蚌埠闸水电站结构缝漏水问题分析及处理

刘 渤

一、工程概况

蚌埠闸水利枢纽工程位于淮河干流中游，在蚌埠市淮上、禹会两区之间，工程包括12 孔节制闸、28 孔节制闸、水电站、双线船闸、分洪道及分洪桥等。主要功能为防洪、灌溉、航运、交通、发电。水电站在28 孔节制闸南端，为低水头河床式水电站，目前总装机6×1000kW，立式机组。电站厂房一期工程下部主体结构建于20 世纪60年代初，二期工程上部厂房建设及主、辅设备安装于1987年完成。水电站的运行靠上游富余来水量，使用弃水运行发电，充分利用水利资源，为环保绿色电站。

电站厂房内部共上下四层，地上一层地面高程25m，为检修车间及启闭机室，启闭机室地面高程25.8m；地下三层，负一层地面高程21m，主要布置高低压电气设备、调速器及办公室；负二层地面高程18m，为发电机层；负三层地面高程14.335m，主要设备有水轮机、励磁变、供水泵等辅助设备；负三层往下建有排水廊道。厂房南北方向与28 孔节制闸在同一轴线上，总长48.8m，厂房中间有一道结构缝。上游进水口底坎高程11m，上游正常蓄水位18.5m，设计洪水位23.22m。

二、漏水问题简介

负三层上游侧墙面中间结构缝，从2000年以来开始有半固态半液态的沥青缓慢流出，水位较高时还有水渗出，后经多年连续观察发现，早期上游水位约在18.2m 以上时开始渗水，目前在上游水位17.95m 以上时就开始渗水。多年来，沥青一直在不间断地流出，流量比较稳定，基本不受季节温度的影响，而漏水量则随着上游水位的增高明显增加，尤其在汛期20m 以上的高水位时更呈喷涌状。结构缝出水点约在16m 高程以上，但负二层墙面结构缝及以上则无渗漏水现象。

结构缝可分为三段，其中中段位于上游闸门平台，为水平止水， 高程20.2m,水平长3.78m；下段由闸门平台上游侧向下至底板，垂直止水，高14.65m，下段缝的外立面为70°的倾斜面；上段由闸门平台下游侧沿主厂房西墙向上至墙顶。缝内主体填充材料为沥青砂浆，3#沥青与细沙的重量比为4 ∶6。沥青砂浆常态下应为固态，不会流动。而上游侧结构缝18m 高程以下的部分常年处于水下，温度稳定，不会接触高温，但缝内的沥青发生软化而流动。该水电站启闭机室在2008年之前布置有两台透平油油罐及一台变压器油油罐，在结构缝两侧，透平油及变压器油均为稀质油，因当时管理不够细致，渗、漏油经常发生，致使启闭机室地面25.8m高程以下的结构缝室外侧长时间被油浸蚀，2008年进行厂房装修改造时将油罐拆除，之后，结构缝未再接触过各种油品。

三、漏水问题原因分析

漏水的原因很可能与沥青的流失有关，而沥青的流失是因为发生了软化，导致沥青软化的主要因素有高温及稀释介质的浸蚀，结合结构缝多年来的实际运行情况分析，可排除高温影响的可能性，而透平油和变压器油的常年浸蚀很可能是主要原因，为测试稀质油品对沥青的影响，蚌埠闸工程管理处邀请河海大学水利工程专业的专家于2020年7月份来蚌埠闸水电站进行了现场勘查，对结构缝流出的沥青做了取样检测，并进行了沥青油蚀试验。

1.沥青油蚀试验

该试验通过稀质机油浸泡沥青得出沥青的损失质量，从而评价机油对沥青的油蚀作用。同时，该试验设置了不同的温度工况，进一步探究季节温度变化情况下机油对沥青的油蚀规律。

（1）试验准备

需要使用到的仪器和工具：烘箱（维持恒温）；电子天平；量筒、烧杯。

（2）试验步骤

利用电子天平秤出20g×3 的沥青，利用量筒量出50mL×3 的机油，将沥青浸泡在机油中并分别置于20℃、40℃和60℃中，每隔12h 测量各组沥青的干质量，记录数据并绘制图表。

（3）试验结果（见图1）

图1 不同温度下沥青油蚀发展规律图

（4）结果分析

沥青浸泡在机油中会受到油蚀作用，发生质量损失，随着浸泡时间的推移，沥青质量损失的速度逐渐变缓且最终达到动态平衡状态；不同温度条件下机油对沥青的油蚀程度存在差异，具体表现为温度越高，油蚀作用越强烈，沥青损失的质量越多。

2.沥青残留稳定度试验

机油对沥青的油蚀作用会引起沥青的溶解，使得沥青发生软化，其内在的黏结力下降，造成强度的损失，从而降低了对结构缝的堵塞效果。在沥青被机油浸泡后，该试验继续对沥青进行马歇尔稳定度的测定，评价油蚀对沥青稳定度的作用。

（1）试验准备

需要使用到的仪器设备：沥青混合料马歇尔试验仪。

（2）试验步骤

将试验沥青置于恒温箱中保温0.5h；将马歇尔试验仪的上下压头放入烘箱中达到同样温度；采用自动马歇尔试验仪时，连接好接线；启动加载设备，使试件承受荷载，加载速度为50±5mm/min；记录试件的稳定度和流值。

（3）试验结果（见表1）

表1 沥青稳定度试验表

（4）结果分析

从结果中可以看出，不同温度下的沥青被机油浸泡后，其稳定度都有所下降，且随着浸泡温度的提升，沥青稳定度下降得越快。

3.小结

室内试验发现：固态沥青浸泡在机油中会受到油蚀作用，沥青逐渐溶解于机油中并最终达到平衡状态，沥青在物理性质上出现软化的现象，部分沥青呈半固态半液态且可流动，稳定度下降，已丧失粘附性。

四、处理方法

根据勘查及试验结果，可以确定蚌埠闸水电站厂房中间结构缝漏水的原因为缝内填充沥青软化流失，而沥青软化的原因为稀质油品的常年浸蚀。因目前上游水位低于18m 时结构缝即停止漏水，可以确定缝内现剩余沥青的最高点高程约为18m，并且由室外向室内呈下降的坡状，最低处高程约16m，18m 高程处结构缝的长度为3.34m。鉴于此，2020年11月下旬，水电站技术人员将上游闸门平台处的水平段结构缝的保护层拆除，并将缝内清理干净，以勘查缝内情况，发现缝的上游端有一个脚掌大小的孔，深近两米，可达旧沥青面，其余部分宽度在1～2cm，比较规则。随后，工程技术人员经过仔细研讨，采用与原填充料相同的3#沥青向深孔内灌注，以补充流失的填充料，恢复止水结构，并制定了详细的施工方案。

（1）在上游水位低于17.8m 结构缝停止漏水时，在结构缝上游侧外立面水面以上用SBS 防水卷材做防水层，高2m，以消除上游水位涨跌对施工的影响。

（2）用清洁的高压自来水仔细冲洗结构缝内部，直至室内侧流出清水为止。上游闸门平台高程为20.2m，平台地面距缝内沥青的深度约2m。

（3）在上游闸门平台处，利用大功率热风枪向深孔内吹热风，将旧沥青干燥、软化至粘手。吹风时从结构缝室内侧应能感觉到热风，同时将灌缝用的沥青放入沥青锅内加热至流体状备用。

（4）一边吹热风，一边将事先加热成流体状的3#沥青灌注进孔内，同时，用一根3m 长直径10mm的钢筋，下端加热，插到孔内上下搅动，确保新旧沥青能充分融合，沥青连续浇筑至距地面50mm。

（5）按照原设计结构恢复缝口保护层。

五、结语

2021年2月，利用一个上游低水位窗口期，按照事先制定的施工方案，施工人员对结构缝进行了施工，顺利完成了结构缝的沥青灌注。当上游水位为18.35m，安排工人将结构缝上游侧外立面水面以下30cm 的SBS 防水卷材刺破，以检验缝内沥青的灌注效果，待以后低水位时再将刺破的防水卷材修复。经过72h 的浸水试验，室内未发现渗水，沥青灌注成功。

本次施工的质量控制关键节点包括：（1）向缝内吹热风。施工时采用了两台4600W 的热风枪，并用长2m、直径32mm 的薄壁钢管，下部按照结构缝的宽度压扁，插入1.5m 深，上部管口保持原状与热风枪枪口对接，以保证热风能到达底部的原沥青面。（2）沥青灌注时采用吹热风用过的薄壁钢管插到孔底引流，逐步抬高钢管，以避免因沥青挂壁阻碍向下流动，同时吹热风以保持钢管的温度。灌注前先用烧红的钢筋插到底，将旧沥青充分融化，确保了新旧沥青的充分融合。（3）灌注连续，保持持续不间断，上下搅动的钢筋不能停止，施工时准备两根钢筋，一根使用时，另一根插到沥青锅内加热，随着新沥青的增加，搅动的深度逐步提高，确保了填充沥青的密实度。

水工建筑渗漏水为常见问题，多数情况很难彻底消除，此次结构缝漏水问题的处理效果较为理想■