天然花崗石板在水電廠渠道防滲中的應(yīng)用

游玉飛

(華電南靖水電廠，福建漳州 363600)

1 工程概況

華電南靖水電廠位于漳州九龍江西溪支流船場溪中游的船場鎮(zhèn)境內(nèi)，控制流域面積610km2，為渠道引水式電站。原設(shè)計流量25m3/s，設(shè)計水頭93.68m，電站裝機容量2×12.5MW。2006～2008年兩臺機組改造后單機額定流量均為15.35m3/s。由于渠道過流受限現(xiàn)電廠實際引用流量為27.5m3/s。

引水渠道全長11.07km，其中襯砌石渠長3830m，襯砌土渠長6229m，隧洞長854m，暗涵及砌石渡槽等157m。石渠縱坡0.8‰，土渠縱坡0.3‰，土渠段流速為1.1～1.5m/s。渠道全線基本沿河道右岸傍山布置，為全挖或內(nèi)挖外填或全填型。渠道土渠段原設(shè)計斷面主要技術(shù)特征見表1。

2 渠道土渠段滲漏分析

渠道于1959年動工，1969年運行發(fā)電。原設(shè)計土渠道段采用漿砌石襯砌的，電廠自1999年以來多次進行砂漿抹面，防滲狀況良好。原設(shè)計土渠內(nèi)側(cè)采用竹筋混凝土預(yù)制板襯砌防滲和防沖刷，受當時條件限制，混凝土板薄(5cm)，強度低，抗裂性差。

運行至今，竹筋混凝土預(yù)制板長期沖刷變薄，糙率增大，因熱脹冷縮等原因大部分已龜裂，部分已損壞，再加上接縫的膠結(jié)材料脫落，裂縫處和接縫處成為滲漏水流入口，混凝土面板已失去防滲作用。2001年電廠對樁號2+300－5+700、10+125－10+220等較薄弱土渠段內(nèi)側(cè)襯砌采取C20預(yù)制混凝土板保護層膜料防滲改造，防滲效果良好，但也存在局部復(fù)合土工膜因底部積水產(chǎn)生預(yù)制混凝土板拱破現(xiàn)象(主要為山體滲水在原渠道底部三合土防滲層與復(fù)合土工膜之間產(chǎn)生積水，因排水不暢水壓頂托土工膜所至)，以及渠道過水斷面變小影響過流情況。

表1渠道土渠段原設(shè)計斷面主要技術(shù)特征表

目前還存在樁號8+635－9+215、9+560－9+680、9+870－10+125、10+523－10+650土渠段未進行內(nèi)側(cè)襯砌改造，原襯砌型式為兩側(cè)預(yù)制混凝土板底為現(xiàn)澆混凝土。

3 防滲設(shè)計

3.1 襯砌型式比較、選擇

該渠道防滲襯砌可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌和剛性材料預(yù)制鋪砌防滲兩種型式，現(xiàn)分別敘述如下。

3.1.1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌方案

該渠道實際引用流量為27.5m3/s，流速1.1～1.5m/s。根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL18-2004)，混凝土防滲層最小厚度為8cm，梯形渠道采用等厚板。該工程采用10cm等厚板，混凝土強度為C20，沿渠方向每8m設(shè)一條伸縮縫，伸縮縫采用止水帶止水。為了不減少過水面積，對渠道原預(yù)制竹筋混凝土面板拆除并平整后再進行澆筑。

3.1.2 剛性材料預(yù)制鋪砌方案

根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL18-2004)，在選擇防滲方案時，應(yīng)盡量考慮土渠開挖土方的應(yīng)用問題。如有適合的土料，可采用壓實性土料防滲。該工程土渠原設(shè)計已采用三合土防滲，在2001年預(yù)制混凝土板更換時采用膜料鋪設(shè)后局部出現(xiàn)混凝土板拱破現(xiàn)象，也說明原三合土防滲效果仍較好。故此次不考慮鋪設(shè)土工膜。

(1)預(yù)制鋼筋混凝土板鋪砌。尺寸規(guī)格采用:600mm×600mm×60mm。施工方法為:對渠道原預(yù)制竹筋混凝土面板拆除并平整，鋪設(shè)水泥砂漿25mm后砌筑C20預(yù)制混凝土板，預(yù)制混凝土板間膠結(jié)材料為M10水泥砂漿。

(2)預(yù)制石板鋪砌。尺寸規(guī)格為:600mm×600mm×30mm。施工方法為:對渠道原預(yù)制竹筋混凝土面板拆除并平整，鋪設(shè)水泥砂漿25mm后砌筑花崗石板，石板間膠結(jié)材料為M10水泥砂漿。

各方案經(jīng)濟、技術(shù)比較見表2、表3。

表2 方案經(jīng)濟比較

表3方案技術(shù)比較

各方案施工期間都需要停水，將直接影響到電廠的發(fā)電效益。

(1)投資?；◢徥邃伷霰痊F(xiàn)澆鋼筋混凝土板襯砌投資減少10.12%，與預(yù)制鋼筋混凝土板鋪砌相當。

(2)工期。剛性材料預(yù)制鋪砌比現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌的施工工期短約25天，提前發(fā)電增加發(fā)電收入約215萬元?；◢徥孱A(yù)制時間比鋼筋混凝土板短，經(jīng)加工后花崗石板糙率比預(yù)制鋼筋混凝土板低，減少水能損失。采用花崗石板因板薄增大了渠道過流斷面面積，而現(xiàn)澆鋼筋混凝土及預(yù)制混凝土板鋪砌均比原設(shè)計減少了渠道過水面積。

(3)使用年限。花崗石板比預(yù)制鋼筋混凝土板增加使用約10年。

經(jīng)綜合比較，花崗石板防滲鋪砌方案明顯優(yōu)于其它方案，該工程推薦采用花崗石板預(yù)制鋪砌防滲的襯砌型式。

3.2 石材選用

漿砌石板襯砌所用石料，根據(jù)就地取材的原則，按材料源情況選用，多為砂巖、灰?guī)r、花崗巖、玄武巖等，由人工開采加工而成，各常用巖石特征見表4。

表4 常用建筑巖石特征表

福建地區(qū)花崗石材分布廣泛，取材方便，且花崗石材具有優(yōu)良的加工性能;耐磨性能好，比鑄鐵高5～10倍;熱膨脹系數(shù)小，不易變形，與銦鋼相仿，受溫度影響極微;化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易風(fēng)化，能耐酸、堿及腐蝕氣體的侵蝕。同時該工程石材需鋪砌在渠道坡面上，利用花崗石不耐火特性可加工成火燒面，能與砂漿過渡層良好粘結(jié)，以起防沖抗滑作用。綜上所述，該工程采用福建當?shù)鼗◢徥摹?/p>

天然花崗石材主要技術(shù)指標見表5。

表5 天然花崗石材物理性能主要技術(shù)指標

3.3 防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計

該工程土渠段原設(shè)計為兩側(cè)預(yù)制混凝土板底為現(xiàn)澆混凝土襯砌型式，由于底部現(xiàn)澆混凝土襯砌結(jié)構(gòu)完整良好，無需處理。防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計采用渠坡兩側(cè)花崗石板滿鋪，包括M10水泥砂漿過渡層、水泥漿涂刷層和花崗石板面層，C20混凝土封頂。

4 花崗石板防滲施工工序和方法

4.1 花崗石板加工及檢測

將花崗石荒料在工廠機器鋸割加工成半成品板材，一面用燒毛機火焰噴燒使其表面部分顆粒熱脹破裂脫落，形成起伏有序粗面紋飾。加工完成后所有的花崗石板都需要檢驗，首先要通過清洗，然后是吹干檢驗，合格品包裝起運。運輸施工現(xiàn)場過程中應(yīng)防碰撞、滾摔。石料應(yīng)致密堅硬且潔凈，顏色、花紋應(yīng)基本一致?；◢徥逋庥^不允許有缺角、裂紋存在，其它外觀缺陷需符合《天然花崗石建筑板材》(GB/T18601-2009)合格品有關(guān)規(guī)定。厚度為32mm，厚度偏差范圍為(－2mm;+2mm)?，F(xiàn)場通過肉眼觀察及游標卡尺測量進行外觀質(zhì)量及尺寸檢查，主要物理性能抽樣送檢。

4.2 清理夯平基面

渠道原竹筋混凝土板拆除采用機械和人工同時進行。對沉陷變形較大者用三合土夯實，局部凹陷用M10砂漿補平。內(nèi)側(cè)原竹筋混凝土面板拆除后，渠道分段測量放樣，然后清除施工區(qū)域內(nèi)的各部樹根、雜草垃圾、廢碴等一切尖角雜物和淤積物，并平整夯實。

4.3 M10砂漿過渡層及天然花崗石板護面鋪砌

鋪砌前清掃基層并提前澆水濕潤基層表面。M10砂漿過渡層泥抹找平，應(yīng)均勻攤鋪，厚度約25mm。攤鋪水泥砂漿找平層時，攤鋪砂漿長度應(yīng)在1m以上，寬度要超出平板寬度20～30mm。砂漿用大杠刮平、拍實，用木抹子找平，再在結(jié)合層上貼鋪預(yù)制石板。貼鋪石板前，應(yīng)在找平層上均勻地撒一層干水泥面粉，并用刷子醮水彈一遍，同時在石板背面(火燒面)刷水泥漿，再將石板鋪設(shè)于渠道面上。天然花崗石板護面應(yīng)在水泥砂漿初凝前鋪設(shè)完畢。石板安裝鋪設(shè)時，應(yīng)橫、豎拉線砌筑，四角同時平穩(wěn)下落，上下層錯縫，縫寬控制在2cm左右，用橡皮錘輕巧振實，并用水平尺找平。砌縫內(nèi)的砂漿應(yīng)填充飽滿，最后用M10砂漿細心勾縫，并及時清理表面多余砂漿。

4.4 C20混凝土封頂處理

在花崗石板與內(nèi)外渠堤間澆筑C20封頂混凝土，沿渠方向混凝土澆筑每隔15m設(shè)一條伸縮縫。伸縮縫構(gòu)造為縫寬20mm，底部為20mm焦油塑料膠泥填筑，后用35mm瀝清砂漿勾縫。填筑伸縮縫時，應(yīng)清除縫內(nèi)泥土，雜物，使縫壁清潔干燥。灌縫時，將制好并保持1100C焦油塑料膠泥裝入有V型缺口的鐵桶，趁熱灌注，迅速用木棒攪動抹壓，使膠泥與縫壁充分粘結(jié)。冷卻后，即可將溫度控制在1200C～1300C瀝青砂漿填入上部縫隙，邊填邊用窄小木板或小鐵抹子壓實抹光，使表面光滑平整與縫壁粘牢。混凝土養(yǎng)護采用灑水措施，使混凝土表面經(jīng)常保持濕潤狀態(tài)。

5 效果分析

花崗石材運輸量小，鋪設(shè)簡單，易于操作，施工設(shè)備少，工期短，投資省。該工程采用花崗石板作護面防滲，其板材(厚30mm)較混凝土防滲板薄，施工搬運輕便(單塊石板重約28kg，而60mm厚單塊混凝土板重約48kg)，其總造價與混凝土防滲相當，但克服混凝土護面糙率大，流速小、易滋生雜草等缺點。

華電南靖水電廠土渠花崗石板護面防滲工程，由于各方面都重視質(zhì)量和操作規(guī)范，施工質(zhì)量優(yōu)良。完工后經(jīng)兩年多運行，渠面平順，渠道水流暢通，背水坡面滲水濕潤現(xiàn)象已明顯改善，無發(fā)現(xiàn)外堤下滑變形等不良現(xiàn)象，提高了渠道穩(wěn)定性，達到了預(yù)期目標。