法国诺萨克坝混凝土面板老化及渗漏的检测与修复

2015-04-07法国埃里克

水利水电快报 2015年1期

关键词：萨克排水管防渗墙

[法国] V.埃里克

[法国] V.埃里克

针对法国诺萨克坝上游面板变形引起的渗漏问题展开了研究。简要介绍了诺萨克坝及其排水系统的布置、在较长时间段内的渗漏状况，以及修复上游面接缝所开展的一些主要工作。还对最近一次发生的渗漏问题进行了介绍，阐述了其产生的原因和修复经过。

混凝土面板堆石坝；排水系统；渗漏；成因分析；修复施工；诺萨克坝；法国

1 项目简介

诺萨克(Naussac)坝坐落在浩特-阿列尔(Haut Allier)河上，靠近法国洛泽尔省的朗戈涅镇。工程的主要目的是在每年的11月到次年5月期间蓄水，以保证维持6月到10月阿列尔河以及下游卢瓦尔(Loire)河的流量。诺萨克坝是一座混凝土面板堆石坝，坝高50 m，上游铺设混凝土防渗面板，正常蓄水位为945.00 m (法国采用的高程标准，FOD)，水库库容1.9亿m3。工程于1983年夏开始投入运行。

大坝主要技术参数如下。

建基面以上最大坝高(高程897～947 m (FOD)): 50 m

坝顶宽: 7 m

坝顶长: 240 m

坝体体积: 400 000 m3

上游面板总面积: 12 500 m2

上游面板厚度: 0.40 m

上游面平均坡度: 1.4/1

下游面平均坡度: 1.45/1

正常蓄水位945.00 m (FOD) ，相应库容1.9亿m3

非常蓄水位946.00 m (FOD)，相应库容2 亿m3

坝体堆石料为花岗岩，石料最大粒径为800 mm，粒径小于5 mm的石料占堆石体总量的15%。上游面板底部设置了过渡带，过渡料粒径相对略小(最大粒径为400 mm)。

大坝上游面铺设钢筋混凝土防渗面板，面板面积为12 500 m2，面板厚40 cm，趾板与面板间的周边缝内设止水，形成坝基以上的防渗体。

排水系统主要包括4条表面排水管和3条通向坝基深部集水管的排水管。

在地基处理之后便开始布设坝基排水系统，系统含18个钻孔，3条主要排水管，即D1、D2和D3，分别收集来自河谷底部、左岸和右岸的来水。

表层排水用于收集回填料与基础接触面之间的循环水。排水管D4(直径 200 mm)收集位于右岸上游部分大坝基础部位的渗流，排水管D6 (直径 400 mm)收集从左岸和谷底流经大坝底部的各种可能来源的渗水。

2 渗漏

2.1 简况

1983～1993年间，大坝渗流量为450 L/min，1994年以后，渗流量逐渐增加到1 690 L/min。

随着渗流量的增大，1997年派潜水员在水下检查上游面板和排水系统的情况，1998年6月和1999年3月分别采用测压管、渗压计和微型摄像头进行了观测。2003年11月适当降低了库水位，对上游面板进行了检查并开始进一步的研究工作。

通过对防渗墙、周边缝采用荧光粉扩散检测法进行水下检测，可以发现明显的渗漏通道。

根据检测结果，2005年将水库全部放空，对主要的接缝部位进行了全面的修复，有效地降低了渗漏量。修复工作于2005年年底结束，水库重新蓄水，2008年5月达到正常蓄水位。

2.2 渗漏原因与部位

针对该坝的渗漏问题，1998年以来，进行了大量的研究和调查工作。

研究内容包括对渗漏的发展进行分析，以及寻找可能的渗漏源。派潜水员进行水下检查，寻找面板上的缺陷，测量靠近面板的水流流速，并用荧光粉注入法进行测试。检测结果表明，渗漏原因主要在面板的止水上，即止水本身的问题或面板出现张裂，于是很快找到了位于周边缝之上的一个渗漏区域。

最后一次检查是在2003～2004年，检查期间降低了库水位，同时雇用了潜水员。检查发现，在防渗墙之上和周边缝存在着3～4 cm的不均匀形变，主要分布在防渗墙接缝的两侧：其中接缝一侧的周边面板置于人工填筑的堆石体上，接缝另一侧的趾板则直接连于岩基上。这种布置可能是导致止水设施局部受剪的原因。

发现有2处渗漏位置 (见图1)：

(1) 主要渗漏发生在左岸防渗墙伸缩缝部位；

(2) 次要渗漏位于面板高程927 m (FOD)处。与主渗漏区域不同的是，该渗漏不是发生在防渗墙伸缩缝部位，而是发生在周边缝区域。根据潜水观察，这一区域的渗流量远小于防渗墙伸缩缝部位的渗流量。

咨询公司给出的结论如下：所检查的面板总体情况良好；在趾板、周边缝和防渗墙伸缩缝部位发现缺陷，2004年水下检测发现沿防渗墙伸缩缝有几处渗漏点，少量渗漏发生在周边缝区域。

业主于是决定对伸缩缝进行处理，根据观测结果并从经济上考虑，决定对侧缝和水平缝进行处理。由于施工需要放空水库，在此之前采用了临时的减少渗漏的措施。

观测发现，当水位高程接近934 m (FOD)时，D4+D6集水管给出的渗流量在5 d内从750 L/min 降低到了150 L/min 以下。

2.3 上游面板的修复

上游面板的修复工作于2005年开始，对高程936.54 m (FOD)以下的水平缝、防渗墙伸缩缝和周边缝进行了处理。

对上述缝的处理包括铺设两道防水设施：

第1阶段，首先在损坏的止水上面采用不透水的弹性材料充填到混凝土构件间的缝隙中。

第2阶段，采用海帕伦(Hypalon)型外部止水带，粘贴到已经充填了不透水弹性材料的混凝土面板接缝处。

修复工作包括在混凝土面板的接缝处割宽缝，最大割深10 cm，以便扩大面板和趾板之间的间隙，方便灌入不透水弹性材料，然后将海帕伦型止水带固定在两面板的接缝上。详见图2。

2.4 2005年施工质量评价

诺萨克坝于2005年年底再次蓄水，2008年达到正常蓄水位。自此渗漏量逐渐减小，2007～2010年间平均渗漏量为260 L/min，表明修补工作有效。

3 2011年渗漏事件

2008年11月发现渗漏量增加，主要发生在排水管D4，其渗漏量从25 L/min增加到250 L/min。2011年1月1日晚，渗漏量突然剧增，主要发生在排水管D6，在几个小时内其渗漏量从400 L/min增加到1 100 L/min。大坝总渗漏量达到1 580 L/min，其中包括排水管D4的420 L/min和排水管D6的1 180 L/min。2011年1月发生的渗漏量增加与修复工程完成后的渗流量相比差距较大，然而该渗漏量仍小于2003年的最大渗漏量2 500 L/min (排水管D4中600 L/min，D6中1 840 L/min)。另外，该渗漏量对应的水位高程为943.5 m (FOD)，接近正常蓄水位(945 m (FOD))，基本上达到了水库的最大蓄水状态。

发现渗漏量增加之后，进行了渗漏分析，以便对渗漏部位进行定点水下检查。水下检查工作于2011年3月第1次检查时发现了第1处渗漏点，在面板的上部(位于RD的P～Q垂直缝，高程范围在938.60～941.20 m (FOD)之间)，于2011年5月底第2次检查时发现了第2处渗漏点，位于面板的下部(在C～D垂直缝延伸段的斜缝上，高程范围在918～920.50 m (FOD)之间)。每个渗漏点都采用了临时堵塞办法，从而检测其对渗漏量的影响。第1处渗漏点堵塞之后，渗漏量明显减小(达到550 L/min)，但仍无法说明2011年1月那次渗漏量急增的原因。之后的第2次检查，找到了这一事件的可能原因。

第1次水下检查和用荧光粉检测包括以下接缝处：2005年未修补的水平缝(高程936.54 m (FOD))、水平缝高程927.53 m (FOD) 附近的周边缝和防渗墙伸缩缝、高程932 m (FOD)附近未处理的垂直缝。

由此可以发现初期渗漏发生在高程938.60～941.20 m (FOD) 之间(见图3)。

将土工膜临时铺设在渗漏部位，用于观察该部位渗漏导致的渗漏量的大小，因为渗漏量的减少是这次调查的一部分。这次调查也采用了遥控探测车(ROV)。

2011年5月使用ROV进行了2 d的检测，采用了声纳定位系统的探测车，置于大坝上游面沿着面板接缝进行探测。由于面板上积有一层几厘米厚的水库泥沙，增加了探测难度，更无法直接得到图像。但探测车底板中部的声纳定位系统使得该设备可以看到面板和接缝的大致形态，以及探测车的位置。

遥控探测车上绑有一些布条，可以探测水流的运动，带有一个探头可以注入荧光粉。

5月31日检测结果引起了人们的重视，有个区域的图像与其他接缝明显不同。

检查周边缝时，发现高程918～920.5 m (FOD)之间的部位沿接缝有一处渗漏。2011年6月，潜水员潜入水中，用临时土工膜铺设在这个区域，观察渗流量的变化，从而判断该区域的渗漏情况。铺设工作采用遥控探测车作为向导，找到渗漏区域的坐标,然后对渗漏量进行了观测，结果见图4。

面板上部的渗漏主要发生在垂直缝中，该部位由工人于2011年11月在其露出水面时进行了修补，修补工作在水库水位极低时进行。修补方法与2005年采用的修复方法完全相同。

相反，底部的接缝(周边缝和防渗墙伸缩缝部位)是大坝底部渗漏的主要通道，为了不影响水库的管理运行，需要在水下修复。这次采用了一个金属接缝盖板，将盖板的两侧固定在面板上，然后在盖板底部和接缝中注入环氧树脂，从而再次弥补接缝止水的缺陷。