水電站壓力管道滲水處理方案分析

陳立秋，王 超

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

水電站壓力管道滲水處理方案分析

陳立秋，王 超

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

文中簡(jiǎn)要介紹了小山水電站壓力管道滲水處理方案，在外水壓力觀測(cè)資料分析基礎(chǔ)上，結(jié)合放空檢查滲水情況，根據(jù)工程區(qū)地形、地質(zhì)條件，確定了壓力管道滲水處理方案。

小山水電站；壓力管道；滲水處理；灌漿

小山水電站位于吉林省撫松縣境內(nèi)，是松江河梯級(jí)第一級(jí)電站。樞紐由混凝土面板堆石壩、岸坡式溢洪道和引水發(fā)電系統(tǒng)組成。水庫(kù)總庫(kù)容1.07×108m3，裝機(jī)容量160 MW，引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道組成。引水隧洞總長(zhǎng)1245.63 m，圓型斷面，內(nèi)徑8.1 m，調(diào)壓井為阻抗式，內(nèi)徑21 m，設(shè)二道快速閘門(mén)，由井內(nèi)分岔至兩條壓力管道。

壓力管道分為上平段、斜管段和下平段三部分，上平段和斜管段為鋼筋混凝土襯砌，內(nèi)徑5.7 m，襯砌厚度0.8 m，下平段長(zhǎng)128.93 m，采用鋼筋混凝土和鋼板襯砌兩種結(jié)構(gòu)型式，其中鋼板襯砌段長(zhǎng)123.93 m，鋼襯外回填混凝土厚0.6m。為降低壓力鋼管部位的地下水位，在調(diào)壓井后設(shè)置一排水廊道。

1 放空檢查情況及滲水處理

1998年，引水洞進(jìn)行了初期發(fā)電試運(yùn)行后的放空檢查，有多處漏水，對(duì)漏水部位進(jìn)行了處理。2000年，在1號(hào)機(jī)組大修期間，對(duì)1號(hào)壓力管道進(jìn)行了漏水檢查，漏水點(diǎn)多數(shù)位于上平段和斜管段上部，呈有壓射流。對(duì)混凝土襯砌進(jìn)行堵漏處理，在漏水部位鑿槽后再回填快速止水材料。在堵漏施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了大面積的混凝土質(zhì)量缺陷，位于斜管段下游右側(cè)，混凝土呈無(wú)漿松散狀，骨料混合黃泥，約3.0 m長(zhǎng)，寬0.7 m。采取鑿除不合格混凝土，深部位澆筑壓漿混凝土，淺部位用細(xì)石混凝土貼堵漏材料的方法。在這次堵漏處理中，對(duì)調(diào)壓井通氣孔也進(jìn)行了檢查，漏水處為環(huán)向施工縫，主要分布在孔口以下20 m，對(duì)漏水點(diǎn)進(jìn)行了堵漏處理。由于調(diào)壓井通氣孔施工空間較小，直徑僅1.2 m，難以采用其它方法修補(bǔ)，首先對(duì)射水縫隙進(jìn)行了鑿槽后填快速防水材料，然后再進(jìn)行防水涂料的施工。

2001年，利用2號(hào)機(jī)組檢修期間，進(jìn)行了漏水檢查，漏水主要來(lái)自于調(diào)壓井門(mén)槽處的二期混凝土和通氣孔，壓力管道混凝土襯砌部位也有五處比較集中的射水區(qū)。對(duì)漏水部位進(jìn)行了缺陷處理。2011年，利用1號(hào)機(jī)組檢修期間，對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行了檢查。經(jīng)檢查，洞內(nèi)主要漏水部位集中在上彎段，頂拱及腰線(xiàn)部位，呈現(xiàn)有壓射流，分布在環(huán)向施工縫及閘門(mén)后一、二期混凝土接縫等處；漸變段與上平段的接縫處有點(diǎn)狀水噴射；調(diào)壓井工作閘門(mén)左右兩側(cè)二期混凝土接縫處有水流噴射。

根據(jù)壓力管道滲水缺陷處理后的運(yùn)行情況及外水壓力觀測(cè)資料，可以看出上述的缺陷處理工作未見(jiàn)有明顯效果，滲漏通道仍然是存在的，通氣孔內(nèi)滲水仍較嚴(yán)重?？梢?jiàn)僅采取表面處理措施是不夠的，滲水缺陷根本得不到徹底解決，應(yīng)采取從壓力管道周邊的圍巖內(nèi)部著手，采取切實(shí)有效的根治措施。

2 外水壓力觀測(cè)資料分析

2.1 外水壓力觀測(cè)孔布置

1997年12月，小山水電站投入運(yùn)行后，發(fā)電廠房上游墻有大面積的滲水現(xiàn)象，且廠房后山坡底部排水孔也有水流出。為監(jiān)測(cè)地下水位，1998年10月，在廠房后山坡共布置了10個(gè)外水壓力觀測(cè)孔，其中1號(hào)壓力管道右側(cè)4個(gè)，2號(hào)壓力管道右側(cè)5個(gè)，兩條壓力管道中部1個(gè)。廠房后山坡巖石由上層玄武巖和下層安山巖構(gòu)成，兩層不同巖石中夾有厚1～7 m的不整合面，透水性較差，故觀測(cè)孔內(nèi)布有內(nèi)管和外管，內(nèi)管水位用于觀測(cè)下層安山巖地下水位的變化情況，外管水位用于觀測(cè)上層玄武巖地下水位變化情況。根據(jù)孔內(nèi)觀測(cè)管的埋設(shè)情況，內(nèi)管主要是監(jiān)測(cè)壓力管道內(nèi)水滲透，外管主要是觀測(cè)地面降水的影響。

2.2 觀測(cè)資料分析

1）外管水位。在觀測(cè)資料中，1號(hào)壓力管道右側(cè)各孔內(nèi)水位變幅不大，且不隨壓力管道內(nèi)的水壓力變化而變化。隨著地形條件的變化，孔內(nèi)水位隨地表高度的增加而增加。初步分析上層玄武巖的地下水由于不整合面的隔水層作用，受壓力管道內(nèi)水外滲的影響較小，所反映的主要是地表水的變化情況。

2）內(nèi)管水位。內(nèi)管水位變幅均較大，達(dá)數(shù)十米以上，受壓力管道內(nèi)水壓變化較大。在壓力管道充水時(shí)，水位最高可達(dá)668.51 m。在壓力管道放空時(shí)，水位迅速下降。結(jié)合放空檢查發(fā)現(xiàn)襯砌裂縫處有射流狀的水進(jìn)入洞內(nèi)。初步分析在兩條壓力管道中存在內(nèi)水外滲的通道。

3 壓力管道滲水處理的必要性

廠房后山坡上部的玄武巖和下部的安山巖之間夾有一層不整合面，由含碎石壤土構(gòu)成，且具有相對(duì)不透水性，該夾層傾向廠房。在壓力水的長(zhǎng)期浸泡下，夾層自身的物理力學(xué)特性也會(huì)發(fā)生改變，對(duì)發(fā)電廠房的正常安全運(yùn)行造成很大的威脅，一旦廠房后山坡巖體發(fā)生滑坡，勢(shì)必造成無(wú)可挽回的損失。壓力管道下平段的最大外水壓力41.0 m，而目前由于壓力管道出現(xiàn)內(nèi)水外滲，使壓力管道所承受的外水壓力大大提高，觀測(cè)資料表明最高已超出鋼管外壓設(shè)計(jì)值，壓力鋼管存在外壓失穩(wěn)的危險(xiǎn)。

由于滲透通道的存在，在水流反復(fù)作用下，細(xì)小顆粒有可能被帶走，使?jié)B水通道越來(lái)越大，將直接影響圍巖特性的改變。裂縫的滲漏水將會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫開(kāi)度增加，從而使鋼筋銹蝕加劇。由于回填灌漿不密實(shí)，對(duì)混凝土襯砌結(jié)構(gòu)自身的安全也將產(chǎn)生不利的影響。

根據(jù)外水壓力觀測(cè)資料，外水壓力處于較高的狀態(tài)，對(duì)本工程的安全可靠運(yùn)行有較大隱患，直接關(guān)系到電站的安全運(yùn)行，因此對(duì)壓力管道進(jìn)行缺陷處理是十分必要的。

4 方案擬定

地下工程的滲水缺陷處理通常采取“堵”和“排”兩種措施，“排”通常采取開(kāi)挖排水廊道或在山坡增設(shè)排水孔，“堵”通常采取灌漿方式或在襯砌內(nèi)表面設(shè)置防水層，防止內(nèi)、外水貫通。針對(duì)本工程，開(kāi)挖爆破對(duì)廠房后山坡的山體擾動(dòng)會(huì)很大，勢(shì)必影響到廠房的正常運(yùn)行；增設(shè)排水孔方案雖然是可行的，但排水孔孔深較深，施工難度較大，況且排水效果也是難以確定的，故初步擬定采取“堵”的方式。

5 方案選擇

根據(jù)工程的地形、地質(zhì)條件，壓力管道布置情況以及外水壓力觀測(cè)資料，結(jié)合曾進(jìn)行過(guò)的滲水處理方案，為保證工程運(yùn)行的永久可靠性，選擇以下幾種處理方案：

龍斌的目光茫然而散亂地投向江面，江面上幾艘游船改造的“水上歌廳”霓虹閃爍，傳出陣陣歡歌笑語(yǔ)，帶著涼意的秋風(fēng)撲面而來(lái)，把濃郁的桂花香味送入肺腑，溫馨中又揉入了幾縷傷感。良久，龍斌收回目光，對(duì)同樣盯著江面出神的竹韻說(shuō)：“風(fēng)大天涼，我們回去吧?！?/p>

5.1 方案一：灌漿方案

灌漿方案的目的是封閉襯砌外圍巖的滲漏通道，同時(shí)對(duì)襯砌混凝土缺陷也有一定的修補(bǔ)作用。全部混凝土襯砌段（不包括斜管段）均采用回填灌漿、固結(jié)灌漿，與鋼襯結(jié)合處采用帷幕灌漿，鋼板襯砌段打開(kāi)回填灌漿孔后，重新進(jìn)行回填灌漿。對(duì)壓力管道及調(diào)壓井通氣孔內(nèi)襯砌混凝土表面的裂縫及缺陷采用化學(xué)灌漿方式加以處理。

固結(jié)灌漿孔深4.0 m，排距3.0 m，灌漿壓力0.5～1.0 M P a。因頂拱部位有滲漏通道的存在，采用回填灌漿方式加以填實(shí)處理。將鋼襯上原回填灌漿孔打開(kāi)，重新進(jìn)行回填灌漿，待灌漿完畢后封堵灌漿孔，灌漿壓力0.3 M P a?；炷烈r砌段的回填灌漿與固結(jié)灌漿同步進(jìn)行。為防止混凝土襯砌與鋼襯接頭處的滲漏，采用帷幕灌漿，孔深10.0 m，共設(shè)3排，排距1.0 m，灌漿壓力1.0 M P a。

對(duì)壓力管道及通氣孔內(nèi)襯砌混凝土內(nèi)表面的裂縫及缺陷，采取在裂縫表面混凝土鑿除后，應(yīng)用快速止水材料加以封堵后，進(jìn)行化學(xué)灌漿的方法。一是由于化學(xué)漿液可灌性好，對(duì)微小的裂縫也能夠較好的充填，二是化學(xué)漿液的膠凝時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)滲漏水部位進(jìn)行騎縫切槽，進(jìn)行化學(xué)灌漿。

5.2 方案二：涂刷防水層方案

在混凝土襯砌段內(nèi)表面涂刷防水材料，阻止內(nèi)水外滲。經(jīng)比選采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，該材料采用國(guó)外關(guān)鍵性原料和吸收消化國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，以普通硅酸鹽水泥、級(jí)配石英砂為基料，按科學(xué)配方經(jīng)特殊工藝研制加工生產(chǎn)的高科技新型防水材料。該產(chǎn)品特有的化學(xué)活性物質(zhì)利用混凝土本身固有的特性及多孔性，以水做載體，通過(guò)滲透作用，在混凝土微孔及毛細(xì)管中傳輸、充盈、催化混凝土的微粒和未完全水化成分再次發(fā)生水化作用，阻止來(lái)自各方向的水及有害物質(zhì)，達(dá)到永久性防水、防潮和保護(hù)鋼筋，增加混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的效果。

可采用人工涂刷或?qū)Ｓ玫耐克⒃O(shè)備，施工效率高，可連續(xù)操作，每人每天噴涂15～20 m2的面積?；炷烈r砌段內(nèi)表面均涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，并延伸至鋼管首部5～10 m范圍。

5.3 方案三：灌漿+涂刷防水層方案

該方案為組合方案，在1號(hào)壓力管道混凝土襯砌段上全部進(jìn)行回填灌漿、固結(jié)灌漿（不包括斜管段），與鋼襯結(jié)合處采用帷幕灌漿，鋼板襯砌段重新進(jìn)行回填灌漿。對(duì)壓力管道及通氣孔內(nèi)襯砌混凝土表面的裂縫及缺陷采用化學(xué)灌漿方式加以處理，最后在襯砌內(nèi)表面涂刷防水涂料，涂刷范圍至鋼管首部5～10m。

5.4 方案比選

方案一工程造價(jià)較低，施工工藝單一，可對(duì)圍巖及灌漿缺陷加固處理，提高結(jié)構(gòu)自身的承載能力，缺點(diǎn)是灌漿種類(lèi)較多，尚需使用鉆機(jī)進(jìn)行帷幕灌漿，工期較長(zhǎng)，動(dòng)用設(shè)備多。

方案二工程造價(jià)較低，施工工藝簡(jiǎn)單，速度快，防滲機(jī)理明確，采用人工涂刷或機(jī)械噴涂均可。缺點(diǎn)是僅對(duì)表面進(jìn)行處理，對(duì)澆筑過(guò)程中的缺陷、未填實(shí)的襯砌頂拱部位不進(jìn)行處理，在壓力管道運(yùn)行中由于襯砌缺陷而產(chǎn)生的變形有可能將防水層拉裂破壞，而導(dǎo)致再次滲漏。

方案三具有加固混凝土澆筑過(guò)程中的缺陷和表面防滲處理兩種功能，能封閉襯砌與圍巖之間的間隙，對(duì)鋼管進(jìn)行了回填灌漿，同時(shí)在鋼襯結(jié)合處采用帷幕灌漿，對(duì)壓力管道及調(diào)壓井通氣孔內(nèi)襯砌混凝土表面的裂縫及缺陷采用化學(xué)灌漿方式加以處理。

經(jīng)上述各方案的比較分析，方案一投資97.5萬(wàn)元，方案二投資79.41萬(wàn)元，方案三投資175.83萬(wàn)元。方案一、二為單項(xiàng)處理方案，雖然投資低，但都不利于徹底根治壓力管道的滲水缺陷，可能會(huì)遺留一些不利于安全運(yùn)行的因素。方案三為組合方案，雖然投資高，但從徹底解決壓力管道滲水缺陷、不留隱患的角度，是最有保障的，故選擇方案三為壓力管道滲水缺陷處理方案。

6 結(jié)語(yǔ)

在外水壓力觀測(cè)資料分析基礎(chǔ)上，結(jié)合放空檢查情況，根據(jù)工程區(qū)地形、地質(zhì)條件，確定了壓力管道滲水缺陷處理方案，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，可為其它相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。在研究制定處理方案時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用與發(fā)展，以創(chuàng)造更好的實(shí)踐效果。

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2016-07-17