山前水电站渠道冻融破坏成因及对策

电力18讯：    
河北滦平县水务局  王景东　高立川

河北省滦平县山前水电站位于滦河中上游，属径流式电站，设计水头16 m，设计流量16.7 m3/s，总装机1.92 mw，年发电量7 gwh，电站有引水渠2 km和尾水渠1 km。由于所处地区为冀北燕山山区，冬季气候寒冷，在每年的12月底至次年1月初发电停机时间夜里最低气温在-21～-29.5℃，白天最高气温在-8～5℃，电站渠道交替地受到冻融破坏，使浆砌石表面水泥砂浆受到剥蚀，挡土墙后面冻土膨胀，使直墙墙体向渠内侧倾斜达几十厘米，多处发生倒坍，严重影响了电站的安全运行和经济效益。

1 渠道冻融的原因

经过多年运行管理实践，笔者对冻融问题有了一定认识，分析其原因主要有以下几方面。

1.1 施工质量差造成渠道抗冻能力降低

由于电站建设于20世纪80年代初，当时施工队伍专业化水平低、工人素质差，加之管理不到位，造成工程质量失控。渠道土基未夯实处理，渠墙两侧回填土不密实，水泥砂浆标号过低，砌筑不饱满，各工序没按工艺要求施工，造成砌体透水性强，防渗防冻能力差。

1.2 渠道断面选型不合理

山前电站进水渠和大部分污水渠都是浆砌石结构，断面型式为矩型。矩型断面较梯型断面优点是渠道顶宽小，占用耕地可减少22%，缺点是两侧渠墙由于土压力较大，需要采用较大断面，加大了浆砌石工程量和工程投资。经过近年的运行发现，矩型断面更适合岩石基础，而在土基上，由于直墙后侧冻土膨胀使墙体逐渐向渠内倾斜，成为渠墙倒塌的重要原因。

1.3 建筑材料选择和使用不当

在冬季水位变化、冻融交替部位的浆砌石或混凝土工程没按抗冻要求进行设计施工，特别是使用抗冻抗渗性能较差的火山灰水泥和矿碴水泥，其标号低，砂子中含泥量大，水泥致使砌体冻融破坏严重，砂浆脱落。

2 应对措施

通过多年来工作摸索，笔者总结了一些成功经验，主要采取了几方面的对应措施。

2.1 合理确定渠道断面

在倒塌渠道的维修中，逐段将引水渠上土基矩型断面渠道改为梯形断面，废除直立式渠墙，把内侧面坡度确定为1:0.2~1:0.5，既保证墙体稳定，又可减小墙断面，节约工程投资。改造后渠墙经过几年的冻融检验，效果良好。

在电站尾水渠设计中，为获得较大动力水头而采用宽浅式断面，由于尾水渠与河流相连，无防渗要求，因此将尾水渠部分矩型浆砌石渠改造成梯形干砌石渠道，边坡比1:1。该断面型式投资少，施工方便，运行维修费用低，较好地克服了冻融破坏。

2.2 优化结构设计和建筑材料选择

结合当地气候条件，将设计砌石强度提高到M7.5或M10，并因地制宜选择密实度较高的花岗岩块石和水洗石英砂，水泥品种选用抗冻能力较强的普遍硅酸盐水泥和水工专用大坝水泥，杜绝使用火山灰质硅酸盐水泥和矿碴水泥，水泥标号必须大于32.5，从各种原材料上保证建筑抗冻要求。

2.3 搞好工艺控制提高工程质量

为了保证施工质量，采取了多种工艺控制措施。首先严格按照设计配合比拌和水泥砂浆，正确填加防冻剂和其它复合外加剂，控制好水灰比。其次，在块石砌筑中彻底清理新旧结合面后严格按照工艺规范要求分层砌筑，保证灰浆饱满，杜绝出现通缝、斜缝等各种质量缺陷，并做好砌体后期养护工作，从质量上满足防渗防冻要求。

2.4 加强渠道运行管理

水电站冬季运行管理是减少渠道冻融不可忽视的重要环节。由于每年停机时气候寒冷，停机后要尽快做好渠道排水，减少对建筑物的渗入。针对渠道两侧向渠内渗水较多的部位，采取对渠墙外填土夯实措施，降低砌体及墙外土体的含水量，把冻土膨胀和砌石中水体结冰对渠墙的破坏减少到最低程度。对倾斜不很严重的旧渠墙及时用高标号水泥砂浆勾缝，减少水体渗入，保证渠道正常运用。

总之，解决水电站渠道防渗防冻问题，应采取多方面综合措施，从渠道断面选型、墙体结构设计到水泥等建筑材料的选择，重视施工工艺和施工质量，搞好渠道运行维护，从而有效地防止渠系建筑物冻融破坏，保证水电站安全经济运行。