中小型輸水渠道裂縫擴(kuò)大現(xiàn)象的緊急處理

唐天保

(新疆電力設(shè)計(jì)院，烏魯木齊 830002)

輸水渠道是水工建筑物中比較重要的結(jié)構(gòu)，擔(dān)當(dāng)了水資源輸送的功能作用。近年來水電站質(zhì)量檢查報(bào)告顯示，輸水渠道面臨著較多的裂縫病害，給水資源調(diào)控系統(tǒng)的安全作業(yè)埋下了巨大的隱患。根據(jù)輸水渠道裂縫成因及其擴(kuò)大化因素，制定切實(shí)可行的緊急處理方案是很關(guān)鍵的。

1 輸水渠道的結(jié)構(gòu)組成

建筑中的渠道是指具有自由水面的人工水道。地面上的渠道多為開敞式明渠。埋設(shè)在地面下四周封閉的稱為暗渠。渠道按用途可分為:灌溉渠道、動(dòng)力渠道、供水渠道、通航渠道和排水渠道等。在實(shí)際工程中，常是一渠多用，如灌溉與通航、供水結(jié)合，灌溉與發(fā)電結(jié)合等。渠道設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為:渠道選線，確定斷面形式和尺寸，擬定渠道防滲措施等［1］。長(zhǎng)渠道通過非密實(shí)的黏土層、無(wú)黏性土層或裂隙發(fā)育的巖石層的滲漏損失，有時(shí)可達(dá)引水量的50% ～60%。滲漏不僅損失水量，影響工程效益，而且還將引起地下水位升高，對(duì)填方渠道甚至出現(xiàn)塌滑破壞。為此，需要在渠床表面加做護(hù)面等渠道防滲措施。

2 中小型輸水渠道裂縫擴(kuò)大的成因

新農(nóng)村政策提出之后，國(guó)家日趨加大了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資，提出了中小型水電站規(guī)劃與建設(shè)方案，滿足了地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。盡管中小型規(guī)模在使用性能方面有其獨(dú)特的價(jià)值，但實(shí)際運(yùn)用于水資源調(diào)控還存在著諸多弊端。水工建筑物病害是水電站改造常見的問題，不僅影響了建筑物結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性，也阻礙了水電站調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行的效率。輸水渠道在水工建筑物里是一個(gè)重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其常出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象。裂縫的成因有以下幾種:

1)設(shè)計(jì)因素。水電站建設(shè)前期都要經(jīng)過詳細(xì)地設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)院提供科學(xué)的建造方案指導(dǎo)施工。設(shè)計(jì)方案存在的種種缺陷，對(duì)水工建筑物施工造成了誤導(dǎo)作用，破壞了輸水渠道結(jié)構(gòu)的完整性。例如:工程設(shè)計(jì)師編制輸水渠道工程方案時(shí)，未經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察而隨意性設(shè)定渠道參數(shù)，輸水系統(tǒng)的整個(gè)布局與水電站空間面積不符合。使用一段時(shí)間后，渠道會(huì)因?yàn)闊o(wú)力承受輸送壓力而出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

2)施工因素。任何一個(gè)規(guī)模的水電站工程，其施工質(zhì)量是決定水工建筑物使用價(jià)值的關(guān)鍵因素。相反，施工單位選定的工藝方案不合理，將會(huì)引起不同類別的建筑病害。為了加快工程進(jìn)度，施工人員盲目地調(diào)整輸水渠道的操作工序，沒有按照水利工程建造標(biāo)準(zhǔn)完成結(jié)構(gòu)的筑造。如:水電站內(nèi)溝渠的開挖位置不準(zhǔn)確，輸水渠道安裝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，人工渠道混凝土施工不合格等，都是裂縫形成的因素。

3)管護(hù)因素。中小型輸水渠道出現(xiàn)裂縫，其最初成因是設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)操作失誤所致。但是，舊水電站綜合勘測(cè)報(bào)告顯示，輸水渠道裂縫形成與后期管理和維護(hù)工作也存在密切的聯(lián)系［2］。這是由于水工建筑物竣工初期，所有結(jié)構(gòu)都保持了完整的耐久性，經(jīng)過一段時(shí)間的水利作業(yè)，水工建筑物會(huì)因受力荷載增大、病害處理不當(dāng)、結(jié)構(gòu)防護(hù)缺失等原因，形成新的裂縫，舊裂縫則會(huì)有明顯的擴(kuò)大現(xiàn)象。

3 輸水渠道裂縫病害的緊急處理

由于多項(xiàng)因素的共同作用，水電站輸水渠道形成了不同程度的裂縫，且部分出現(xiàn)了裂縫擴(kuò)大化的問題。若將存在裂縫的渠道運(yùn)用于水資源輸送，不僅加劇了水工建筑結(jié)構(gòu)性能的損壞程度，也增加了傳輸過程中的水資源耗損率，造成大量水源被浪費(fèi)。因此，針對(duì)輸水渠道存在的裂縫問題，水電站應(yīng)及時(shí)聯(lián)系相關(guān)部門，分析裂縫病害的成因，制定切實(shí)可行的緊急處理方案。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，筆者編制了一套相對(duì)科學(xué)的緊急處理方案:

3.1 病害勘測(cè)

水工建筑物組合形式復(fù)雜，遍布于水電站內(nèi)的各個(gè)地方。輸水渠道按照不同的使用功能，廣泛地分布在水電站的隧洞、渡槽、管道等各個(gè)點(diǎn)。因而造成裂縫病害形成的因素也各不相同。為了提高輸水渠道裂縫處理的效果，發(fā)現(xiàn)裂縫后必須經(jīng)過詳細(xì)地勘測(cè)，收集與渠道裂縫相關(guān)的數(shù)據(jù)資料。如:裂縫的尺寸、深度、外形、位置等，這些都是制定緊急處理方案需要參考的內(nèi)容。

3.2 成因分析

結(jié)合勘測(cè)人員提供的數(shù)據(jù)，深入地分析輸水渠道裂縫形成的因素，必要時(shí)可進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)的計(jì)算對(duì)比。正常的分析流程，先除了從設(shè)計(jì)、施工、管護(hù)等大范圍確定裂縫的形成時(shí)期，再進(jìn)一步分析引起裂縫的細(xì)節(jié)原因［3］。通常，中小型水電站渠道裂縫成因包括:受力荷載、渠道結(jié)構(gòu)、筑造材料等，檢修人員掌握這些因素能夠指導(dǎo)處理方案的設(shè)計(jì)，以保證裂縫現(xiàn)象得到最有效地控制。

3.3 編制方案

當(dāng)具備了足夠的分析材料，施工單位便可以制定裂縫處理方案，以盡快抑制輸水渠道裂縫的擴(kuò)大化。根據(jù)筆者從事的水利工程病害處理經(jīng)驗(yàn)，渠道裂縫緊急處理的關(guān)鍵是技術(shù)方案，以裂縫病害的形成因素與表現(xiàn)程度為指導(dǎo)，提出切實(shí)可行的技術(shù)措施。一般情況下，水工建筑物裂縫病害處理的常用技術(shù):

1)填補(bǔ)技術(shù)。將存在裂縫的渠道位置進(jìn)行修補(bǔ)，選用高分子建筑材料填充，使裂縫能夠盡快粘合。這種方法適用于小型裂縫的處理，可起到較好的抗?jié)B抗裂作用;

2)開鑿技術(shù)。遇到比較嚴(yán)重的裂縫問題，則需選用開鑿技術(shù)進(jìn)行綜合處理。大型裂縫的開裂面積較大，且深度較深。先把裂縫做開鑿擴(kuò)大處理，再用高性能砂漿或混凝土修復(fù)，使渠道結(jié)構(gòu)盡快恢復(fù)原樣;

3)灌注技術(shù)。利用樹脂材料對(duì)裂縫強(qiáng)制性灌注，使渠道內(nèi)的裂縫能完全被填滿，如:使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌注，能夠快速地凝結(jié)裂縫。

3.4 后期養(yǎng)護(hù)

處理好的裂縫要經(jīng)過一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，以免輸水渠道形成新的裂縫。水電站工作人員要控制好渠道內(nèi)的水流量，防止水力荷載過大而沖蝕了渠道結(jié)構(gòu);日常運(yùn)行階段做好檢修工作，及時(shí)觀察到潛在的裂縫隱患;對(duì)于剛剛形成的裂縫現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)安排檢修人員處理，防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大而損壞渠道的性能。

4 從渠道線路控制裂縫的形成

渠道線路可根據(jù)運(yùn)用要求，結(jié)合地形、地質(zhì)、施工等條件，初選幾條線路，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選定。從渠道線路布局進(jìn)行優(yōu)化改良，可顯著降低裂縫病害的發(fā)生率。其一般原則和要求是:

1)盡量避開挖方或填方過大的地段，最好是挖方和填方基本平衡，或挖方略大于填方;

2)在平坦地段，線路應(yīng)力求短直，以減少工程量和水頭損失。當(dāng)受地形等條件限制、必須轉(zhuǎn)彎時(shí)，其轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于渠道正常水面寬的5倍［4］;

3)避免通過滑坡、透水性強(qiáng)和土壤沉降量大的地段;

4)通過山脊，挖方過大時(shí)，可選用隧洞;遇山谷，可采用倒虹吸管或渡槽;

5)盡量避免與道路、河流或其他渠道交叉，以減少交叉渠系建筑物。此外，還需考慮施工時(shí)的交通運(yùn)輸、動(dòng)力和水源供應(yīng)以及施工場(chǎng)地、取土場(chǎng)和棄土場(chǎng)的布置等。

5 結(jié)論

總之，中小型水電站由于投資小、收益大、易管理等特點(diǎn)，在新農(nóng)村建設(shè)期間的應(yīng)用價(jià)值受到肯定。水工建筑物是水電站最核心的組成結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)了站內(nèi)水資源的綜合調(diào)度。解決輸水渠道裂縫問題是水電站改造的重點(diǎn)內(nèi)容，其保證了水資源調(diào)度的有序進(jìn)行，降低了裂縫病害造成的經(jīng)濟(jì)損失。

［1］張金萍.水工建筑物中輸送渠道工程的應(yīng)用價(jià)值［J］.水利工程研究，2010，15(07):33 －35.

［2］呂星云.中小型水電站輸水渠道裂縫病害的成因［J］.山西建筑，2009，29(06):40 －43.

［3］李紹清.水電站輸水渠道裂縫病害處理的工藝流程［J］.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(16):25 －27.

［4］王學(xué)海.談從輸水渠道線路控制裂縫發(fā)生的措施［J］.城市建設(shè)理論，2010，12(06):19 －20.