任夢寧, 呂興民

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710043)

南亞某水電站副壩漏水原因及整治方案

任夢寧, 呂興民

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710043)

南亞某水電站副壩為混凝土面板堆石壩,高77 m,壩基為侏羅系砂泥巖,當(dāng)水位蓄至50多米時(shí),壩體發(fā)生漏水,最大漏量達(dá)15.28 m3/s,臨時(shí)采取壩前拋倒石塊、砂礫石進(jìn)行封堵,繼而放空水庫。漏水原因主要是趾板基礎(chǔ)巖體風(fēng)化嚴(yán)重,軟弱,強(qiáng)度低,又未進(jìn)行很好灌漿,致使趾板與巖體接觸處發(fā)生接觸沖刷,形成孔洞,導(dǎo)致面板開裂變形,造成滲漏。處理措施是封堵孔洞,修復(fù)面板和趾板,對(duì)壩體進(jìn)行探查和補(bǔ)強(qiáng)灌漿,在趾板前增設(shè)齒槽。經(jīng)過處理后，滲漏問題得到徹底解決，壩體再無滲漏點(diǎn)。

面板堆石壩;嚴(yán)重滲漏;原因分析;整治措施

1 工程概況

1.1 工程簡介[1]

南亞某水電站副壩為混凝土面板堆石壩,壩高為77 m,壩頂長639.38 m。水庫正常設(shè)計(jì)水位為215.0 m,死水位為180 m。于2010年5月開始施工,2015年2月基本完成;2013年2月13日開始進(jìn)行面板施工,2013年6月9日結(jié)束,歷時(shí)4個(gè)月。2013年11月26日基本建成并下閘蓄水。

1.2 壩體漏水簡況

2014年7月1日—8月7日,庫水位在196.77～200.066 m之間徘徊,受突降暴雨影響,8月8日凌晨庫水位暴漲至202 m時(shí),在壩后坡腳及其附近突然出現(xiàn)多處漏水,水質(zhì)特別渾濁。9月16日下午水位達(dá)到196.20 m時(shí),漏量達(dá)到15.28 m3/s。于是對(duì)大壩進(jìn)行全面檢查,10月4日完成了壩前面板及趾板的水下全面檢查,發(fā)現(xiàn)面板局部出現(xiàn)裂縫有漏水外,在左岸趾板下部還發(fā)現(xiàn)有扁平形空洞,形成了主要滲漏通道,給大壩的安全穩(wěn)定帶來不利。為確保大壩安全和雨季發(fā)電,堅(jiān)持反濾堵漏原則,在空洞正上方偏上游,采取定點(diǎn)拋投塊石、碎石和砂,使粒徑逐漸減小的堵漏方案。通過在2014年10月6日—2014年12月4日,拋投砂、石(散料及袋裝)累計(jì)總量約2 500 m3。效果較為理想,使壩后漏水量減少為2 m3/s左右。

通過利用副壩放空洞將剩余庫水降至155.50 m高程后,共發(fā)現(xiàn)三處滲漏通道(圖1),其中兩處緊靠趾板底部,發(fā)生接觸沖刷、流土破壞;而另一處位于趾板下部的全、強(qiáng)風(fēng)化長石石英砂巖上部頂面,發(fā)生了接觸沖刷、流土和管涌破壞;最大鉛直寬度在0.5～1.5 m。均由初期封堵材料人工碎石、編織袋等充填。

2 壩體漏水原因

2.1 壩基巖體特性

壩址河床寬約107.73 m,高程148.57 m,近河床兩岸基巖裸露,主要由長石石英砂巖、泥巖及泥質(zhì)粉砂巖組成,以長石石英砂巖為主,次為泥質(zhì)粉砂巖、泥巖,層理較發(fā)育,裂隙發(fā)育程度與巖性有關(guān),巖石強(qiáng)度越高裂隙越發(fā)育。在兩岸坡頂及靠近河床附近有第四系殘坡積和崩坡積土分布,厚度依次<4～8 m。

2.2 地質(zhì)、設(shè)計(jì)對(duì)壩基要求

2.2.1 設(shè)計(jì)要求[2]

《達(dá)岱河水電站壩基及邊坡開挖與支護(hù)技術(shù)要求》規(guī)定:趾板范圍內(nèi),應(yīng)將表面覆蓋層及沖積層挖除至強(qiáng)風(fēng)化巖層中部,避免有高度>0.5 m的陡坡(陡于1∶0.25)和反坡,基礎(chǔ)開挖面必須清洗干凈。

2.2.2 地質(zhì)要求

根據(jù)趾板基礎(chǔ)出露的地層巖性和風(fēng)化程度以及工程地質(zhì)特征的不同而決定趾板建基面的高程。要求趾板基礎(chǔ)巖石要有一定的強(qiáng)度、剛度(變形特征)和完整性。因此,對(duì)本工程趾板基礎(chǔ)作如下規(guī)定:

圖1 副壩左岸趾板滲漏段工程地質(zhì)示意剖面圖Fig.1 Schematic section of engineering geology about leakage segment of toe slab of left auxiliary dam1.侏羅系中統(tǒng)沉積巖;2.長石石英砂巖;3.泥巖;4.泥質(zhì)粉砂巖;5.滲漏通道;6.全風(fēng)化界線/強(qiáng)風(fēng)化界線/弱風(fēng)化界線；7.投影孔。

2.3 施工情況

在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)和地質(zhì)人員的要求,開挖基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)化中部或弱風(fēng)化頂板(照片1)。但是,在趾板水平距離162.3～236.6 m(平面圖樁號(hào)0+086.8～0+160.6)分布有全—強(qiáng)風(fēng)化砂巖(照片2),該段由于建基面為全—強(qiáng)風(fēng)化砂巖,地質(zhì)人員多次要求必須挖掉,基礎(chǔ)開挖到強(qiáng)風(fēng)化巖石的中部,但是最終還是把趾板置于全風(fēng)化巖石基礎(chǔ)上(照片2)。趾板巖石未達(dá)到要求,同時(shí)基礎(chǔ)灌漿未達(dá)到要求。趾板下的全、強(qiáng)風(fēng)化長石石英砂巖水力破壞坡降較小,難以抵抗庫水壓力,因此造成在高壓水流滲流的作用下,產(chǎn)生了接觸沖刷、流土和管涌滲透變形破壞。經(jīng)高壓水流侵蝕沖刷,趾板地基內(nèi)滲漏通道是越?jīng)_越大,使?jié)B漏通道所處范圍的趾板處于架空狀態(tài)。大壩堆石體內(nèi)部細(xì)顆粒被帶出,塊石、碎石向下游發(fā)生位移,形成滲流通道和空腔。在庫水壓力、自重作用下,趾板發(fā)生折斷,失去對(duì)面板的支撐作用。加之面板下面堆石體密度減小或有空腔存在,難以抵抗面板的變形壓力,使面板發(fā)生裂縫、脫空。當(dāng)放空水庫后,發(fā)現(xiàn)41#～47#面板在177.79～187.76 m高程以下都發(fā)生了沉陷變形,變形量>10 cm。尤其在43#～45#面板下部變形最為明顯(圖2),最大變形量達(dá)到65.7 cm,以其為中心,周圍變形量逐漸變小。趾板底部出現(xiàn)孔洞,順趾板軸線方向長度約7～8 m,最大豎向高度0.5 m。面板出現(xiàn)變形拉裂現(xiàn)象(照片3、照片4)。

照片1 弱—微風(fēng)化長石石英砂巖建基面情況Photo 1 Weak-slightly weathering feldspar-quartz sandstone in construction section

照片2 162.3～236.6 m段趾板建基面全風(fēng)化長石石英砂巖Photo 2 Toe slab of whole-weathered feldspar-quartz at 162.3～236.6 m in base-plate

圖2 43#～45#面板裂縫示意圖Fig.2 Schematic diagram of 43#～45# faceplate crack

照片3 大壩趾板底部孔洞Photo 3 Hole of bottom toe slab of dam

通過以上分析,大壩主要存在二類缺陷:

(1) 在滲漏通道入口處周圍,墊層料(也可能有部分過渡料)大部分被帶走,形成較大的孔洞、空腔,造成面板變形、開裂、錯(cuò)臺(tái),趾板及面板懸空脫落。

(2) 大壩堆石體,經(jīng)過8月8日以來幾個(gè)月滲漏、沖刷,細(xì)顆粒被帶走,形成滲漏通道,這些部位的堆石料有可能被架空,形成空洞,影響大壩整體穩(wěn)定,危及大壩的安全。此次大流量長期滲漏未造成垮壩實(shí)屬萬幸。

照片4 面板變形及裂縫發(fā)育情況Photo 4 Face deformation and fracture development

3 壩體整治方案

經(jīng)設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主等各方討論形成如下處理方案:

3.1 壩體整治

面板工程處理方案見圖3。

3.1.1 面板

把破壞嚴(yán)重的混凝土面板全部拆除,拆除方法分為人工鑿除和機(jī)械拆除。原則上有銅止水部位的混凝土應(yīng)人工鑿除,鑿除過程中盡量保證面板垂直縫和周邊縫的銅止水完整,人工鑿除范圍為距離周邊縫1.0 m、垂直縫0.5 m的面板混凝土,其它部位可采用機(jī)械拆除。

對(duì)于面板破壞處的墊層料及過渡料的處理措施采用充填補(bǔ)強(qiáng)法。本方法對(duì)于墊層料及過渡料的處理是盡量不進(jìn)行大面積的開挖,不擾動(dòng)沒有發(fā)生滲透破壞的壩料,采用改性堆石料或堆石混凝土充填、灌漿補(bǔ)強(qiáng)。

圖3 面板工程處理方案示意圖Fig.3 Schematic diagram of treatment scheme of face project1.補(bǔ)強(qiáng)灌漿邊界線;2.土工膜敷設(shè)范圍邊界線;3.面板鑿除范圍線;4.面板沉陷等值線;5.趾板鑿除范圍線。

混凝土面板下的擠壓墻強(qiáng)度不高,受到滲漏水流沖蝕和面板的擠壓,可能已經(jīng)不再完整,損壞嚴(yán)重,應(yīng)全部予以拆(鑿)除,后期可采用無砂混凝土替代恢復(fù)。

松動(dòng)的墊層料和過渡料挖除。挖除時(shí),要保證下游及兩側(cè)邊坡的穩(wěn)定。開挖坡比平行壩坡,并在邊坡上噴一層5 cm厚的素混凝土。邊坡噴護(hù)工作隨著壩料開挖及時(shí)跟進(jìn),裸露邊坡高度不應(yīng)>2 m。

壩料充填只能處理淺層的孔洞、空腔,對(duì)于深層的孔洞、空腔采用灌漿補(bǔ)強(qiáng)的方法。同時(shí)在處理孔洞、空洞時(shí),應(yīng)先清除周邊的編織袋、樹枝等雜物。

充填補(bǔ)強(qiáng)工作完成后,在無砂混凝土表面鋪設(shè)一層土工布,主要起到減小無砂混凝土對(duì)混凝土面板的約束和一定的反濾作用。最后根據(jù)原設(shè)計(jì)要求澆筑面板混凝土。

面板裂縫處理:①面板表面裂縫(縫寬<0.3 mm)。縫面打磨、沖洗,刷粘結(jié)劑,貼玻璃絲布或者其它防水材料,再涂刷防水涂料。②表面裂縫>0.3 mm而未貫穿面板。鑿除裂縫處的混凝土直至裂縫底部,形成“ V ”型槽,沖洗,槽內(nèi)表面涂刷粘結(jié)劑,回填SR填料,表面貼三元乙丙橡膠防滲蓋片,再涂刷防水涂料。③貫穿性裂縫。鑿除裂縫處的混凝土,形成“ U ”型槽,沖洗,槽內(nèi)表面涂刷粘結(jié)劑,槽底部布設(shè)瀝青木板條,Φ50復(fù)合橡膠棒,回填SR填料,表面貼三元乙丙橡膠防滲保護(hù)蓋片,再涂刷防水涂料,縫的兩面打斜孔(穿透裂縫),磨細(xì)水泥灌漿。

3.1.2 壩體

首先通過物探測試手段,配合風(fēng)壓沖擊回轉(zhuǎn)鉆孔確定空腔的大小、分布范圍等;然后進(jìn)行回填砂礫石料。填充完成后再用水泥砂漿進(jìn)行回灌,以保證回填的密實(shí)度。

3.2 壩基處理

拆(鑿)除Y8～Y9有滲漏通道的趾板混凝土,挖除該部位的全強(qiáng)風(fēng)化巖石至強(qiáng)風(fēng)化下限,拆除過程中盡量完整保留原安裝的止水設(shè)施。趾板下部采用同標(biāo)號(hào)混凝土回填,至原設(shè)計(jì)建基高程后,按照原設(shè)計(jì)體型和斷面配筋澆筑趾板。布置固結(jié)和帷幕灌漿孔,進(jìn)行灌漿。對(duì)該河兩岸,壩前鋪蓋頂面以上灌漿帷幕進(jìn)行定點(diǎn)、定距離檢查,若基巖透水率不滿足設(shè)計(jì)要求(>5 Lu),則進(jìn)行補(bǔ)充帷幕灌漿和固結(jié)灌漿。

在Y7～Y13趾板上游面處增設(shè)齒墻(照片5),基礎(chǔ)開挖至完整的弱風(fēng)化基巖,澆筑混凝土截滲墻墻厚1.0 m,深6 m,與趾板相連接。

4 結(jié)語

該工程發(fā)生的嚴(yán)重事件,說明對(duì)面板壩趾板基礎(chǔ)的處理要極為重視,基礎(chǔ)巖體一定要為弱風(fēng)化巖體,或者巖石強(qiáng)度為較高的強(qiáng)風(fēng)化巖體的下部,并做好固結(jié)灌漿和帷幕灌漿,以防發(fā)生接觸沖刷破壞。

照片5 正在施工中的面板與齒墻(鉆機(jī)所在位置)Photo 5 Fale slab and toothed walls in construction

建議按有關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求,由第三方對(duì)副壩所有建筑物進(jìn)行全面檢查,特別是趾板地基質(zhì)量的檢查。

建議增補(bǔ)觀測系統(tǒng),要建立和完善副壩的滲流和地下水動(dòng)態(tài)觀測,對(duì)大壩存在隱患的地方及時(shí)進(jìn)行工程處理,防止大壩處理后再次出現(xiàn)漏水情況。

[1] 任夢寧,楊穩(wěn)倉，戴彥雄,等.南亞某水電站工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].西安:機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院,2011.

[2] 韓建波.南亞某水電站壩基及邊坡開挖與支護(hù)技術(shù)要求[R].西安:中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院,2011.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Leakage Reason and Improvement Method for Auxiliary Damof a Hydropower Station in South Asia

REN Mengning, LV Xingmin

(ChinaJikanResearchInstituteofEngineeringInvestigationandDesign,Co.,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710043)

The auxiliary dam of a hydropower station,which is concrete face rock-fill dam with a height of 77m,is based on the Jurassic sandstone and mudstone. When pool level exceed 50m,the leakage occurred,with maximum amount of 15.28m3/s. After taking the temporary treatments of filling stone and sand gravel in front of the dam,water of the reservoir is all discharged. The causes of leakage including:basement of the dam is intense weathered rock with weak strength;Without high quality grouting construction to prevent the contact erosion between toe slab and rock.At last,it leaded the deformation and cracking of the concrete face. The final improvement method for leakage is to block the pores,repair the concrete face and toe slab,investigate the dam and strengthen with grouting,and construct additional sockets in front of the toe slab.

concrete face rock-fill dam; serious leakage; reason analysis; improvement method

2015-04-21;改回日期:2015-05-11

任夢寧(1966-),男,高級(jí)工程師,水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè),從事工程地質(zhì)工作。E-mai:renmengning@126.com

TV698.2+3

A

1671-1211(2016)01-0091-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601016

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.1333.038.html 數(shù)字出版日期:2015-12-17 13:33