重型動荷載電站開關柜室屋面裂縫分析及防水技術探討

(1.湖北省漢江興隆水利樞紐管理局,湖北 武漢 430062;2.福州大學,福建 福州 350108;3.湖北水總水利水電建設股份有限公司,湖北 武漢 430034)

1 工程概況

興隆水利樞紐電站為河床徑流式電站，位于湖北省漢江中下游。所在地冬夏溫差及一年中部分時段早晚溫差很大。電站副廠房中的400V開關柜室位于樞紐下游，其屋面樓板即為廠房大門外路面，高程即為大壩壩頂高程，為主廠房進廠通道，施工期的水輪發電機組設備、施工設備及工程完工后運行期的施工設備及機組部件均從此處進出，通行的最大單車荷載達60t，運行期有車輛停放，基本為乘用車。開關柜室下游為大壩結構空腔體，空腔體屋面為大壩交通道路，常年有少量車量通行，基本為乘用車。開關柜室及空腔體屋頂樓板結構為50cm厚現澆鋼筋混凝土結構，均處露天(開關柜室梁板平面結構尺寸如圖1所示)。開關柜室及空腔體所在路面均鋪有6cm以上厚度不等的瀝青混凝土。該結構混凝土于2012年4月完成澆筑施工。

圖1 開關柜室梁板平面尺寸(單位：cm)

2 屋面防水技術要求及設計

2.1 技術要求

開關柜室內布置有全站的400V開關柜及其他電氣設備，設計上不允許其滲漏水；空腔體為結構性構筑物，其在設計上不需具有其他功能，但從結構安全性及使用年限角度出發，原則上不能漏水。針對此種情況，應對其做專門的防水設計。

2.2 防水設計

該處的施工期防水未做專門設計，結構上只設計有50cm厚承重混凝土板及瀝青混凝土面層。

3 屋面防水漏水及處理

3.1 裂縫產生及第一次處理

樓板完成混凝土施工、設備安裝前，參建單位發現樓板漏水嚴重，漏水處樓板裂縫明顯可見，裂縫走向呈各向性，每跨均存在，無貫穿性裂縫。漏水點均為裂縫處，其他部位無漏水滲水現象。監理機構隨即與施工單位一同對裂縫進行了檢測和統計。

經各參建單位會商，結合運行期可能的荷載情況，認為產生的裂縫不影響結構使用，決定以防止滲漏水及防結構內鋼筋腐蝕為處理目的，不做加固處理而只進行防水處理。處理方案為在裂縫上表面處開槽后丙乳打底填入環氧砂漿防水填料，沿縫周邊每隔20cm埋一根灌漿嘴進行化學灌漿。該方案施工完成后，因工期要求，隨即開始并完成路面瀝青混凝土施工。

2014年8月處理完成后，樓板大面已無滲漏水點，邊角局部有滲水點，但已較以前滲漏量大為減少。

3.2 裂縫再次張開及重復處理

2015年春，部分裂縫處再次發生滲漏水現象，觀察無新的裂縫展開。因地面已被瀝青覆蓋，在不破壞瀝青面層的前提下，無合適處理方案，故暫定采取從樓底面化學灌漿的方案，對裂縫進行化學灌漿，在灌漿之前，先進行表層鑿槽、回填預縮砂漿，再用堵漏王對裂縫進行表面封閉。按此法施工完成后，漏點被堵住。

2015年9月，部分裂縫再次發生滲漏水現象，漏水處與上一次處理的裂縫部分重合。

至此，以前的防水方案基本失敗，必須重新考慮防水方案。

4 樓板裂縫產生及反復張開原因分析

4.1 裂縫第一次形成的原因分析

2012年底，設計單位通過分析溫降效應和地基沉降監測結果，得出如下結論:溫降荷載和地基沉降均不足以使安裝場高程44.70m板梁結構產生目前狀態的裂縫，當前裂縫可能是各種原因共同作用的結果。

4.2 處理后裂縫反復張開的原因分析

對于裂縫經兩次處理后均再次張開的情況，分析認為其主要原因為：?受該地區晝夜溫差及季節溫差影響，混凝土反復熱脹冷縮導致裂縫再次張開；?通行車輛等的動荷載導致；?發電機組運行時的振動傳導到該部位。其中前兩種是主要原因。

5 防水處理方案的重新設計

5.1 應考慮的外在影響因素

經業主組織設計單位分析前兩次處理結果，認為前期未做專門的防水設計，結合裂縫產生及反復張開的原因分析，必須另設計防水方案。在進行防水設計時，主要考慮的外在影響因素有以下兩點。

5.1.1 路面動荷載

路面動荷載主要為通行車輛。該工程在運行期路面仍有重型工程車輛通行，應考慮其通行時對防水結構的破壞作用。車輛的荷載作用主要有其自身重量造成的垂直動荷載，以及剎車、起步、提速、轉彎時產生的水平力荷載。

5.1.2 環境溫差

環境溫差包括季節溫差、晝夜溫差。環境溫差會使混凝土熱脹冷縮造成裂縫反復脹縮。還必須考慮的是該樓板厚度達50cm，兩面溫度變化不一致對混凝土裂縫及防水層會造成不利影響。

5.2 內外兩種處理方案的比選

5.2.1 內防水處理方案

內防水處理方案為對室內頂棚進行防水封閉處理，主要為在室內頂棚表面粘貼防水卷材，然后對頂棚進行吊頂美化處理。

5.2.2 外防水處理

外防水處理方案為在室外結構面進行防水封閉處理，主要為在鋼筋混凝土表面做防水層。該方案需先鏟除表面瀝青混凝土層。

5.2.3 方案選擇

經討論，認為外防水處理方案能防止雨水進入混凝土內造成鋼筋銹蝕，如采用多重防水方案，防水處理將比較徹底且能達到防止結構內進水的目的；而內防水方案會對防水卷材形成一定的水壓力，處理效果不如外防水處理方案。故最終選擇外防水處理方案，內防水處理方案可以在外防水處理方案不能徹底解決問題的情況下，作為修補完善方案另行實施。

5.3 最終方案

運行管理單位與施工單位經討論，結合本項目實際情況，最終決定修改初步設計方案，以更加符合該屋面的防水要求，同時，考慮到開關柜室和空腔體部位在防水要求上的不同及試驗目的，這兩個部位采用了不同的防水方案。設計單位提交的初步設計方案及技術要求見表1。

表1 初步設計方案及技術要求

5.3.1 開關柜室部位

開關柜室部位在原設計方案的基礎上增加了兩道工序：?增加了聚脲彈性體涂層進行裂縫表面封閉工序，其目的是增強裂縫伸縮變化時防水滲入能力，聚脲彈性材料具有超高強度、硬度與彈性,并具有優異的耐剝蝕及耐磨蝕性能，本體拉伸強度可達 20MPa以上，扯斷伸長率大于380%，撕裂強度大于 50kN/m；?增加了全表面噴涂納米滲透高效防水劑膠這道工序，以增強混凝土整體防滲水能力。防水設計方案及技術要求見表2。

表2 開關柜室部位防水設計方案及技術要求

5.3.2 空腔體部位

空腔體部位除增加了與開關柜室部位一樣的兩道工序外，還考慮到因其常年有車輛通行，若鋪設卷材防水層，則造成表面瀝青層無法與下層緊密結合而成為一張皮，瀝青的溫度特性必然造成瀝青層在車輛水平力的作用下與底層脫離而被破壞，破壞后的現象就是瀝青層裂開及表面高低不平。另外，考慮到增加的兩道工序可以起到足夠的防水作用，故取消了卷材防水層及其相應的找平層。之所以在開關柜室部位沒有取消防水卷材工序，一是因為此處的防水要求嚴格，二是此處通行車輛相當少。防水設計方案及技術要求見表3。

表3 空腔體部位防水設計方案及技術要求

6 效果觀察

該方案于2017年6月實施并完成，至2018年中，各部位均未發現滲漏水點。自施工完成至2019年3月，觀察發現新問題。

6.1 瀝青層被破壞

2017年9月，觀察發現開關柜室部位表面瀝青混凝土有坑洞，為摩托車腳架壓迫所形成。經檢查，此現象僅在開關柜室部位發生，空腔體部位無此現象；坑洞部位周邊有疑似油漬濕斑。分析其成因，最大可能是防水卷材中的組成材料在高溫時對瀝青結構造成的破壞所致。在隨后的觀察中發現開關柜室部位整體逐漸產生高低不平現象，而空腔體部位無此現象。此種情況支持了之前的判斷。

6.2 重載車對防水及瀝青混凝土層的破壞

2018年7月，型號160t的平板車進入廠房內，進廠時總重達60t，其在轉彎時，對路面瀝青混凝土造成破壞，形成多條裂縫；隨后的一場大雨后，開關柜室內頂板有兩處開始滴水，水量極少，地面

設計之初就已考慮到車輛會對瀝青混凝土層造成破壞，這種破壞也可能影響到防水層。

7 結 論

重型動荷載屋面及其防水兩種設計方案均能達到防水要求，但都有缺陷。

防水卷材方案并不適合這種屋面的防水，主要原因是車輛通行時的水平力易對路面表層造成破壞；空腔體部位所用方案有較好的效果，其結構比較適應重車通行情況，雖然目前防水效果及使用年限不如開關柜室部位的方案，但此方案有進一步研究的價值。