尼尔基主坝与左副坝防渗衔接结构问题分析

耿俊永，李韩笑

（1.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005；2.中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510610）

尼尔基主坝与左副坝防渗衔接结构问题分析

耿俊永1，李韩笑2

（1.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005；2.中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510610）

尼尔基水利枢纽具有防洪、工农业供水、发电、航运、环境保护、鱼苇养殖等综合效益，是嫩江流域水资源开发、防止水旱灾害的控制性工程，属于土石坝坝型。其主坝左端，在软硬基础上不均匀沉降变形导致垂直防渗体防渗现象具有典型性，对此进行分析为相关工程建设提供借鉴。

防渗；土石坝；尼尔基

1 工程概况

尼尔基水利枢纽位于黑龙江省和内蒙古自治区交接的嫩江干流中游段，属于一等大（Ⅰ）型控制性工程。枢纽主要由主坝、左右岸副坝、溢洪道、电站厂房及左、右岸灌溉管（洞）组成。主坝位于嫩江河床部位，为碾压式沥青混凝土心墙土石坝，长1 807.31 m，右端通过混凝土翼墙与电站厂房相接，左端通过混凝土连接墩与左副坝连接。坝高40.5 m；坝顶高程 221.00 m。

主坝与左副坝防渗体的连接，采用在主坝与左副坝防渗体连接处设置重力式混凝土连接墩，埋入坝体。主坝与左副坝连接段长 68.66 m，桩号为 1+478.833～1+547.490 m。主坝沥青混凝土心墙，高程 200.00 m 以下，在距混凝土连接墩右侧面7.0 m 范围内，宽度由 0.70 m 渐变扩大为 2.10 m，高程 200.00 m 以上，在距混凝土连接墩右侧面5.0 m 范围内，宽度由 0.50 m 渐变扩大为 1.50 m，然后与混凝土连接墩相接。

2 主坝防渗体基本结构

主坝是枢纽主要挡水建筑物，只有保证防渗体的连续性和防渗性才能确保坝体的运行安全。尼尔基主坝坝型为碾压式沥青混凝土心墙土石坝。建基面为砂砾石，碾压式沥青混凝土心墙顶高程 218.50m。坝基砂砾石段采用厚 0.8 m 槽板式混凝土截渗墙，深约 34.5 m，岩基以下采用帷幕灌浆。

坝体采用垂直防渗结构形式：底部为混凝土防渗墙、中部为碾压式沥青混凝土心墙（心墙顶为218.50 m 高程）、顶部接钢筋混凝土防浪墙。在 3种不同防渗结构的连接面处均设有铜片止水设施。

重力式混凝土连接墩，外形为四棱台体，墩顶与主、副坝防渗体顶部同高，高程为 218.50 m。根据主坝沥青混凝土心墙扩大接头连接需要，其顺水流方向顶宽采用 4.0 m，按接触面上的允许渗透比降小于 1 设计，高程 190.00 m 的底宽为 29.65 m，上、下游坡分别为 1∶0.3 和 1∶0.6；平行坝轴线方向顶宽 2.0 m，按粘土心墙与岸坡连接标准控制，连接墩与左副坝粘土心墙连接侧坡度采用 1∶0.75，连接墩与主坝沥青混凝土心墙连接侧坡度采用1∶0.3。该墩座落岩基上，墩顶沿坝轴线方向宽 2.0 m。该墩与沥青混凝土心墙侧的连接坡比为 1∶0.3，且在连接面处均设有连续的铜片止水和位错计及温度场（渗流场）等监测设施。

3 坝体外部监测情况

3.1 坝顶表面水准测量成果

巡视检查发现，在主坝左端坝顶公路处，混凝土板面已发生较大的相对位移。因此对该部位进行了表面水准测量。主坝、左副坝防浪墙在混凝土连接 墩 附近防 浪 墙高约 3.7 m，墙 体在 1+550，1+ 536.59，1+526.5 处设有分缝，其中 1+536.59 分缝（对应混凝土连接墩轴线）处的防浪墙底板坐落于连接墩顶部；分缝右侧（主坝侧）防浪墙长约 13.5 m，桩号 1+536.59～1+550；分缝左侧（左副坝侧）防浪墙长约 10m，桩号 1+526.5～1+536.59。1+536.59分缝两侧由两家施工单位完成，副坝侧防浪墙早于主坝侧完成，施工结束在该处即有缝隙。2007 年1月巡视检查资料表明：在该分缝处的两侧防浪墙呈左高右低，顶部缝宽 7.5 cm，垂向错距 3.0 cm；对应 1+537.50 附近混凝土路面板裂缝，路面上下游侧混凝土路面板上游侧高，错距 3.5 cm。后期该错距又有所发展，目前已基本稳定。见图 1。

分析认为，坝顶上下游侧路面板的错台部分反映了上游防浪墙底板与下部土体的脱空。轴线部位错台最大高差约 59mm，防浪墙断面最大高差为 136 mm，均一定程度上反映了防浪墙底部的脱空。以 1+537.50 左右断裂缝及上下游路面板分缝为界，大致划分为 4 块，其中 A 块（大部分）基础位于防浪墙底板上，B 块基础基本为防浪墙底板及混凝土墩顶部，C 块基础为坝体，D 块大部分位于坝体填土及混凝土墩斜坡段。上游侧 A、B 路面板下部存在防浪墙底板，路面板裂缝两侧错动很小；而下游侧 C 块路面板由于位于坝体上，明显与其他3块存在差异沉降，这一沉降正是下部坝体沉降的反映。

3.2 大坝水准标点水准测量成果

图1 连接墩右侧主坝坝顶路面测量结果图

在主坝左端附近，设计布置水准工作基点：LS2-1，LS2-2：位置桩号：1+530.280 和 1+533.370。坝体水准标点：LD 14，LD 15，LD16，LD17 ，LD18：位置桩号：1+615.330，1+683.230，1+751.131，1+808.000，1+864.833：LS2-1，LS2-2 水准工作基点目前尚未稳定，LS2-1 点最大沉降值 37.61mm：LS2-2 点（距混凝土墩最近点） 最大沉降值 22.06 mm：LD 14～LD18 坝体水准标点垂直位移过程线，见图 2。

图2 LD 14～LD 18 坝体水准标点垂直位移过程线

由图2可知：混凝土墩附近坝体水准标点的垂直位移过程线的线形基本相同，2013 年 9 月 8日测得的数据最大值为 56.08 mm。目前，该段垂直位移趋势尚未收敛，坝体绝对沉降值还将继续加大。

2005 年 6 月 21 日主坝明渠段砂砾石填筑至218.75 m；2005 年 6 月 28 日施工，振捣式沥青混凝土心墙（位于 218.27～218.75 m 高程间，高约 50 cm），7 月 15 日结束；坝顶防浪墙于 2005 年 7 月23 日浇筑，至 9 月 29 日完成；坝顶混凝土路面于2006 年 6 月 6 日施工，至 7 月 5 日完成。坝体水准标点的垂直位移过程线体现 2007 年以后的坝体沉降量，实际沉降量要大于最大值 56.08 mm。

4 坝体内部监测情况

4.1 沥青混凝土心墙与混凝土墩间位错计工作情况

在主坝沥青混凝土心墙与混凝土墩间布设3组位错计，每组各设一只水平和垂直向位错计。3组位错计布设高程分别为 190.0，200.0，210.0 m，其位错计编号 为 ：J6-07（水平），J6-08（垂直）；J6-09（水 平），J6-10（垂 直）；J6-11（水 平），J6-12（垂直）。位错计的设计最大量程为 60 mm。目前，除J6-10 和 J6-12 垂直向位错计因超量程失效外，其他 4只仪器工作状态正常。位错计观测表明：位错计 J6-08 点位移主要发生于填筑期，在 2005 年 6月 21日填筑结束后基本稳定，历史最大位移14.88 mm （2005 年 8 月 23 日），目前位移量约为12.15 mm，剪切位移量不大。仪器 J6-10 和 J6-12因超量程，分别于 2006 年 6 月 15 日和 8 月 26 日失效，失效前最 大 位 移 值分别为 71.29 和 88.87 mm。此后仪器测读仍有较为连续的测值及计算值，但可信度低，不能反映工程部位的实际变化情况。水平向位移已基本趋于稳定。

一般来说，止水铜片抵抗剪切位移能力差，宜与其他止水结构配合使用。对结合部位，J6-10，J6-12 的剪切位移必超过 60 mm, 剪切位移较大。对采用的“Z”型铜止水的止水型式而言，在相应部位出现剪切破坏的可能性大，但接缝部位整体呈受压状态，形成明显渗漏通道可能性较小，前期已经受住了近期 216.50 m 高水位的考验，并 2009 年6 月至 2012 年 2 月期间约 32 月 210.00 m 水位以上运行考验，未见异常变化。由于该部位为渗流薄弱环节，进一步抬高水位下的渗流安全性有待考验，应加强临近 P6-07，T7-01 等渗流、温度测点及接缝测点的观测。

5 现场检测

5.1 钻孔检测

2012 年 9 月底，采用便携式浅层取样钻机进行局部钻孔检测，钻孔点位 1+539.3，心墙轴线下游侧 0.2 m 处，钻孔孔径 25.40 mm，结合钻孔内摄像确定混凝土防浪墙底座以下与沥青混凝土心墙之间存在约 10.7 cm 的脱空区。

5.2 地质雷达检测

2012 年 9 月底，对 1+490～1+600 段坝顶结构的连续性进行地质雷达检测，重点检测防浪墙底板与下部土体间脱空及缺陷的可能性。地质雷达检测包括：①采用 250MHZ 高频天线、100MHZ雷达天线平行坝轴线进行纵向检测；②采用 250 MHZ 天线对 10个横断面进行检测。

通过高频天线对大坝 1+490～1+600 段心墙与防浪墙底板之间以及大坝轴线位置是否存在缺陷惊醒重点检测，发现沥青混凝土心墙坝段在 1+ 539.3 位置及 1+545 位置沥青心墙与防浪墙底板之间存在波形异常现象，初步判断为脱空。通过采用低频雷达天线对大坝 1+490～1+600 段心墙与防浪墙底板之间以及轴线位置较深部位检测，发现较深部位心墙及其他填筑物的连续性情况良好。

6 结 语

综合分析认为，该部位钢筋混凝土防浪墙除左端支撑在混凝土墩（硬支撑）上外，其它均座落在坝壳填筑料和沥青混凝土心墙（软支撑）上,软硬支撑必然造成墙体不均匀沉降。主坝防浪墙下土体没有预留施工沉降时间，坝体填筑结束后就直接浇筑防浪墙，使得本应在施工期发生的沉降“推迟”至浇筑防浪墙施工后，出现明显沉降变形是必然的。水平脱空主要位于 1+536.9～1+550 间的防浪墙底部，大致呈三角形的区域，最大脱空约 10.7 cm，现状下沉降相对稳定。

坝顶接缝止水采用“Z”型铜止水，对该类止水基本靠铜片本身的延展发挥止水作用，假设按伸长率 20%计算，可延伸长度为 40 cm×0.2=8 cm，则难以抵挡 10.7 cm 的脱空，在该段防浪墙底部必然会出现止水铜片拉裂。目前应已形成渗漏通道，当库水位高于心墙顶或断裂面时，随即发生渗漏破坏，可能导致溃坝事故，应进行处理。在接缝部位出现剪切破坏的可能性大；防浪墙底部止水与混凝土连接墩处止水是连成一体的，不排除在连接墩斜面顶部的局部止水破坏的可能。

综上所述，主坝左端垂直防渗体连续性已遭到破坏，应进行系统的分析和论证提出相应具体处理方案尽快实施，在实施前应合理水情调度保证大坝安全。

TV61

B

1002－0624（2014）10－0059－03

2014-01-15