1.5 m，第二層開挖深度為3 m，基底高程為上數(shù)第四塊混凝土面板底高程，考慮到此高程存在地下水，且開挖完成后凍土經(jīng)日曬融化可能有淤泥形成，基礎(chǔ)承載力無法滿足自卸汽車行駛要求，此時(shí)可將淤泥挖除并換填砂礫石，以便滿足后續(xù)的施工.開挖出的凍土裝8t自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。

2）人員設(shè)備投入。該部位凍脹土挖除方量8 640 m3，因開挖部位狹窄長，道路為單行車道，道路濕陷的可能性大，挖掘機(jī)裝車時(shí)，自卸汽車倒車距離平均200 m，1 m3挖掘機(jī)裝車，8 t自卸車按每天拉100 m3考慮，共配備2臺(tái)挖掘機(jī)，8臺(tái)自卸汽車。每天挖除方量800 m3，計(jì)劃施工日期4月21日～5月1日。設(shè)備進(jìn)場(chǎng)日期4月20日，并在安全區(qū)域配備10 m3油罐一個(gè)。

3.1.3級(jí)配礫石回填

1）工藝步驟。凍脹土挖除后，人工對(duì)基面進(jìn)行清理整平夯實(shí)，基面經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行級(jí)配礫石回填施工。級(jí)配礫石從料場(chǎng)取料，采用1 m3挖掘機(jī)裝8t自卸汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，由專人根據(jù)回填厚度及寬度指揮卸車，回填厚度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定采用74 kW推土機(jī)進(jìn)行整平，13.5 t凸塊振動(dòng)碾碾壓。對(duì)于邊角處振動(dòng)碾壓實(shí)不到的部位，工人使用2.8 kW蛙式打夯機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，每層級(jí)配料填筑完成并壓實(shí)后，由監(jiān)理進(jìn)行相對(duì)密度檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行下一層施工?；靥钜欢▽訑?shù)后及時(shí)對(duì)坡面上多余的砂礫料進(jìn)行清理，填筑完成后采用人工進(jìn)行坡面修整，剔除較大石塊，修整后的坡面滿足鋪設(shè)砂漿保護(hù)層的要求。

在施工過程中盡量避免砂礫料和石塊落入渠道，對(duì)于落入渠道內(nèi)的石塊及砂礫石及時(shí)清理。

2）人員設(shè)備投入。本部位級(jí)配礫石方量8 630 m3，因開挖部位狹窄長，道路為單行車道，自卸汽車運(yùn)輸至施工區(qū)域后，倒車距離平均200 m，8 t自卸車按每天拉110 m3考慮，共配備2臺(tái)挖掘機(jī)，8臺(tái)自卸汽車。每天挖除方量880 m3，級(jí)配礫石回填分兩段進(jìn)行。

3.1.4砂漿找平層鋪筑

1）工藝步驟。找平層砂漿標(biāo)號(hào)為M10，砂漿由和靜商品混凝土站購置，混凝土攪拌車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)距85 km，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后采用使用溜槽將砂漿輸送至坡面，砂漿鋪筑前，先將坡面灑水濕潤，然后人工將砂漿均勻鋪筑在坡面上，采用瓦刀攤平抹面。抹面完成后進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)突起石塊或尖銳物。

2）人員設(shè)備投入。砂漿找平層施工方量89.64 m3，按每名工人每天完成0.25 m3計(jì)算，計(jì)劃投入52名工人，20人負(fù)責(zé)卸料攤鋪，32人負(fù)責(zé)整平抹面。每天完成13 m3。

3.1.5土工膜鋪設(shè)

1）工藝步驟。土工膜尺寸可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行定制，盡量減少搭接，將底層的土工膜布面朝下鋪設(shè)于砂漿找平層上，與預(yù)留的土工膜至少有20 cm的搭接寬度，先用抹布將邊緣預(yù)留的土工膜擦拭干凈并晾干。土工膜采用土工膜焊縫機(jī)焊接，選用焊接經(jīng)驗(yàn)豐富的工人進(jìn)行，焊接完成后報(bào)監(jiān)理進(jìn)行聯(lián)合檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行上層土工膜鋪設(shè)，上層土工膜將底層的土工膜完全覆蓋，為防止上層土工膜下滑，兩層土工膜間采取焊接或粘接固定。

2）人員設(shè)備投入。土工膜鋪設(shè)面積10 098 m3，按每名工人每天完成42 m2計(jì)算，計(jì)劃投入24名工人，4臺(tái)土工膜焊縫機(jī)，土工膜粘接材料工具10套，6人負(fù)責(zé)鋪設(shè)，8人用焊縫機(jī)焊接。10人粘接，每天完成966 m2。

3.1.6混凝土澆筑

1）工藝步驟：混凝土由和靜商品混凝土站購置，混凝土攪拌車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后，試驗(yàn)員在旁站監(jiān)理的見證下進(jìn)行取樣，試塊留備檢驗(yàn)?；炷潦褂昧锊圯斔腿雮}，澆筑時(shí)從下到上澆筑，伸縮縫錯(cuò)縫設(shè)置，混凝土入倉后先采用使用手持式振搗棒進(jìn)行混凝土振搗，振搗均勻，時(shí)間不宜過長。并注意保護(hù)下部土工膜，盡量減少踩踏，混凝土澆筑過程中每隔2.5 m設(shè)置一道伸縮縫，伸縮縫形式同原設(shè)計(jì)，縫內(nèi)填充高壓閉孔板，混凝土平倉完成后根據(jù)混凝土初凝情況及時(shí)收面抹光。澆筑完成及時(shí)覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)。

2）人員設(shè)備投入：混凝土澆筑方量為505.22 m3，按每人每天澆筑0.8 m3，計(jì)劃投入工人64人，混凝土罐車4輛，每天完成51.2 m3。

3.1.7伸縮縫處理

1）工藝步驟。迎水面2 cm厚防水堵漏劑采用聚硫密封膠，注膠前采用手持鼓風(fēng)機(jī)將縫內(nèi)的粉塵、碎渣等雜物清除。密封膠填縫前先檢查伸縮縫，確定無雜物、積水，并保證縫內(nèi)干燥，伸縮縫兩側(cè)各粘貼一道膠帶，防止施工時(shí)密封膠污染面板。密封膠在現(xiàn)場(chǎng)拌合，嚴(yán)格按照配比要求，即拌即用。密封膠嵌縫采用用油灰刀將密封膠填入伸縮縫中，并稍加按壓，使密封膠將伸縮縫填實(shí)，避免形成空腔。填縫工人完成填膠后，后面安排專人進(jìn)行抹平修整。

聚硫密封膠一般24 h后可正常硫化，完全硫化需7 d時(shí)間，在此段時(shí)間內(nèi)應(yīng)注意保護(hù)，防止人為破壞。

3.2渠道左側(cè)混凝土板處理工藝流程

此段破壞為渠道基礎(chǔ)凍脹造成的混凝土面板隆起，由于渠道左岸為陽面，相對(duì)右岸陰面破壞程度較輕，部分混凝土板出現(xiàn)隆起。該段主要以噴涂聚氨酯保溫層的吸熱保溫措施處理。施工工藝分為3個(gè)工序，按流程依次為伸縮縫及裂縫處理→基面清理→ 聚氨酯保溫層噴涂。此段工程量較小，歷時(shí)7 d完成。

4　結(jié)語

在新疆冬季運(yùn)行渠道凍脹是較為普遍的問題，分析原因影響襯砌渠道凍脹的主要因素有：

1）土質(zhì)影響?；镣临|(zhì)對(duì)襯砌渠道的凍脹有一定影響，透水性較強(qiáng)的基土土質(zhì)如砂礫土，一般凍脹破壞發(fā)生的較輕；反之粘土性、粉土就重。

2）溫度的影響。溫度越低基土凍深越深，則凍脹問題越嚴(yán)重。因此，寒冷地區(qū)比較明顯。該工程所在地在新疆天山南簏，冬季近5個(gè)月，冬季平均溫度為-20℃。由此引起的凍脹破壞問題尤為突出。

3）水的影響。由于渠道在運(yùn)行當(dāng)中長期有水,基土經(jīng)常因滲漏而被浸充水分,水分因受凍產(chǎn)生鼓脹。這是三要素是發(fā)生凍脹的主要介質(zhì)、原因。

對(duì)于渠道凍脹問題，應(yīng)采用綜合治理措施防治襯砌渠道凍脹的措施，應(yīng)當(dāng)是工程措施與管理措施相結(jié)合，一方面要因地制宜地采取防凍的工程措施,再經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較,采取改換填土、隔水防滲、結(jié)構(gòu)處理及保溫減凍等措施綜合解決，該工程處理關(guān)鍵是針對(duì)引起凍脹的本源——凍脹土進(jìn)行了挖除換填，才從根本上解決了問題；另一方面要加強(qiáng)渠道的科學(xué)管理，科學(xué)調(diào)度運(yùn)行，不能驟降渠道水位。

［中圖分類號(hào)］TV698.2+6

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）05－0012－03

[收稿日期]2015-12-24