盘县楼下河水电站拱坝续建加高缺陷处理设计

2014-04-02李怀斌

黑龙江水利科技 2014年6期

关键词：拱坝砌筑坝基

刘勇，李怀斌

(贵州新中水工程有限公司，贵阳550002)

盘县楼下河水电站拱坝续建加高缺陷处理设计

刘勇，李怀斌

(贵州新中水工程有限公司，贵阳550002)

楼下河电站于1996年元月开工，2000年5月停工。拦河大坝为C10细石混凝土砌毛石双曲拱坝，最大坝高50 m，坝顶、坝底厚分别为4 m、10 m，坝底C15混凝土垫层厚3 m。迎水面用厚0.5～1.7 m的C20钢筋混凝土面板防渗，下游面用厚0.5 m厚的C15混凝土护面。楼下河拱坝续建加高设计过程中，设计方根据专家评审意见，科学设计，确保了拱坝的安全。

楼下河电站;双曲拱坝;续建加高;缺陷处理

1 工程概况

2008年8月，由盘县楼下河水电开发有限公司负责楼下河电站及其下级电站开发建设。经设计比选，最终确定楼下河水电站总装机容量为9 MW，水库总库容638万m3，本工程属Ⅳ等工程，大坝为4级建筑物。

楼下河水电站工程规模较小，又采用混合式开发，水电站各建筑物布置较为紧凑，各建筑物仅需按常规设计即可。但由于历史的原因，作为电站最关键的建筑物——拱坝，仍存在不少制约因素。

2 坝体质量评价

楼下河电站于2000年5月停工时，大坝已砌筑了1/3坝高，至2008年10月扩容设计时，已有8 a多时间，需对已砌筑坝体进行质量评价，确定原坝体是否具备续建的条件。同月，设计方委托贵州省大坝安全监测中心(简称大坝中心)开展了对已砌筑坝体质量进行评价的工作。

大坝中心组织工程技术人员对楼下河电站进行了现场查勘，并收集了与此次质量评价工作有关的设计、施工资料，结合现场钻探、压水、声波测试和室内试验成果，提出了《盘县楼下河水电站已砌筑坝体质量评价报告》，并送专家审阅。2008年11月7日，大坝中心召开“盘县楼下河水电站已砌筑坝体评审”会议，与会专家认真研究、讨论，一直认为该报告基本反映了已砌筑坝体质量，结论合理，符合实际。主要评审意见:①已建坝体坝基岩体风化破碎，存在裂隙发育、取芯率低、声波波速低、岩体完整性较差问题。②根据国内同等砌石坝工程以3 Lu为检查标准来判断，坝体上3个孔进行了9段压水检查，6段＜3 Lu，3段＞3 Lu，其中有2段为坝体与基岩接触段，透水率较大，坝体与基岩接触带存在相对薄弱带。③坝体胶凝材料混凝土强度满足设计要求。④砌筑所用石材为强度较高的石灰岩，经查规范《砌石坝设计规范》(SL25—2006)，判定综合砌体的容许压力可达4.8 MPa，大于初步设计的坝体最大压应力3.1 MPa，应力指标满足原设计要求。⑤坝体综合容重＞2.4 t/m3，满足砌石坝的容重要求。⑥坝体防渗面板满足坝体防渗要求。⑦由于坝基岩体的抗变形能力及强度不高，大坝已修筑至1/3坝高高程，且本工程为中坝，应对坝基岩体进行固结灌浆处理。⑧坝体表面出现裂缝。

3 续建加高缺陷处理设计

专家评审意见为设计指明了方向，按照上述会议精神，设计方开展了施工详图设计。对评审意见中提到的坝体、坝址缺陷，经咨询与会各主要专家，确定设计方案如下:

3.1 坝体裂缝处理

楼下河拱坝在砌筑到1/3坝高时因故停工，大坝长期在空库、低水位下运行，气温的变化使该坝在左坝段、拱冠处各产生一条表面裂缝。1#裂缝、2#裂缝均位于大坝下游面。其中1#裂缝长约10 m，裂缝开度约1.0 mm，自左坝段1 182.08 m高程向下延伸;2#裂缝长约5 m，裂缝开度约0.5 mm，自河床中部坝段(拱冠)1 179.80 m高程向下延伸，上游坝面及坝体均未发现裂缝。对此表面裂缝处理如下:

采取化学材料嵌缝和水泥灌浆相结合来进行处理，施工工艺为:凿槽～嵌缝～钻孔～冲洗～灌浆～封孔。其中:①凿槽:对坝体裂缝进行凿槽，凿槽成三角形，槽上口宽4 cm，槽深3～4 cm，坝体裂缝两端各延伸0.5 cm;②嵌缝:嵌缝采用环氧树脂，先对坝体裂缝凿槽内刷1道环氧树脂液，然后用配制好的环氧树脂嵌缝，用榔头敲击嵌补的环氧树脂并用刮刀刮平;③钻孔:在大坝下游面沿裂缝两侧交错水平钻斜孔，孔距2.0 m，孔径为Φ40;④冲洗:采用高压水对钻孔进行冲洗，并检查各孔是否串通，冲洗压力为灌浆压力的80%;⑤灌浆:灌浆时空气温度≤10℃，灌浆采用孔口循环灌浆法，灌浆压力为0.25 MPa，灌浆材料为525#普通硅酸盐水泥;⑥封孔:从大坝底部往上灌浆，待全部孔出浆且堵塞全部孔后不吸浆才结束灌浆进行封孔［1］。

3.2 新老坝面结合处理

为确保新砌筑坝体和已砌筑坝体紧密结合在一起，整体均匀受力，新老接触面采取以下处理措施:①从混凝土施工配合比着手，在保证混凝土强度不变的前提下，适当加大水灰比，调整砂率，增强新老坝接触面的黏结力;②将原混凝土表层进行凿除，撬除所有松动石块;③对已建坝面进行凿毛冲洗处理后，在已砌筑坝体侧面设置两道膨胀止水条，在贴止水条前需对贴面进行机械打磨并冲洗。膨胀止水条距上下游坝面均为500 mm，为防止振捣对止水的影响，用膨胀螺栓将其固定，螺栓平均间距为300 mm，在新老坝体结合面设置Φ20@400的骑缝钢筋。

3.3 基础及防渗处理

至扩容前，拱坝左坝肩已开挖完毕，右坝肩也开挖一部分。由于停工时间较长，两坝肩已开挖表面杂草丛生、岩体风化较重，需对坝肩岩体进行适当扩挖，经对拱坝体型分析并结合坝肩稳定计算，确定两坝肩平均扩挖深度为3 m，建基面开挖至弱风化岩体中上部的基岩，遇裂隙密集带或卸荷裂隙适当嵌深。为不改变原拱圈几何尺寸，维持原大坝体形，两坝肩扩挖部分采用C15混凝土回填，形成拱端垫座。坝基平均开挖深度为8 m，两岸坝肩平均开挖深度为12 m。基岩采用垂直开挖，覆盖层开挖边坡为1∶1。坝基范围内未发现有大型岩溶洞穴，对一些岩溶裂隙、泥化夹层等，结合清基开挖，冲洗后回填混凝土及加强固结灌浆处理。

根据大坝中心“坝体与基岩接触带存在相对薄弱带”的结论，为增加基岩的强度、刚度，提高弹性模量，增进岩体的整体性和均一性，对整个坝基进行了固结灌浆处理，固结灌浆分两期实施，第一期重点选在河床坝基的节理密集带，第二期选在两岸岸坡坝基处。

固结灌浆孔深入基岩5 m，呈梅花型布置，孔排距均为3 m。在坝肩坡度＞50°的陡壁面及上游坝基接触面进行接触灌浆，接触灌浆孔结合固结灌浆孔布置，接触灌浆的面积为600 m2。

根据地质资料，坝址为补给型河谷类型，坝基及两岸岩体在一定的深度下属溶孔、溶隙型弱含水、弱透水岩体，坝基及两坝肩砂岩在一定深度范围内，仍存在渗漏问题，必须进行帷幕灌浆处理。根据大坝坝高，结合地质情况，防渗帷幕以吕荣值q≤3 Lu控制下限。

帷幕灌浆也分两期施工，第一期施工河床段，第二期施工两岸坡段。河床坝基的帷幕灌浆下限为坝基以下25 m;两岸坡的帷幕灌浆下限为垂直地面线以下25 m，两坝肩防渗长度自两坝肩向山体内各延伸50 m，两岸帷幕边界与地下水和正常蓄水位为交接衔接。帷幕线总长234.5 m，防渗帷幕采用单排布置，孔距3 m。因两岸地形坡度陡峻，露天灌浆存在较大的难度，故两坝肩采用平洞灌浆，左、右岸灌浆平洞尺寸为3.0 m×3.5 m。