蚌埠閘水電站結構縫漏水問題分析及處理

劉 渤

一、工程概況

蚌埠閘水利樞紐工程位于淮河干流中游，在蚌埠市淮上、禹會兩區(qū)之間，工程包括12 孔節(jié)制閘、28 孔節(jié)制閘、水電站、雙線船閘、分洪道及分洪橋等。主要功能為防洪、灌溉、航運、交通、發(fā)電。水電站在28 孔節(jié)制閘南端，為低水頭河床式水電站，目前總裝機6×1000kW，立式機組。電站廠房一期工程下部主體結構建于20 世紀60年代初，二期工程上部廠房建設及主、輔設備安裝于1987年完成。水電站的運行靠上游富余來水量，使用棄水運行發(fā)電，充分利用水利資源，為環(huán)保綠色電站。

電站廠房內部共上下四層，地上一層地面高程25m，為檢修車間及啟閉機室，啟閉機室地面高程25.8m；地下三層，負一層地面高程21m，主要布置高低壓電氣設備、調速器及辦公室；負二層地面高程18m，為發(fā)電機層；負三層地面高程14.335m，主要設備有水輪機、勵磁變、供水泵等輔助設備；負三層往下建有排水廊道。廠房南北方向與28 孔節(jié)制閘在同一軸線上，總長48.8m，廠房中間有一道結構縫。上游進水口底坎高程11m，上游正常蓄水位18.5m，設計洪水位23.22m。

二、漏水問題簡介

負三層上游側墻面中間結構縫，從2000年以來開始有半固態(tài)半液態(tài)的瀝青緩慢流出，水位較高時還有水滲出，后經(jīng)多年連續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，早期上游水位約在18.2m 以上時開始滲水，目前在上游水位17.95m 以上時就開始滲水。多年來，瀝青一直在不間斷地流出，流量比較穩(wěn)定，基本不受季節(jié)溫度的影響，而漏水量則隨著上游水位的增高明顯增加，尤其在汛期20m 以上的高水位時更呈噴涌狀。結構縫出水點約在16m 高程以上，但負二層墻面結構縫及以上則無滲漏水現(xiàn)象。

結構縫可分為三段，其中中段位于上游閘門平臺，為水平止水， 高程20.2m,水平長3.78m；下段由閘門平臺上游側向下至底板，垂直止水，高14.65m，下段縫的外立面為70°的傾斜面；上段由閘門平臺下游側沿主廠房西墻向上至墻頂。縫內主體填充材料為瀝青砂漿，3#瀝青與細沙的重量比為4 ∶6。瀝青砂漿常態(tài)下應為固態(tài)，不會流動。而上游側結構縫18m 高程以下的部分常年處于水下，溫度穩(wěn)定，不會接觸高溫，但縫內的瀝青發(fā)生軟化而流動。該水電站啟閉機室在2008年之前布置有兩臺透平油油罐及一臺變壓器油油罐，在結構縫兩側，透平油及變壓器油均為稀質油，因當時管理不夠細致，滲、漏油經(jīng)常發(fā)生，致使啟閉機室地面25.8m高程以下的結構縫室外側長時間被油浸蝕，2008年進行廠房裝修改造時將油罐拆除，之后，結構縫未再接觸過各種油品。

三、漏水問題原因分析

漏水的原因很可能與瀝青的流失有關，而瀝青的流失是因為發(fā)生了軟化，導致瀝青軟化的主要因素有高溫及稀釋介質的浸蝕，結合結構縫多年來的實際運行情況分析，可排除高溫影響的可能性，而透平油和變壓器油的常年浸蝕很可能是主要原因，為測試稀質油品對瀝青的影響，蚌埠閘工程管理處邀請河海大學水利工程專業(yè)的專家于2020年7月份來蚌埠閘水電站進行了現(xiàn)場勘查，對結構縫流出的瀝青做了取樣檢測，并進行了瀝青油蝕試驗。

1.瀝青油蝕試驗

該試驗通過稀質機油浸泡瀝青得出瀝青的損失質量，從而評價機油對瀝青的油蝕作用。同時，該試驗設置了不同的溫度工況，進一步探究季節(jié)溫度變化情況下機油對瀝青的油蝕規(guī)律。

（1）試驗準備

需要使用到的儀器和工具：烘箱（維持恒溫）；電子天平；量筒、燒杯。

（2）試驗步驟

利用電子天平秤出20g×3 的瀝青，利用量筒量出50mL×3 的機油，將瀝青浸泡在機油中并分別置于20℃、40℃和60℃中，每隔12h 測量各組瀝青的干質量，記錄數(shù)據(jù)并繪制圖表。

（3）試驗結果（見圖1）

圖1 不同溫度下瀝青油蝕發(fā)展規(guī)律圖

（4）結果分析

瀝青浸泡在機油中會受到油蝕作用，發(fā)生質量損失，隨著浸泡時間的推移，瀝青質量損失的速度逐漸變緩且最終達到動態(tài)平衡狀態(tài)；不同溫度條件下機油對瀝青的油蝕程度存在差異，具體表現(xiàn)為溫度越高，油蝕作用越強烈，瀝青損失的質量越多。

2.瀝青殘留穩(wěn)定度試驗

機油對瀝青的油蝕作用會引起瀝青的溶解，使得瀝青發(fā)生軟化，其內在的黏結力下降，造成強度的損失，從而降低了對結構縫的堵塞效果。在瀝青被機油浸泡后，該試驗繼續(xù)對瀝青進行馬歇爾穩(wěn)定度的測定，評價油蝕對瀝青穩(wěn)定度的作用。

（1）試驗準備

需要使用到的儀器設備：瀝青混合料馬歇爾試驗儀。

（2）試驗步驟

將試驗瀝青置于恒溫箱中保溫0.5h；將馬歇爾試驗儀的上下壓頭放入烘箱中達到同樣溫度；采用自動馬歇爾試驗儀時，連接好接線；啟動加載設備，使試件承受荷載，加載速度為50±5mm/min；記錄試件的穩(wěn)定度和流值。

（3）試驗結果（見表1）

表1 瀝青穩(wěn)定度試驗表

（4）結果分析

從結果中可以看出，不同溫度下的瀝青被機油浸泡后，其穩(wěn)定度都有所下降，且隨著浸泡溫度的提升，瀝青穩(wěn)定度下降得越快。

3.小結

室內試驗發(fā)現(xiàn)：固態(tài)瀝青浸泡在機油中會受到油蝕作用，瀝青逐漸溶解于機油中并最終達到平衡狀態(tài)，瀝青在物理性質上出現(xiàn)軟化的現(xiàn)象，部分瀝青呈半固態(tài)半液態(tài)且可流動，穩(wěn)定度下降，已喪失粘附性。

四、處理方法

根據(jù)勘查及試驗結果，可以確定蚌埠閘水電站廠房中間結構縫漏水的原因為縫內填充瀝青軟化流失，而瀝青軟化的原因為稀質油品的常年浸蝕。因目前上游水位低于18m 時結構縫即停止漏水，可以確定縫內現(xiàn)剩余瀝青的最高點高程約為18m，并且由室外向室內呈下降的坡狀，最低處高程約16m，18m 高程處結構縫的長度為3.34m。鑒于此，2020年11月下旬，水電站技術人員將上游閘門平臺處的水平段結構縫的保護層拆除，并將縫內清理干凈，以勘查縫內情況，發(fā)現(xiàn)縫的上游端有一個腳掌大小的孔，深近兩米，可達舊瀝青面，其余部分寬度在1～2cm，比較規(guī)則。隨后，工程技術人員經(jīng)過仔細研討，采用與原填充料相同的3#瀝青向深孔內灌注，以補充流失的填充料，恢復止水結構，并制定了詳細的施工方案。

（1）在上游水位低于17.8m 結構縫停止漏水時，在結構縫上游側外立面水面以上用SBS 防水卷材做防水層，高2m，以消除上游水位漲跌對施工的影響。

（2）用清潔的高壓自來水仔細沖洗結構縫內部，直至室內側流出清水為止。上游閘門平臺高程為20.2m，平臺地面距縫內瀝青的深度約2m。

（3）在上游閘門平臺處，利用大功率熱風槍向深孔內吹熱風，將舊瀝青干燥、軟化至粘手。吹風時從結構縫室內側應能感覺到熱風，同時將灌縫用的瀝青放入瀝青鍋內加熱至流體狀備用。

（4）一邊吹熱風，一邊將事先加熱成流體狀的3#瀝青灌注進孔內，同時，用一根3m 長直徑10mm的鋼筋，下端加熱，插到孔內上下攪動，確保新舊瀝青能充分融合，瀝青連續(xù)澆筑至距地面50mm。

（5）按照原設計結構恢復縫口保護層。

五、結語

2021年2月，利用一個上游低水位窗口期，按照事先制定的施工方案，施工人員對結構縫進行了施工，順利完成了結構縫的瀝青灌注。當上游水位為18.35m，安排工人將結構縫上游側外立面水面以下30cm 的SBS 防水卷材刺破，以檢驗縫內瀝青的灌注效果，待以后低水位時再將刺破的防水卷材修復。經(jīng)過72h 的浸水試驗，室內未發(fā)現(xiàn)滲水，瀝青灌注成功。

本次施工的質量控制關鍵節(jié)點包括：（1）向縫內吹熱風。施工時采用了兩臺4600W 的熱風槍，并用長2m、直徑32mm 的薄壁鋼管，下部按照結構縫的寬度壓扁，插入1.5m 深，上部管口保持原狀與熱風槍槍口對接，以保證熱風能到達底部的原瀝青面。（2）瀝青灌注時采用吹熱風用過的薄壁鋼管插到孔底引流，逐步抬高鋼管，以避免因瀝青掛壁阻礙向下流動，同時吹熱風以保持鋼管的溫度。灌注前先用燒紅的鋼筋插到底，將舊瀝青充分融化，確保了新舊瀝青的充分融合。（3）灌注連續(xù)，保持持續(xù)不間斷，上下攪動的鋼筋不能停止，施工時準備兩根鋼筋，一根使用時，另一根插到瀝青鍋內加熱，隨著新瀝青的增加，攪動的深度逐步提高，確保了填充瀝青的密實度。

水工建筑滲漏水為常見問題，多數(shù)情況很難徹底消除，此次結構縫漏水問題的處理效果較為理想■