天然花崗石板在水電廠渠道防滲中的應用

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境內，控制流域面積610km2，為渠道引水式電站。原設計流量25m3/s，設計水頭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，為全挖或內挖外填或全填型。渠道土渠段原設計斷面主要技術特征見表1。

2 渠道土渠段滲漏分析

渠道于1959年動工，1969年運行發電。原設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。原設計土渠內側采用竹筋混凝土預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等較薄弱土渠段內側襯砌采取C20預制混凝土板保護層膜料防滲改造，防滲效果良好，但也存在局部復合土工膜因底部積水產生預制混凝土板拱破現象(主要為山體滲水在原渠道底部三合土防滲層與復合土工膜之間產生積水，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渠道土渠段原設計斷面主要技術特征表

目前還存在樁號8+635－9+215、9+560－9+680、9+870－10+125、10+523－10+650土渠段未進行內側襯砌改造，原襯砌型式為兩側預制混凝土板底為現澆混凝土。

3 防滲設計

3.1 襯砌型式比較、選擇

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

3.1.1 現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《渠道防滲工程技術規范》(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 剛性材料預制鋪砌方案

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

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

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

各方案經濟、技術比較見表2、表3。

表2 方案經濟比較

表3方案技術比較

各方案施工期間都需要停水，將直接影響到電廠的發電效益。

(1)投資。花崗石板鋪砌比現澆鋼筋混凝土板襯砌投資減少10.12%，與預制鋼筋混凝土板鋪砌相當。

(2)工期。剛性材料預制鋪砌比現澆鋼筋混凝土襯砌的施工工期短約25天，提前發電增加發電收入約215萬元?；◢徥孱A制時間比鋼筋混凝土板短，經加工后花崗石板糙率比預制鋼筋混凝土板低，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，而現澆鋼筋混凝土及預制混凝土板鋪砌均比原設計減少了渠道過水面積。

(3)使用年限?；◢徥灞阮A制鋼筋混凝土板增加使用約10年。

經綜合比較，花崗石板防滲鋪砌方案明顯優于其它方案，該工程推薦采用花崗石板預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，根據就地取材的原則，按材料源情況選用，多為砂巖、灰巖、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

福建地區花崗石材分布廣泛，取材方便，且花崗石材具有優良的加工性能;耐磨性能好，比鑄鐵高5～10倍;熱膨脹系數小，不易變形，與銦鋼相仿，受溫度影響極微;化學性質穩定，不易風化，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，以起防沖抗滑作用。綜上所述，該工程采用福建當地花崗石材。

天然花崗石材主要技術指標見表5。

表5 天然花崗石材物理性能主要技術指標

3.3 防滲結構設計

該工程土渠段原設計為兩側預制混凝土板底為現澆混凝土襯砌型式，由于底部現澆混凝土襯砌結構完整良好，無需處理。防滲結構設計采用渠坡兩側花崗石板滿鋪，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。運輸施工現場過程中應防碰撞、滾摔。石料應致密堅硬且潔凈，顏色、花紋應基本一致。花崗石板外觀不允許有缺角、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)合格品有關規定。厚度為32mm，厚度偏差范圍為(－2mm;+2mm)?，F場通過肉眼觀察及游標卡尺測量進行外觀質量及尺寸檢查，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。內側原竹筋混凝土面板拆除后，渠道分段測量放樣，然后清除施工區域內的各部樹根、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，再在結合層上貼鋪預制石板。貼鋪石板前，應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，再將石板鋪設于渠道面上。天然花崗石板護面應在水泥砂漿初凝前鋪設完畢。石板安裝鋪設時，應橫、豎拉線砌筑，四角同時平穩下落，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。砌縫內的砂漿應填充飽滿，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設一條伸縮縫。伸縮縫構造為縫寬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，應清除縫內泥土，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。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。混凝土養護采用灑水措施，使混凝土表面經常保持濕潤狀態。

5 效果分析

花崗石材運輸量小，鋪設簡單，易于操作，施工設備少，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量和操作規范，施工質量優良。完工后經兩年多運行，渠面平順，渠道水流暢通，背水坡面滲水濕潤現象已明顯改善，無發現外堤下滑變形等不良現象，提高了渠道穩定性，達到了預期目標。