水工建筑物滲水成因及可靠性處理方式分析

劉思明

廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340

現(xiàn)階段，水工建筑在我國的社會生產(chǎn)和人民生活中都發(fā)揮著重要的作用，水工建筑物的質(zhì)量和安全性能直接關(guān)系著人們的生命健康和社會的和諧穩(wěn)定。在水工建筑中，建筑物滲水是較為嚴(yán)重的一種安全隱患，也是在水工建筑日常管理中受到普遍關(guān)注的安全問題。水電站是最為常見的一類水工建筑，經(jīng)常會因水庫水位變化以及混凝土建筑物出現(xiàn)裂縫而引發(fā)滲漏事件。因此，了解水電站滲水成因以及可靠性處理方式是十分有必要的。

1 地下廠房滲水成因

水電站內(nèi)的發(fā)電功能區(qū)主要包括地下廠房、主變室以及地面副廠房等。其中，地下廠房的面積較大，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)縫和混凝土面極易發(fā)生裂縫滲水現(xiàn)象。地下廠房及附屬洞室均存在混凝土結(jié)構(gòu)縫和施工縫，當(dāng)外部出現(xiàn)連續(xù)降雨、暴雨、山體泄洪等情況時，混凝土結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)滲水以及孔隙噴水的現(xiàn)象。此外，廠房內(nèi)部頂拱也是極易發(fā)生滲漏的部位。在暴雨或強霧化雨的沖擊下，會導(dǎo)致地下水位上升且水內(nèi)壓力增加，地下水會向頂拱聚集并往臨空面流出，嚴(yán)重時可能損壞周圍的發(fā)電設(shè)備。

水電站內(nèi)部會因預(yù)防大面積滲水事件而開鑿排水槽等引排裝置。經(jīng)過長時間的雜質(zhì)堆積，引水管和排水孔會被碳酸鈣結(jié)晶所堵塞或孔口封閉不嚴(yán)，進而造成引水結(jié)構(gòu)受到水流的壓力而被破壞，導(dǎo)致引水排水措施失效；廠房頂拱部位會設(shè)置縱橫向排水管和鋼排水溝，然而引排管相互連接部位經(jīng)常發(fā)生脫落以及破損的情況，無法滿足應(yīng)急排水的要求。

2 水電站大壩滲水成因

水電站大壩滲水情況通常有以下三個方面的成因：（1）壩基以及繞壩位置出現(xiàn)滲漏，這種情況通常取決于大壩興建位置的地質(zhì)條件，如果其地理環(huán)境較為嚴(yán)峻，水下壩基的地層深處存在熔巖或堅硬的巖石，則會造成電站運行期間出現(xiàn)地下水通過巖石縫隙滲入的情況；（2）大壩壩體滲漏，大壩在建設(shè)過程中防滲墻等結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)密、所用材料是否符合建筑要求以及、混凝土結(jié)構(gòu)縫強度等都會影響大壩滲水的情況；（3）壩后水流滲漏，主要是防滲帷幕存在質(zhì)量問題而導(dǎo)致兩岸地表水以及地下水匯入。

大壩灌漿廊道滲水一般表現(xiàn)為混凝土結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)水跡、施工縫小范圍滲水以及混凝土孔隙大量噴水等。無論在哪種滲漏成因下，當(dāng)防滲墻出現(xiàn)裂縫、底部與基巖接觸處出現(xiàn)孔隙時，水流就會經(jīng)過縫隙進入灌漿廊道；而地下水從壩坡滲入后也會最終從某一結(jié)構(gòu)薄弱部位排出。

3 成因監(jiān)測及分析

水電站出現(xiàn)滲水情況多與其興建地質(zhì)情況、項目施工期間的建設(shè)質(zhì)量情況和長時間以來水庫運行調(diào)度情況有關(guān)，因此在進行成因監(jiān)測及分析時，需要重點針對上述滲水情況以及易發(fā)生滲水的部位進行檢查。

在相關(guān)部門采取措施監(jiān)測大壩滲漏情況時，可以選擇在水電站的大壩與下游反濾層之間橫河流方向埋設(shè)光纖，從而根據(jù)大壩各接觸面滲流監(jiān)測值進行分析。在檢測大壩滲漏情況時，通常會借助滲壓計對滲流進行監(jiān)察和測量。在壩基位置，會將滲壓計放置在墊層底部以及防滲帷幕后面，在正常情況下上游水位會對各監(jiān)測點產(chǎn)生一定的影響，壩基墊層下游側(cè)滲壓計的滲透壓力測值也會表現(xiàn)為墊層底部下游側(cè)低于上游側(cè)，且帷幕的作用會導(dǎo)致墊層下游側(cè)和帷幕后壓力測值較低。在壩體內(nèi)部，上游堆石體處和上游及下游的反濾層內(nèi)均放置滲壓計，這樣可以對壩體滲流進行監(jiān)測，如果顯示水流斷面高程的最大測值位于上游部位，則與上游水位的相關(guān)性較強，而下游反濾層內(nèi)具有心墻防滲裝置，其中部水流斷面高程測量值偏高。心墻防滲性能較好、內(nèi)部水流壓力過高，從而使得下游反濾料內(nèi)的壓力測量值較低。

在壩基灌漿廊道內(nèi)，可以設(shè)置三角形量水堰結(jié)構(gòu)，并在壩后同時搭建梯形量水堰和三角形量水堰，對大壩上游至下游的水位進行全方位對比監(jiān)測。上游水位最高，其他位置的水位會依次降低。如果在監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)心墻后的水位較低，則可以證實心墻以及防滲帷幕發(fā)揮了較明顯的作用[1]。

通過利用精密監(jiān)測儀器可以有效測出大壩滲漏的主要源頭，從而根據(jù)相應(yīng)的補救措施進行防滲設(shè)備改進。在基礎(chǔ)設(shè)施未發(fā)生破損的情況下，水工建筑大壩滲水的產(chǎn)生原因則主要在于水位變化而帶來的水壓升高以及降雨影響；地下廠房等位置滲水產(chǎn)生的原因則在于受到山體內(nèi)潛水泄洪以及大規(guī)模降雨等多方因素引起的綜合水力作用。

4 水工建筑物滲水可靠性處理方式

4.1 排水系統(tǒng)整治

針對廠房滲水問題，必須重視內(nèi)部與外部引排水系統(tǒng)的建設(shè)與整治工作。以某水電站為例，該水電站主要建筑物為混凝土面板堆石壩、地下電站以及一系列常見的水利建筑物，大壩壩頂高程為410m，水庫正常蓄水位為400m，死水位為350m。地下廠房位于壩后右岸山體內(nèi)，基面高程為165m，頂拱高程為230m。

該水電站地下廠房設(shè)有廠內(nèi)和廠外兩部分排水系統(tǒng)。相關(guān)工作人員在進行排水系統(tǒng)的維護時，首先對廠外混凝土澆筑面進行檢查，如有破損需要立即修補；在廠外山體邊坡上側(cè)位置設(shè)置截水溝，從而將地表水?dāng)r截并導(dǎo)入排水溝。在下側(cè)各層排水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置引排鋼管，利用鋼管將水流逐級向下引導(dǎo)，并設(shè)置擋水坎以確保邊坡坡面不再過水。同時，對廠外所有排水廊道的排水孔進行疏通維護，將花管拔出進行掃孔處理，及時對脫落、破損的排水管進行更換，完成一系列維護工作后即可重新安裝排水花管并密封排水管周圍。最后，采取相應(yīng)措施清理三層排水廊道排水溝，并對帷幕灌漿廊道洞口進行灌漿處理以加強密封和固定作用，從而確保泄洪時霧化雨不會滲過二層排水系統(tǒng)[2]。

在處理好廠外排水系統(tǒng)后，站內(nèi)工作人員也對廠內(nèi)頂拱部位加強了防滲處理。根據(jù)滲漏點的判斷，工作人員在拱頂部位加設(shè)了規(guī)格為Ф56mm的排水孔和規(guī)格為Ф110mm的PVC-U主集水管用以預(yù)留集水和排水，并對原有的排水溝和集水管進行了全面檢查，包括檢查排水管的連接部位是否有脫落和損壞情況，并根據(jù)實際情況進行更換處理。

4.2 化學(xué)灌漿處理

當(dāng)出現(xiàn)混凝土裂縫、漏水結(jié)構(gòu)縫和施工縫缺陷時，較為常用的處理方式就是灌漿。主要操作步驟是以裂縫為中線挖掘出寬0.1m、深0.01m的凹槽，在槽底每隔20cm鉆1個深5cm的孔，然后借助高壓水槍將孔內(nèi)、凹槽內(nèi)沖刷干凈，并在鉆孔內(nèi)放置灌漿嘴，用灌漿材料將其封閉至與原混凝土表面持平即可。后期的化學(xué)灌漿處理主要包括以下步驟：壓風(fēng)檢查→灌漿→注漿嘴清除→磨平裂縫表面→灌漿處養(yǎng)護→環(huán)氧膠泥涂刮→質(zhì)量驗收。在正式進行灌漿時，灌漿壓力不宜過大，通常為0.3MPa，因為灌漿壓力過大極容易造成進料管爆裂。此外，還應(yīng)特別注意灌漿處理所用的原料，化學(xué)灌漿材料要求必須是無顆粒的且膠凝時間較為可控的，常見的有水玻璃、環(huán)氧樹脂和聚氨酯。然而部分水電站的工作人員在選擇灌漿處理材料時為了能夠快速見效而選用了其他較少使用的化學(xué)材料，盡管在處理混凝土結(jié)構(gòu)縫滲水問題時可以實現(xiàn)對裂縫的快速補救，但是一些材料遇水會發(fā)生強烈的化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生膨脹后會產(chǎn)生一種力，當(dāng)其累積到一定程度時就會再次破壞被補救的混凝土裂縫，從而導(dǎo)致滲水情況繼續(xù)發(fā)生[3]。

化學(xué)灌漿處理適用于電站內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫以及孔隙噴水的情況。灌漿處理需做到表面無明水滲漏方可以停止，若在經(jīng)過一次灌漿處理后仍會出現(xiàn)部分裂縫滲水的情況，相關(guān)工作人員則需要再一次進行補灌，并多次進行檢測直至確保不會再次滲水。

4.3 防滲涂膜處理

如果混凝土結(jié)構(gòu)因施工過程中操作不當(dāng)或建筑材料質(zhì)量不合格而造成大面積滲水情況，采用化學(xué)灌漿處理是不合適的。通常在遇到該情況時，相關(guān)工作人員應(yīng)將混凝土結(jié)構(gòu)表面的水跡擦除，并選用特殊防水涂料涂抹于結(jié)構(gòu)物表面，從而形成一層防水膜。防滲涂膜法可以有效解決因混凝土內(nèi)部不密實而引起的水流滲入的問題。

防滲涂膜需要反復(fù)涂抹防水材料，常用的化學(xué)材料為丙烯酸防水涂料。具體的實施步驟如下：（1）以混凝土結(jié)構(gòu)面滲水處的最低點為基礎(chǔ)，用合適的毛刷將丙烯酸涂料均勻涂抹于滲水表面，等該層涂料徹底干透后在混凝土面整體涂刷一次，此為涂料的第一遍涂刷。（2）選用面積足夠、材質(zhì)優(yōu)良的聚酯布并覆蓋于混凝土結(jié)構(gòu)體表面，在聚酯布上再次涂刷一層丙烯酸防水涂料完全干透后再次涂刷，此為第二遍防滲處理。（3）重復(fù)（2）中步驟，并再次涂刷丙烯酸防水涂料，直至最終涂層厚度達(dá)到5mm左右。當(dāng)防滲涂膜完全干燥后應(yīng)與混凝土結(jié)構(gòu)表面緊緊黏結(jié)，從而有效達(dá)到防止水流滲入的效果。

5 結(jié)束語

水工建筑發(fā)生滲水事故的原因歸根結(jié)底在于工程在建筑施工時混凝土澆筑養(yǎng)護措施不完善造成混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生滲漏，以及電站內(nèi)部排水系統(tǒng)未及時清理而影響引排水效果。綜上所述，水工建筑內(nèi)部管理人員應(yīng)注意維護排水系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土出現(xiàn)裂縫并造成明水滲入時要及時對裂縫進行灌漿處理，如果混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)大范圍滲水，則對其進行防滲涂膜處理。總之，在日常管理中要預(yù)防滲水事件的發(fā)生，一旦出現(xiàn)滲水，就要及時采取補救措施，將事故危害降到最低。