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(huì)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(huì)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(huì)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(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)滲水以及孔隙噴水的現(xiàn)象。此外，廠房?jī)?nèi)部頂拱也是極易發(fā)生滲漏的部位。在暴雨或強(qiáng)霧化雨的沖擊下，會(huì)導(dǎo)致地下水位上升且水內(nèi)壓力增加，地下水會(huì)向頂拱聚集并往臨空面流出，嚴(yán)重時(shí)可能損壞周圍的發(fā)電設(shè)備。

水電站內(nèi)部會(huì)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(zhǎng)時(shí)間的雜質(zhì)堆積，引水管和排水孔會(huì)被碳酸鈣結(jié)晶所堵塞或孔口封閉不嚴(yán)，進(jìn)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(huì)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(gè)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(jiān)硬的巖石，則會(huì)造成電站運(yùn)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(qiáng)度等都會(huì)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(shí)，水流就會(huì)經(jīng)過縫隙進(jìn)入灌漿廊道；而地下水從壩坡滲入后也會(huì)最終從某一結(jié)構(gòu)薄弱部位排出。

3 成因監(jiān)測(cè)及分析

水電站出現(xiàn)滲水情況多與其興建地質(zhì)情況、項(xiàng)目施工期間的建設(shè)質(zhì)量情況和長(zhǎng)時(shí)間以來水庫運(yùn)行調(diào)度情況有關(guān)，因此在進(jìn)行成因監(jiān)測(cè)及分析時(shí)，需要重點(diǎn)針對(duì)上述滲水情況以及易發(fā)生滲水的部位進(jìn)行檢查。

在相關(guān)部門采取措施監(jiān)測(cè)大壩滲漏情況時(shí)，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(cè)值進(jìn)行分析。在檢測(cè)大壩滲漏情況時(shí)，通常會(huì)借助滲壓計(jì)對(duì)滲流進(jìn)行監(jiān)察和測(cè)量。在壩基位置，會(huì)將滲壓計(jì)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(huì)對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生一定的影響，壩基墊層下游側(cè)滲壓計(jì)的滲透壓力測(cè)值也會(huì)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(huì)導(dǎo)致墊層下游側(cè)和帷幕后壓力測(cè)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(jì)，這樣可以對(duì)壩體滲流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果顯示水流斷面高程的最大測(cè)值位于上游部位，則與上游水位的相關(guān)性較強(qiáng)，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(cè)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(cè)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(shí)搭建梯形量水堰和三角形量水堰，對(duì)大壩上游至下游的水位進(jìn)行全方位對(duì)比監(jiān)測(cè)。上游水位最高，其他位置的水位會(huì)依次降低。如果在監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)心墻后的水位較低，則可以證實(shí)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(cè)儀器可以有效測(cè)出大壩滲漏的主要源頭，從而根據(jù)相應(yīng)的補(bǔ)救措施進(jìn)行防滲設(shè)備改進(jìn)。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(duì)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(jìn)行排水系統(tǒng)的維護(hù)時(shí)，首先對(duì)廠外混凝土澆筑面進(jìn)行檢查，如有破損需要立即修補(bǔ)；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(jí)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(shí)，對(duì)廠外所有排水廊道的排水孔進(jìn)行疏通維護(hù)，將花管拔出進(jìn)行掃孔處理，及時(shí)對(duì)脫落、破損的排水管進(jìn)行更換，完成一系列維護(hù)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(duì)帷幕灌漿廊道洞口進(jìn)行灌漿處理以加強(qiáng)密封和固定作用，從而確保泄洪時(shí)霧化雨不會(huì)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(duì)廠內(nèi)頂拱部位加強(qiáng)了防滲處理。根據(jù)滲漏點(diǎn)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(duì)原有的排水溝和集水管進(jìn)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(shí)際情況進(jìn)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(shí)，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(gè)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(hù)→環(huán)氧膠泥涂刮→質(zhì)量驗(yàn)收。在正式進(jìn)行灌漿時(shí)，灌漿壓力不宜過大，通常為0.3MPa，因?yàn)楣酀{壓力過大極容易造成進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的快速補(bǔ)救，但是一些材料遇水會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生膨脹后會(huì)產(chǎn)生一種力，當(dāng)其累積到一定程度時(shí)就會(huì)再次破壞被補(bǔ)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(huì)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(jìn)行補(bǔ)灌，并多次進(jìn)行檢測(cè)直至確保不會(huì)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(shí)，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(shí)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(shí)施步驟如下：（1）以混凝土結(jié)構(gòu)面滲水處的最低點(diǎn)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(shí)混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)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(shí)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(hù)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(shí)要及時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)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(duì)其進(jìn)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(shí)采取補(bǔ)救措施，將事故危害降到最低。