大化擴建廠房部分建筑設(shè)施使用功能缺陷的運行對策及設(shè)計改進

黃耿

（廣西桂冠大化水力發(fā)電廠，廣西大化，530800）

大化擴建廠房部分建筑設(shè)施使用功能缺陷的運行對策及設(shè)計改進

黃耿

（廣西桂冠大化水力發(fā)電廠，廣西大化，530800）

大化電站擴建工程投運后發(fā)現(xiàn)廠房建筑物及設(shè)施存在的一些設(shè)計功能缺陷或施工質(zhì)量等方面問題，給廠房運用和管理帶來不利因素或安全隱患，筆者列舉典型例子，提出處理及對策措施，一定程度上改善和提高了水工建筑物的使用功能和效果。同時提出水工設(shè)計方面的改進意見，供借鑒。

大化電站；擴建工程；廠房建筑物；功能缺陷；運行對策

1 工程概況

大化水電站位于紅水河中游,是紅水河綜合利用規(guī)劃的第六級梯級水電站。電站綜合利用效益為發(fā)電為主、兼顧航運等，一期工程于1975年開工建設(shè)，1985年6月竣工投產(chǎn)發(fā)電；擴建工程于2007年7月動工建設(shè)，安裝1臺110 MW軸流轉(zhuǎn)槳機組，2009年6月底投產(chǎn)發(fā)電。

擴建工程布置于原大化水電站樞紐的左岸臺地，采用明渠引水的地面式廠房，樞紐建筑物主要由河床式廠房、引水渠、尾水渠、刺墻壩、接頭土石壩、上游翼墻、下游擋墻等組成，見圖1。

工程投運以來，發(fā)現(xiàn)水工建筑物及設(shè)施存在一些功能缺陷或施工質(zhì)量等方面的問題，給工程運用和管理帶來某些不利因素或安全隱患，運行單位一一采取針對性措施加以整治完善。列舉幾個主要問題（見圖2），進行原因及解決措施分析。

2 問題、原因及對策

2.1 尾水管進人孔布置在深達14 m的臨空面，不便出入

擴建機組過水流道——尾水管進人孔設(shè)計布置在尾水管直錐段下游側(cè)，處在尾水管肘管段彎肘內(nèi)側(cè)的上部，為一直立孔口，凈尺寸600 mm× 600 mm，中心高程為117.98 m。進人孔一側(cè)為進人廊道（斷面尺寸為2.0 m×2.5 m的門洞形），另一側(cè)臨空，其下部為尾水肘管段出口的底板，高程104.84 m，孔口到底板的高差達13.14 m，從孔口往下看，如臨深淵。

通常在條件許可的情況下，出入進人孔可通過設(shè)置軟梯、多節(jié)掛梯、吊掛滑輪垂直升降等多種方式通達，但在沒有依傍建筑物或其他設(shè)施壁面的情況下，采用掛梯或者軟梯的方式上下攀爬形如走天梯，搖搖晃晃平添了幾分危機恐懼感，實踐中無人敢使用。吊掛滑輪垂直升降需要使用相關(guān)器具組裝成牢固裝置，費時費力，給進出尾水管帶來極大不便。

圖1 大化擴建工程樞紐平面布置示意圖Fig.1 Layout of the expansion project of Dahua hydropower station

圖2 主機間橫剖面示意圖Fig.2 Cross section of the room for the main generator

曾經(jīng)借鑒消防折疊梯的原理，架設(shè)多段輕質(zhì)折

疊梯進行試驗，但是因為進人孔進人廊道的操作空間狹窄，折疊梯自重問題難于解決，且長梯剛度不足等問題，未能成功采用。也曾設(shè)想過要采用從孔口懸掛輕質(zhì)吊籠自動升降的方式，但也存在組織懸掛、吊籠機具和索具整套裝置等準備工作繁瑣的弊病。

目前，尾水管的檢查維護基本在機組檢修期間開展，可利用已搭設(shè)的檢修下平臺的桿架結(jié)構(gòu)懸掛滑車及相關(guān)索具載人上下進出尾水管，但載人裝置簡單粗陋，安全感不足。如在非檢修期無檢修下平臺的情況下，載人進出尾水管存在很大的難度。

尾水管進人孔位置的布置受限于廠房結(jié)構(gòu)型式，無法采用與大化右岸廠房在尾水肘管的彎肘外側(cè)（即底板的斜坡段）或與類似機組一致的布置型式，無法避免上述問題和安全風險的存在。

2.2 蝸殼底板無散水坡度，不能排干積水

機組蝸殼為鋼筋混凝土蝸殼，周邊布置蝸殼鋼襯，蝸殼右側(cè)邊墻底部設(shè)一Dg500排水管，與尾水管相通，以排泄蝸殼內(nèi)積水。

通常，水工設(shè)計蝸殼底板面為一平面,而未示出向蝸殼排水口的結(jié)構(gòu)散水坡度。該蝸殼結(jié)構(gòu)要求混凝土必須一次成型，不能出現(xiàn)類似民用建筑的其他構(gòu)造層。因此，一般情況下，在結(jié)構(gòu)邊界精度控制較為粗糙的大體積混凝土施工中，該平面成型只能大約平整。若混凝土施工的平整度控制不嚴格，還會出現(xiàn)一定程度上的倒坡或凹坑不平的蝸殼底板面，致使蝸殼檢修和維護期間，排干蝸殼積水存在較大難度。加上蝸殼進水口閘門或多或少存在止水不良、門槽結(jié)構(gòu)可能的漏水不斷補充，使蝸殼底板一直積水，直接影響底板結(jié)構(gòu)的檢查、處理，也影響底板的維護檢修質(zhì)量。這些使用功能的不足體現(xiàn)出水工設(shè)計不夠細致，未能真正完全滿足結(jié)構(gòu)使用功能的需要。

在水工建筑物運行檢修維護工作過程中，經(jīng)常要求底板達到干燥，為此，曾經(jīng)為排干蝸殼底板積水設(shè)想了多種辦法。如降低蝸殼排水進口高程、墊高底板地面的一側(cè)以形成構(gòu)造找坡層等，但是在設(shè)備及其基礎(chǔ)已固定成型的情況下，降低排水進口高程改造是不可能的，增加構(gòu)造找坡層更無法抵擋蝸殼流道高速水流運動的沖刷和磨蝕，也是不可取的。

目前解決的辦法基本為在蝸殼底板修筑臨時擋水坎，分段擋水排干積水。組織這些臨時措施的施工，既增加維修成本、耗費時間，同時在不能達到底板全范圍干燥的條件下，對底板結(jié)構(gòu)裂縫、磨損等缺陷進行處理時，無法做到工藝上的連續(xù)而形成銜接界面，降低和削弱了維修質(zhì)量。

2.3 水車室交通洞入口無擋水設(shè)施，不符合防止水淹廠（泵）房措施規(guī)定

擴建廠房投入運行之后，發(fā)現(xiàn)水輪機層水車室沒有設(shè)置擋水設(shè)施。

根據(jù)原能源部1992年《關(guān)于防止電力生產(chǎn)重大事故的二十項重點要求》和國家電力公司在2001年《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》之“水電廠防止水淹廠（泵）房事故措施”對“水電廠廠房處于水下或底部的各設(shè)備層，須采取防范水進廠房、水淹設(shè)備的措施，防止各種來源的水患侵襲”均提出了相關(guān)要求。目前國內(nèi)各水電企業(yè)更是深化了防止水淹廠（泵）房事故措施的具體內(nèi)容，如對于防范廠房供排水管路、閥門爆裂、其他機組冒水、機組進水口閘門水封損壞等潛在危險因素引起的水進、水淹廠房情況，應(yīng)在諸如水車室等水輪發(fā)電機組的主要及附屬設(shè)備室入口設(shè)置孔洞擋水設(shè)施。

根據(jù)這個要求，廠房138.5 m層布置機組技術(shù)供水等水系統(tǒng)管路設(shè)備，如在建設(shè)階段水工設(shè)計時，結(jié)合主體結(jié)構(gòu)的布置在水車室等孔洞入口設(shè)置擋水設(shè)施（如擋水坎等），在建設(shè)期一次性設(shè)計施工完成，則可避免擋水功能的缺失。

為滿足防止水淹廠（泵）房事故措施的有關(guān)規(guī)定，電廠運行單位另行組織了增設(shè)擋水設(shè)施的施工，即在洞口地面周邊砌筑一道30 cm高的擋水坎以及表面裝修。但在廠房及生產(chǎn)設(shè)備已投入運行的情況下，施工作業(yè)增添了安全文明施工的難度，同時新增設(shè)施的結(jié)構(gòu)和裝飾效果也不能與室內(nèi)裝修效果完全一致，留有觀感上的缺憾。建議水工和土建設(shè)計應(yīng)注意此類運用中的問題，做好工程設(shè)施功能的完善。

2.4 發(fā)電機風洞上蓋板與周邊地面不平齊

機電設(shè)計水輪發(fā)電機組風洞上蓋板安裝高程為144.34 m，水工設(shè)計主機間發(fā)電機層地面高程144.34 m，而土建設(shè)計裝修層高程144.39 m[1]。設(shè)計高程不對應(yīng)造成機組上蓋板與基坑周邊地面形成

5 cm高差,設(shè)備安裝與土建布置不能形成整體協(xié)調(diào)效果，除了給設(shè)備運行維護帶來不便，同時有礙美觀，給電廠文明生產(chǎn)管理帶來一定的影響。

要解決這一個不相匹配問題，根本的辦法就是降低地面或抬高發(fā)電機風洞蓋板。然而水工結(jié)構(gòu)鋼筋布置和混凝土施工已經(jīng)成型，降低地面必然破壞整層結(jié)構(gòu)鋼筋布置，這不允許；發(fā)電機組為特定設(shè)備，無法對機構(gòu)進行加長改造，這兩種方式都無法實現(xiàn)，必須采取相應(yīng)措施來妥善處理。經(jīng)過對比各種方法，確定采用沿著圓形基坑邊緣用不銹鋼板設(shè)置一斜坡裝飾塊，使機組風洞蓋板平面與發(fā)電機層地面平緩過渡，既能以最簡易實用的方法處理平面高差的缺陷，又可遮蓋陡坎，產(chǎn)生良好的外觀效果。

如果各專業(yè)的設(shè)計成果能很好地互相校審對應(yīng)，又怎會出此偏差？

2.5 室內(nèi)穿越屋頂樓板的電氣預埋管集扎埋設(shè)致管間雨水滲漏

擴建工程主變壓器布置在廠房下游3號安裝場右側(cè)的室外主變平臺，主變平臺下游側(cè)布置220 kV戶外配電設(shè)備，諸多電氣電纜從平臺下部副廠房穿過樓板接入平臺（屋頂）戶外配電設(shè)備。設(shè)計施工圖對穿過樓板的電氣預埋管布置只是標出預埋部位，未提出穿板管段的混凝土施工要求等相關(guān)說明，以致于施工中在同一位置多條預埋管（圓形鋼管）捆扎平排穿越樓板。殊不知，樓板混凝土澆筑時，如同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)配筋過密部位混凝土無法進入該結(jié)構(gòu)空間一樣，多條平排圓管間的間隙無法充滿混凝土，直接成為雨水的滲漏通道，而且漏水沿著預埋管滲流到室內(nèi)天面樓板開裂或其他缺陷之處才滲出，滲漏水源往往不易發(fā)現(xiàn)，使室內(nèi)設(shè)備深受水漏雨淋之害。

費盡周折，最終發(fā)現(xiàn)了漏水點乃是穿過樓板的多條預埋管間隙之后，采取了針對性措施，即首先對多條預埋管間隙進行清理，灌入環(huán)氧材料，讓其滲入預埋管間隙及與混凝土的空隙，待其凝固后用常規(guī)防水材料灌填以及在預埋管根部涂抹防水層，最終解決穿越屋面樓板的電氣預埋管間漏水的問題。

此類問題給各種管路預埋設(shè)計予一定的啟示，對于連接室內(nèi)外豎向布置的電氣或其他管路，預埋應(yīng)不允許管段集中捆扎布置，并規(guī)定最小布置間距,施工時應(yīng)將出露管段固定并保持此最小間距，混凝土澆筑時須振搗密實，以保證管段間及其周圍混凝土密實，使兩者獲得可靠的粘結(jié)。

2.6 主廠房頂層及安裝場無預留連通左右岸的電纜溝道

擴建廠房包括進水口、主廠房、副廠房、安裝場等。平面布置廠頂主要生產(chǎn)活動層從上游至下游有1號安裝場、攔污柵槽、檢修和事故閘門槽、2號安裝場、圓筒式主廠房、3號安裝場、尾水閘門槽等。機組為單機獨立引水，中間設(shè)置隔墩（即中墩）將流道分為2孔，中墩承載3個安裝場的板梁結(jié)構(gòu)以及布置閘門和攔污柵門槽等。在廠頂主要生產(chǎn)活動層的樓面或樓板下，設(shè)計均未考慮設(shè)置廠房左右側(cè)之間的電纜或管路通道。在所有墻地面已經(jīng)整體裝修的情況下，電廠生產(chǎn)運行中需要在左右岸之間敷設(shè)電纜或管路均存在很大困難：直接從墻地面走線或沿閘門井側(cè)壁拉設(shè)，均存在突出表面、有礙于路面通暢或不便于建筑物運行維護及文明生產(chǎn)的問題。

在3個安裝場設(shè)計承載能力達50 kN/m2和115 kN/m2的大尺寸板梁結(jié)構(gòu)的上下表層開鑿或埋設(shè)連通的溝道是不允許也是不可能的。因此，可以采取的解決方法基本就只能利用位于廠房中段的閘門井上下游墻的側(cè)壁布置，然而閘門井的深度（距166.5 m高程閘門檢修平臺）達8 m之大，線路或管道敷設(shè)需搭設(shè)腳手架等登高設(shè)施方能實現(xiàn)，給生產(chǎn)運行帶來較大的麻煩。

在廠房建設(shè)水工設(shè)計之初，沒有考慮如此細節(jié)問題，忽略了此類電廠運行維護管理中普遍需要的專用設(shè)施。

2.7 圓筒水下結(jié)構(gòu)流白漿嚴重，易堵塞地漏、排水管以及侵蝕混凝土

擴建廠房為河床式地面廠房，是樞紐擋水建筑物的一部分，廠房采用圓筒式結(jié)構(gòu)。由于混凝土澆筑質(zhì)量原因，混凝土體內(nèi)某些部位不可避免地存在孔隙甚至蜂窩等缺陷，圓筒水下部位的這些缺陷通常成為庫水滲漏通道。在廠房138.5 m層以下的上游側(cè)墻面，局部發(fā)現(xiàn)滲水析漿點，所有滲漏點均為白色鈣質(zhì)結(jié)晶體，滲漏水攜帶鈣質(zhì)物從各層排水溝和地漏排出。擴建廠房蓄水運行3年多來，時常發(fā)現(xiàn)滲漏排水溝的水面板結(jié)一層類似結(jié)冰的白色鈣

化物，水溝底則淤積有似礦物質(zhì)沉積的物質(zhì)；各排水地漏、排水橫管、干管均多次堵塞，嚴重時，疏通后幾天又再次淤堵。

目前，擴建廠房原埋設(shè)的排污水管幾近癱瘓，主要因為排水總立管埋設(shè)在大塊體混凝土深處的管段于原建設(shè)施工預埋時已被混凝土漏漿沉積板結(jié)或雜物堵塞致管徑縮小，在后期生產(chǎn)運行中，又偶爾被雜物沖入而卡阻，排水管更加無法通暢排水，日久累積便被滲漏水的鈣質(zhì)物淤塞。

看似普通的排水地漏也時常困擾著廠房的運行，為此，曾經(jīng)多次雇請專業(yè)隊伍對其進行疏通處理，同時為防止鈣質(zhì)物進入排水管，采取將地漏口提高，使?jié)B漏鈣質(zhì)物首先在水溝內(nèi)沉積，濾出清水從地漏小孔排出的方法對原地漏進行了改造。這一改造起到了一定的作用，但是無法完全隔絕水中的鈣質(zhì)物，部分排水管仍然堵塞無法排水，常在不到2個月的時間內(nèi)再被淤堵，給排水疏通添加了很多工作。

這種現(xiàn)象說明混凝土溶出性侵蝕甚為嚴重，盡管新蓄水運行的擋水結(jié)構(gòu)出現(xiàn)氫氧化鈣析出屬常見現(xiàn)象，但隨著時間累積，如此大量的離析將影響混凝土的抗?jié)B性和耐久性，若任其發(fā)展將成為影響結(jié)構(gòu)安全的嚴重問題，應(yīng)引起大壩安全管理人員的重視，必須弄清和查明其原因。

混凝土溶出性侵蝕多與混凝土的組成成分有關(guān)，應(yīng)組織專業(yè)檢測機構(gòu)對滲漏水及溶出物質(zhì)進行水質(zhì)分析，同時開展對廠房混凝土施工原材料、施工條件和施工質(zhì)量控制的調(diào)查分析，對所采用水泥種類、品牌、組成成分、物理化學性能指標、粉煤灰的品質(zhì)、性能指標、摻量，外加劑的類型、性能、骨料級配、混凝土配合比設(shè)計等方面進行全面調(diào)查、研究，以期對“流白漿”現(xiàn)象是否對廠房水下結(jié)構(gòu)混凝土形成溶出性侵蝕作用和混凝土老化等做出危害和破壞影響的分析預測、評估和判斷。

3 對設(shè)計的諫言

上述問題體現(xiàn)出大化電站擴建廠房建筑物功能設(shè)計細節(jié)上的某些缺憾。通常，水電站水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往側(cè)重于建筑物布置合理性、結(jié)構(gòu)安全性、工程耐久性等方面的研究，相對于工業(yè)與民用建筑設(shè)計，對建筑結(jié)構(gòu)使用功能和美學功能的重視程度略顯欠缺，功能設(shè)計上沒能更好地圍繞人的需求來展開，不能使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和環(huán)境的設(shè)計更好地適應(yīng)和滿足人的生理和心理特點，讓工作更舒適、安全和健康。

工程設(shè)計的原則要求在滿足基本功能和必要功能的前提下，同時也應(yīng)注重輔助功能、使用功能和美學功能的設(shè)計。當然，各種功能的增加和滿足必將增加工程建設(shè)成本，但可以減少運行維護費用，因此，設(shè)計和決策人員應(yīng)注意工程壽命周期成本分析，尤其注重對建設(shè)設(shè)置費和運行維護費的權(quán)衡分析。

建議水工設(shè)計人員拓展視野，學習和借鑒民用建筑設(shè)計對功能細節(jié)追求完美的做法，善于利用人體工學原理，讓水工設(shè)計成果更加人性化。從整體上對工程設(shè)計方案進行技術(shù)與經(jīng)濟分析、比較和評價，從而選出環(huán)境上自然協(xié)調(diào)、功能上適用、結(jié)構(gòu)上堅固耐用、技術(shù)上先進、造型上美觀和經(jīng)濟上合理的最優(yōu)設(shè)計方案。

4 結(jié)語

上述所列問題為擴建廠房建筑物運行維護中所發(fā)生的典型例子，在工作實踐中，尚發(fā)現(xiàn)一些原工程設(shè)計和施工時有待改進和完善的地方，如水車室進人廊道過于低矮、副廠房各層在1號、2號樓梯之間沒有設(shè)置專用交通通道、流道蝸殼與尾水管的連通管道過小，容易堵塞等問題。一些問題可在電廠運行維護中通過技術(shù)改造和檢修予以解決，一些問題則永久性地造成使用上的某些不便。因此，廠房運行維護工作需要繼續(xù)挖掘潛力改造和完善廠房建筑物設(shè)施的功能。同時，希望設(shè)計單位堅持設(shè)計回訪制度，改進設(shè)計理念，為更多工程提供精美設(shè)計。 ■

[1]大化水電站擴建工程廠房144.34 m高程層板梁結(jié)構(gòu)布

置圖（45020E8S-0564-153）[R].

In the operation process of expansion project of Dahua hydropower station,some function de?fects and quality problems are found which are threatening the safe use and management of the power?house.In this paper,some examples are listed and treatment measures are presented which would en?hance the performance of the structures.As well,the advices for design improvement are pointed out,for reference.

Dahua hydropower station;expansion project;powerhouse structure;function defect;opera?tion solution

TV731

B

1671-1092（2014）04-0032-05

2014-03-17；

2014-06-16

黃 耿（1964-），男，廣西大化人，工程師，注冊監(jiān)理工程師，主要從事水利水電施工技術(shù)和大壩安全管理工作。

Title:Operation solutions for function defects of Dahua powerhouse structures enlarged and its design improvement//by HUANG Geng//Dahua Hydropower Plant