高寒地区面板堆石坝渗漏原因分析及治理

2014-02-28

四川水利 2014年4期

(中国水利水电第三工程局有限公司四川分局，成都，610045)

某水电站地处青藏高原，两岸山岭海拔高程为3200m～3800m，最高处达4560m，坝址基础高程3170m。坝址处冬季长而寒冷，多年平均气温2.4℃，极端最低气温-21.3℃(1月)。该工程枢纽由大坝、泄洪洞、放空洞、电站引水建筑物、电站主副厂房等组成，属Ⅱ等大(2)型工程，拦河坝按1级建筑物设计。大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高135.80m，坝顶高程3305.80m，顶宽12m，坝体填筑总量为303万m3。

本文将该工程堆石坝渗漏产生的原因和治理措施介绍如下。

1 施工及渗漏情况

根据大坝结构特点、蓄水及总体施工计划要求，大坝实际填筑过程共分七期进行(详见图1)。

图1 大坝填筑分期示意

大坝混凝土面板分两期浇筑，分界高程为3259m，混凝土采用无轨滑模施工。2010年4月14日开始一期面板(3170m～3259m)混凝土浇筑，2010年8月31日完成，共计25块；2011年4月13日开始二期面板(3259m～3303m)混凝土浇筑，2011年6月29日完成，共计33块。

2010年9月15日通过大坝一期蓄水阶段验收，2010年9月28日大坝下闸蓄水。2011年6月28日，通过大坝二期蓄水阶段验收，并开始二期蓄水。2012年10月25日，大坝蓄水至水库设计正常蓄水水位3300.0m。渗漏量总体随着库水位抬高而变大，随着库水位下降而逐渐变小，整个过程中间渗漏水水质均清澈透明，无明显带渣现象。

2 坝体变形破坏情况及原因分析

2.1 坝体变形破坏情况

2012年6月～10月是大坝变形最为明显的阶段，坝顶防浪墙、坝顶公路中部沉降量大于坝肩部位，靠坝肩部位防浪墙、坝顶公路产生张开性裂缝。坝后右侧浆砌石边坡的砂浆缝张开、断裂、翘起。面板上部有少量裂缝，根据钻孔检查局部存在脱空。15#、16#面板位于挤压区，变形最大，表面止水发生扭曲变形较大，其间垂直缝错台、两侧面板拱起破裂，根据混凝土凿除后的检查窗口观察到下部铜止水尚未发生破坏。一二期面板施工缝发生错台，一期面板相对二期面板向上游移动，总长度198m，两侧混凝土挤压破坏范围较大，根据凿除后的检查窗口观察钢筋已经变形呈“Z”字型，二期面板下部脱空16cm，上部一期面板混凝土或下部二期混凝土在剪切作用下被切割成三角形块体，整条施工缝为水平状且吸附大量松针、树叶及泥浆等杂物。在左岸顶部一定长度，周边缝表面止水扭曲，趾板与面板之间错台，凿开一个观察窗口检查，靠面板侧铜止水虽未撕裂但随面板的沉降形成了约45°的折角。

2.2 原因分析

工程所在地为高海拔高寒地区，堆石料填筑期间不能洒水，这不利于提高压实度；实际施工时坝体填筑分期较多，不能均匀上升，容易产生不均匀变形；二期坝轴线上游3262m高程以下、坝轴线下游3230m高程以下填筑时，垫层料、过渡料未和相邻的堆石料平起填筑，这样容易造成坝体上下游堆石区变形不相协调；一期面板混凝土浇筑时，坝体填筑平台与一二期面板施工缝的高差仅3m，对于135.8m的高坝来说太小，不满足设计规范要求，延迟下部堆石体的变形周期；二期面板混凝土浇筑是在大坝填筑至设计坝顶高程3303m后的两个月开始，中间间隔时间太短，没有避开堆石体的变形高峰期，预沉降期不够，相对于下部堆石体来说上部堆石体变形太大，造成面板薄弱环节一二期施工缝破坏；一二期面板施工缝本身是面板防渗的薄弱环节，根据检查窗口观察施工缝全部呈水平方向，不符合规范对施工缝的要求，对预防变形破坏和防渗不利；2012年7月份蓄水速度过快，容易造成面板上下变形不协调，应力不能及时释放；工程所在地在运行期曾发生多次4.0级以下地震。以上几点造成坝体变形过大和不均匀变形的因素，均是导致面板破坏的直接原因。

3 帷幕检查及渗漏通道判定

根据帷幕钻孔压水检查结果，右岸1#检查孔(高程3288m)透水率122Lu，2#检查孔(高程3278m)透水率23Lu，与设计透水率3Lu比较，右岸趾板帷幕灌浆效果透水率严重超标。右岸局部趾板下部帷幕顶端透水率很大，主要原因是项目急于蓄水，先完成帷幕施工后完成趾板混凝土，形成帷幕是在没有压重的情况下施工的局面。局部帷幕段压水超过3Lu，可能是本身施工质量问题，也可能是在地震等外力作用下造成的帷幕破坏。

经过综合分析判断，渗漏部位主要集中在1258m高程以上，变形破坏后一二期水平接缝是明显的集中渗漏通道，存在质量问题的防渗帷幕是不可见的主要渗漏通道。加大量水堰流量的因素，还包括地表水、山体渗水、放空洞工作门房未灌浆有压水等，其他可能原因包括未封闭的库区边坡、导流洞有压水、引水洞有压水、F1断层、绕坝渗流、不明原因等。

4 主要治理措施

4.1 面板一二期施工缝错台处理

水平错台缝以下打除混凝土80cm，其上打除混凝土100cm，如破损超出此范围，则需凿除所有破损范围内的混凝土。将变形为“Z”字型的钢筋采用氧焊割除，并用φ18mm(Ⅱ级)钢筋错缝焊接，焊接长度为10倍钢筋直径，恢复为原设计配筋型式，再将上下层钢筋用φ8@25cm竖向钢筋进行连接，形成钢筋网；浇筑C25混凝土(原面板混凝土)。新浇筑混凝土达到龄期后，对其顶部与原混凝土接缝处进行灌浆处理，以保证新老混凝土结合密实；然后在新老混凝土结合施工缝处，盖10cm宽3mm厚的GB板，并刮涂20cm宽的SK单组份聚脲柔性防护涂层，上贴复合胎基布。SK单组份聚脲柔性防护涂层涂刷2～3遍，厚度2mm。

4.2 面板垂直缝拱起及错台处理措施

面板部分垂直缝发生拱起及错台，需要打开表层止水，检查底部铜片止水是否破损，如破坏则需切除缝两侧各30cm宽的混凝土，并更换破损的底部铜片止水，修复止水后浇筑原标号混凝土。材料、技术要求按原设计施工要求执行。

4.3 面板脱空处理措施

在相应块段的面板水平错台缝及垂直错台缝破损混凝土处理结束后，再进行该块段的面板脱空处理。全面检查面板脱空情况，确定具体的面板脱空区位置，对面板脱空区采用水泥粉煤灰稳定浆液注浆法处理，钻孔后注浆，原则由孔口自流注入，不起压。浆液采用重量比为水泥∶粉煤灰∶水为1∶9∶5～10，水泥为普通硅酸盐水泥，粉煤灰为二级粉煤灰。根据脱空面积大小布置注浆孔，钻孔间排距3×3m，每块面板一个脱空区沿面板坡向不少于两排孔，且上排孔应布置在脱空区顶部，每个脱空区注浆孔打完后再开始注浆，注浆时从面板脱空区下部开始往上逐级注浆。灌浆全部完成后，需对灌浆效果进行全面检查。

4.4 接缝止水缺陷处理措施

死水位以上面板接缝(包括面板与趾板间的周边缝、面板垂直缝、面板与防浪墙间的周边缝)的表层止水，局部可见明显的扭曲变形。

4.4.1 对于发生缺陷的面板垂直缝表层止水，打开缺陷部位表面止水，按原施工图设计重新实施表层止水。

4.4.2 对于死水位以上面板与趾板间的周边缝及面板与防浪墙间的周边缝止水，需要全部打开表层止水，并检查底部铜片止水是否破损，如破坏则需切除缝两侧各30cm宽的混凝土，并更换破损的底部铜片止水，新换铜片止水与原止水之间需焊接密实，按原施工图设计重新实施整体止水(包括表层GB填料、波浪型橡胶止水带、氯丁橡胶棒、铜片止水等)。材料、技术要求按原设计施工要求执行。

4.5 面板裂缝处理措施

4.5.1 对于缝宽小于0.2mm的浅表裂缝

用角磨机对混凝土基面进行打磨处理(裂缝两侧各10cm)，除去表面浮皮和污物。将防渗区域边缘裂缝两侧各7.5cm处打磨成倒三角形，深度约为3mm；高压水清洗混凝土表面灰尘、浮渣，待其干燥后，用环氧腻子填补较大的孔洞，涂刷界面剂至裂缝两侧各10cm；界面剂表面干后，刮涂20cm宽的SK单组份聚脲柔性防护涂层，并复合10cm宽单层胎基布。SK单组份聚脲柔性防护涂层涂刷2～3遍，厚度2mm，自然养护三天，气温不得低于5℃。

4.5.2 对于缝宽大于0.2mm、小于0.5mm的非贯穿性裂缝

造灌浆孔及清洗。沿混凝土裂缝两侧交叉打45°斜孔与缝面相交，孔距30cm～40cm,孔垂直深度为裂缝深度的2/3。钻孔前采用钢筋定位仪探测钢筋位置，以防钻孔碰触钢筋。造孔后，用高压气清孔，再用高压水洗孔，以清除孔内杂物。埋设灌浆嘴：在灌浆孔上安装灌浆嘴，灌浆嘴外露15mm～40mm，进行压水试验，检查灌浆孔是否与缝相通，如不相通则应在旁重新造孔。灌浆：如裂缝位于立面或斜面，应以自下而上的顺序逐孔灌浆。灌浆压力0.3MPa～0.5MPa，直至不再有浆液灌入，屏浆5min后停止。灌浆选用SK-E改性环氧树脂浆材。灌浆结束待灌浆材料固化后，去除灌浆嘴，封堵灌浆孔，用角磨机对混凝土基面进行打磨处理(裂缝两侧各10cm)，除去表面浮皮和污物。将防渗区域边缘裂缝两侧各7.5cm处打磨成倒三角形，其深度约为3mm；高压水清洗混凝土表面灰尘、浮渣至表面干净，待其干燥后，用环氧腻子填补表面较大的孔洞，涂刷界面剂至裂缝两侧各10cm；界面剂表面干后，刮涂20cm宽的SK单组份聚脲柔性防护涂层，并复合10cm宽单层胎基布。SK单组份聚脲柔性防护涂层涂刷2～3遍，厚度2mm，自然养护三天，气温不得低于5℃。

4.5.3 对于缝宽大于0.5mm的裂缝

处理方法同缝宽大于0.2mm、小于0.5mm的非贯穿性裂缝。在化学灌浆完成后，沿缝面凿U型槽，槽顶宽4cm，槽深3cm,槽内嵌填柔性GB止水材料，最后进行表面封闭，处理方法同前面缝宽<0.2mm裂缝。

4.6 其他处理措施

增设帷幕灌浆质量检查孔，根据压水试验检查结果，对不合格段进行补强灌浆。对库区未封闭的边坡进行锚喷混凝土支护，对库区内的地勘洞采用混凝土回填。