吳天祥

（新疆新華水電投資股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830063）

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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］新疆冬季運行渠道凍脹是較為普遍的問題，文章分析了小山口二級水電站發(fā)電引水渠道的凍脹原因、渠道凍脹特點及處理實施的工藝、方法。得出工程處理關(guān)鍵是針對引起凍脹的本源——凍脹土進行了挖除換填，才從根本上解決了問題；另一方面要加強渠道的科學(xué)管理,科學(xué)調(diào)度運行，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，電站裝機容量3×16.5 MW，建設(shè)工期26個月。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，對該類渠道抗凍脹設(shè)計采用兩種方案，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。

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，引水渠道水位逐漸降低。3月11日運行人員在渠道巡視過程中，發(fā)現(xiàn)渠道部分樁號混凝土面板出現(xiàn)凸起和凹陷現(xiàn)象。為保證小山口二級水電站工程水工建筑物的安全運行，按盡量減少問題渠板的處理范圍和對粉土基礎(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)坡面的裂縫擇機采用堵漏劑進行處理。

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，為最為嚴重區(qū)域。該段已對凍脹土質(zhì)進行換填為核心處理，施工工藝分為7個工序，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日停機排空渠道開始，歷時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)計通知確定的拆除范圍，采用自噴漆將拆除部位現(xiàn)場標識，考慮到機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清理至渠頂，防止落入渠底，運輸至渠頂后人工裝8t自卸車將混凝土運輸至棄渣場。

拆除時注意保護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，按每工時拆除0.015 m3計算，計劃投入工人31名，風(fēng)鉆和風(fēng)鎬各兩臺，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名工人進行拆除，11名工人將混凝土搬運至渠頂，6人負責(zé)裝車。

3.1.2凍脹土挖除

1）工藝步驟。混凝土拆除完成后，將拆除部位混凝土板下的土工膜割除，割除時預(yù)留足夠的搭接寬度。采用1 m3挖掘機開挖凍土，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，修整馬道時會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。凍土開挖分兩層進行，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自卸汽車運輸至棄渣場。

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，挖掘機裝車時，自卸汽車倒車距離平均200 m，1 m3挖掘機裝車，8 t自卸車按每天拉100 m3考慮，共配備2臺挖掘機，8臺自卸汽車。每天挖除方量800 m3，計劃施工日期4月21日～5月1日。設(shè)備進場日期4月20日，并在安全區(qū)域配備10 m3油罐一個。

3.1.3級配礫石回填

1）工藝步驟。凍脹土挖除后，人工對基面進行清理整平夯實，基面經(jīng)驗收合格后進行級配礫石回填施工。級配礫石從料場取料，采用1 m3挖掘機裝8t自卸汽車運輸至現(xiàn)場，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)場試驗進行確定采用74 kW推土機進行整平，13.5 t凸塊振動碾碾壓。對于邊角處振動碾壓實不到的部位，工人使用2.8 kW蛙式打夯機進行夯實，每層級配料填筑完成并壓實后，由監(jiān)理進行相對密度檢測，檢測合格后進行下一層施工?；靥钜欢▽訑?shù)后及時對坡面上多余的砂礫料進行清理，填筑完成后采用人工進行坡面修整，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，對于落入渠道內(nèi)的石塊及砂礫石及時清理。

2）人員設(shè)備投入。本部位級配礫石方量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臺挖掘機，8臺自卸汽車。每天挖除方量880 m3，級配礫石回填分兩段進行。

3.1.4砂漿找平層鋪筑

1）工藝步驟。找平層砂漿標號為M10，砂漿由和靜商品混凝土站購置，混凝土攪拌車運輸至施工現(xiàn)場，運距85 km，運輸?shù)浆F(xiàn)場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計算，計劃投入52名工人，20人負責(zé)卸料攤鋪，32人負責(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)場實際情況進行定制，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焊接，選用焊接經(jīng)驗豐富的工人進行，焊接完成后報監(jiān)理進行聯(lián)合檢驗，檢驗合格后進行上層土工膜鋪設(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計算，計劃投入24名工人，4臺土工膜焊縫機，土工膜粘接材料工具10套，6人負責(zé)鋪設(shè)，8人用焊縫機焊接。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，混凝土攪拌車運輸至施工現(xiàn)場后，試驗員在旁站監(jiān)理的見證下進行取樣，試塊留備檢驗?；炷潦褂昧锊圯斔腿雮}，澆筑時從下到上澆筑，伸縮縫錯縫設(shè)置，混凝土入倉后先采用使用手持式振搗棒進行混凝土振搗，振搗均勻，時間不宜過長。并注意保護下部土工膜，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，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收面抹光。澆筑完成及時覆蓋并灑水養(yǎng)護。

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，防止施工時密封膠污染面板。密封膠在現(xiàn)場拌合，嚴格按照配比要求，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，避免形成空腔。填縫工人完成填膠后，后面安排專人進行抹平修整。

聚硫密封膠一般24 h后可正常硫化，完全硫化需7 d時間，在此段時間內(nèi)應(yīng)注意保護，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7 d完成。

4　結(jié)語

在新疆冬季運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)對襯砌渠道的凍脹有一定影響，透水性較強的基土土質(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。由于渠道在運行當中長期有水,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)鍵是針對引起凍脹的本源——凍脹土進行了挖除換填，才從根本上解決了問題；另一方面要加強渠道的科學(xué)管理，科學(xué)調(diào)度運行，不能驟降渠道水位。

［中圖分類號］TV698.2+6

［文獻標識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）05－0012－03

[收稿日期]2015-12-24