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(huì)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(yùn)、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(jī)6×1000kW，立式機(jī)組。電站廠房一期工程下部主體結(jié)構(gòu)建于20 世紀(jì)60年代初，二期工程上部廠房建設(shè)及主、輔設(shè)備安裝于1987年完成。水電站的運(yùn)行靠上游富余來(lái)水量，使用棄水運(yùn)行發(fā)電，充分利用水利資源，為環(huán)保綠色電站。

電站廠房?jī)?nèi)部共上下四層，地上一層地面高程25m，為檢修車間及啟閉機(jī)室，啟閉機(jī)室地面高程25.8m；地下三層，負(fù)一層地面高程21m，主要布置高低壓電氣設(shè)備、調(diào)速器及辦公室；負(fù)二層地面高程18m，為發(fā)電機(jī)層；負(fù)三層地面高程14.335m，主要設(shè)備有水輪機(jī)、勵(lì)磁變、供水泵等輔助設(shè)備；負(fù)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(zhǎng)48.8m，廠房中間有一道結(jié)構(gòu)縫。上游進(jìn)水口底坎高程11m，上游正常蓄水位18.5m，設(shè)計(jì)洪水位23.22m。

二、漏水問(wèn)題簡(jiǎn)介

負(fù)三層上游側(cè)墻面中間結(jié)構(gòu)縫，從2000年以來(lái)開(kāi)始有半固態(tài)半液態(tài)的瀝青緩慢流出，水位較高時(shí)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(shí)開(kāi)始滲水，目前在上游水位17.95m 以上時(shí)就開(kāi)始滲水。多年來(lái)，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(shí)更呈噴涌狀。結(jié)構(gòu)縫出水點(diǎn)約在16m 高程以上，但負(fù)二層墻面結(jié)構(gòu)縫及以上則無(wú)滲漏水現(xiàn)象。

結(jié)構(gòu)縫可分為三段，其中中段位于上游閘門平臺(tái)，為水平止水， 高程20.2m,水平長(zhǎng)3.78m；下段由閘門平臺(tái)上游側(cè)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(tái)下游側(cè)沿主廠房西墻向上至墻頂。縫內(nèi)主體填充材料為瀝青砂漿，3#瀝青與細(xì)沙的重量比為4 ∶6。瀝青砂漿常態(tài)下應(yīng)為固態(tài)，不會(huì)流動(dòng)。而上游側(cè)結(jié)構(gòu)縫18m 高程以下的部分常年處于水下，溫度穩(wěn)定，不會(huì)接觸高溫，但縫內(nèi)的瀝青發(fā)生軟化而流動(dòng)。該水電站啟閉機(jī)室在2008年之前布置有兩臺(tái)透平油油罐及一臺(tái)變壓器油油罐，在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)，透平油及變壓器油均為稀質(zhì)油，因當(dāng)時(shí)管理不夠細(xì)致，滲、漏油經(jīng)常發(fā)生，致使啟閉機(jī)室地面25.8m高程以下的結(jié)構(gòu)縫室外側(cè)長(zhǎng)時(shí)間被油浸蝕，2008年進(jìn)行廠房裝修改造時(shí)將油罐拆除，之后，結(jié)構(gòu)縫未再接觸過(guò)各種油品。

三、漏水問(wèn)題原因分析

漏水的原因很可能與瀝青的流失有關(guān)，而瀝青的流失是因?yàn)榘l(fā)生了軟化，導(dǎo)致瀝青軟化的主要因素有高溫及稀釋介質(zhì)的浸蝕，結(jié)合結(jié)構(gòu)縫多年來(lái)的實(shí)際運(yùn)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(cè)試稀質(zhì)油品對(duì)瀝青的影響，蚌埠閘工程管理處邀請(qǐng)河海大學(xué)水利工程專業(yè)的專家于2020年7月份來(lái)蚌埠閘水電站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)結(jié)構(gòu)縫流出的瀝青做了取樣檢測(cè)，并進(jìn)行了瀝青油蝕試驗(yàn)。

1.瀝青油蝕試驗(yàn)

該試驗(yàn)通過(guò)稀質(zhì)機(jī)油浸泡瀝青得出瀝青的損失質(zhì)量，從而評(píng)價(jià)機(jī)油對(duì)瀝青的油蝕作用。同時(shí)，該試驗(yàn)設(shè)置了不同的溫度工況，進(jìn)一步探究季節(jié)溫度變化情況下機(jī)油對(duì)瀝青的油蝕規(guī)律。

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)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(yàn)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(jī)油，將瀝青浸泡在機(jī)油中并分別置于20℃、40℃和60℃中，每隔12h 測(cè)量各組瀝青的干質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)并繪制圖表。

（3）試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)圖1）

圖1 不同溫度下瀝青油蝕發(fā)展規(guī)律圖

（4）結(jié)果分析

瀝青浸泡在機(jī)油中會(huì)受到油蝕作用，發(fā)生質(zhì)量損失，隨著浸泡時(shí)間的推移，瀝青質(zhì)量損失的速度逐漸變緩且最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；不同溫度條件下機(jī)油對(duì)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(qiáng)烈，瀝青損失的質(zhì)量越多。

2.瀝青殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)

機(jī)油對(duì)瀝青的油蝕作用會(huì)引起瀝青的溶解，使得瀝青發(fā)生軟化，其內(nèi)在的黏結(jié)力下降，造成強(qiáng)度的損失，從而降低了對(duì)結(jié)構(gòu)縫的堵塞效果。在瀝青被機(jī)油浸泡后，該試驗(yàn)繼續(xù)對(duì)瀝青進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度的測(cè)定，評(píng)價(jià)油蝕對(duì)瀝青穩(wěn)定度的作用。

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備

需要使用到的儀器設(shè)備：瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)儀。

（2）試驗(yàn)步驟

將試驗(yàn)瀝青置于恒溫箱中保溫0.5h；將馬歇爾試驗(yàn)儀的上下壓頭放入烘箱中達(dá)到同樣溫度；采用自動(dòng)馬歇爾試驗(yàn)儀時(shí)，連接好接線；啟動(dòng)加載設(shè)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(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）

表1 瀝青穩(wěn)定度試驗(yàn)表

（4）結(jié)果分析

從結(jié)果中可以看出，不同溫度下的瀝青被機(jī)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(jié)

室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：固態(tài)瀝青浸泡在機(jī)油中會(huì)受到油蝕作用，瀝青逐漸溶解于機(jī)油中并最終達(dá)到平衡狀態(tài)，瀝青在物理性質(zhì)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(dòng)，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(yàn)結(jié)果，可以確定蚌埠閘水電站廠房中間結(jié)構(gòu)縫漏水的原因?yàn)榭p內(nèi)填充瀝青軟化流失，而瀝青軟化的原因?yàn)橄≠|(zhì)油品的常年浸蝕。因目前上游水位低于18m 時(shí)結(jié)構(gòu)縫即停止漏水，可以確定縫內(nèi)現(xiàn)剩余瀝青的最高點(diǎn)高程約為18m，并且由室外向室內(nèi)呈下降的坡?tīng)?，最低處高程約16m，18m 高程處結(jié)構(gòu)縫的長(zhǎng)度為3.34m。鑒于此，2020年11月下旬，水電站技術(shù)人員將上游閘門平臺(tái)處的水平段結(jié)構(gòu)縫的保護(hù)層拆除，并將縫內(nèi)清理干凈，以勘查縫內(nèi)情況，發(fā)現(xiàn)縫的上游端有一個(gè)腳掌大小的孔，深近兩米，可達(dá)舊瀝青面，其余部分寬度在1～2cm，比較規(guī)則。隨后，工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)仔細(xì)研討，采用與原填充料相同的3#瀝青向深孔內(nèi)灌注，以補(bǔ)充流失的填充料，恢復(fù)止水結(jié)構(gòu)，并制定了詳細(xì)的施工方案。

（1）在上游水位低于17.8m 結(jié)構(gòu)縫停止漏水時(shí)，在結(jié)構(gòu)縫上游側(cè)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(duì)施工的影響。

（2）用清潔的高壓自來(lái)水仔細(xì)沖洗結(jié)構(gòu)縫內(nèi)部，直至室內(nèi)側(cè)流出清水為止。上游閘門平臺(tái)高程為20.2m，平臺(tái)地面距縫內(nèi)瀝青的深度約2m。

（3）在上游閘門平臺(tái)處，利用大功率熱風(fēng)槍向深孔內(nèi)吹熱風(fēng)，將舊瀝青干燥、軟化至粘手。吹風(fēng)時(shí)從結(jié)構(gòu)縫室內(nèi)側(cè)應(yīng)能感覺(jué)到熱風(fēng)，同時(shí)將灌縫用的瀝青放入瀝青鍋內(nèi)加熱至流體狀備用。

（4）一邊吹熱風(fēng)，一邊將事先加熱成流體狀的3#瀝青灌注進(jìn)孔內(nèi)，同時(shí)，用一根3m 長(zhǎng)直徑10mm的鋼筋，下端加熱，插到孔內(nèi)上下攪動(dòng)，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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)恢復(fù)縫口保護(hù)層。

五、結(jié)語(yǔ)

2021年2月，利用一個(gè)上游低水位窗口期，按照事先制定的施工方案，施工人員對(duì)結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行了施工，順利完成了結(jié)構(gòu)縫的瀝青灌注。當(dāng)上游水位為18.35m，安排工人將結(jié)構(gòu)縫上游側(cè)外立面水面以下30cm 的SBS 防水卷材刺破，以檢驗(yàn)縫內(nèi)瀝青的灌注效果，待以后低水位時(shí)再將刺破的防水卷材修復(fù)。經(jīng)過(guò)72h 的浸水試驗(yàn)，室內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滲水，瀝青灌注成功。

本次施工的質(zhì)量控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)包括：（1）向縫內(nèi)吹熱風(fēng)。施工時(shí)采用了兩臺(tái)4600W 的熱風(fēng)槍，并用長(zhǎng)2m、直徑32mm 的薄壁鋼管，下部按照結(jié)構(gòu)縫的寬度壓扁，插入1.5m 深，上部管口保持原狀與熱風(fēng)槍槍口對(duì)接，以保證熱風(fēng)能到達(dá)底部的原瀝青面。（2）瀝青灌注時(shí)采用吹熱風(fēng)用過(guò)的薄壁鋼管插到孔底引流，逐步抬高鋼管，以避免因?yàn)r青掛壁阻礙向下流動(dòng)，同時(shí)吹熱風(fēng)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(dòng)的鋼筋不能停止，施工時(shí)準(zhǔn)備兩根鋼筋，一根使用時(shí)，另一根插到瀝青鍋內(nèi)加熱，隨著新瀝青的增加，攪動(dòng)的深度逐步提高，確保了填充瀝青的密實(shí)度。

水工建筑滲漏水為常見(jiàn)問(wèn)題，多數(shù)情況很難徹底消除，此次結(jié)構(gòu)縫漏水問(wèn)題的處理效果較為理想■