水电站施工期大坝面板抬动破坏及处理

陈 玲 ，王 东，2，周泽泽，易恒如

（1.四川大学水利水电学院，四川成都610065；2.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065）

0 引言

在混凝土面板堆石坝施工中，坝前反渗水具有较大的危害性，它轻则影响施工进度，降低工程质量，重则抬动面板、破坏止水，甚至导致面板开裂、漏水[1][2]。目前国内已有如大河水库大坝、天门河水库大坝等，因坝前反渗而使面板受到不同程度破坏的案例[3][4]。本文针对重庆市刘家沟水电站面板堆石坝施工过程中因自然因素、施工条件等产生的面板抬动破坏，分析其原因，介绍其处理方案和过程。后期监测显示面板修复效果良好，可供面板坝同类缺陷处理参考。

1 面板抬动事故

1.1 工程概况

刘家沟水电站工程是位于重庆市小溪河上的混合开发式电站，主要建筑物有拦河坝、溢洪道、放空洞、岸坡取水口、压力隧洞、调压井、压力管道及厂区建筑物。主坝为面板堆石坝，坝顶高程450.0 m，最深建基面高程380m，最大坝高70 m，正常蓄水位448 m，死水位422 m。

1.2 事故发生过程

刘家沟水库电站工程于2011年12月15日开始首块面板（MB19）浇筑，2012年5月4日完成面板浇筑，5月8—9日流域发生大暴雨，造成上游围堰过水，基坑被淹，洪水淹没高程达405 m。5月9日下午雨停过后在坝前、后基坑内分别安装水泵进行平衡降水抽排，并于21日将水位下降15 m至390 m高程（12 d降了15 m），此时发现MB12～MB16面板在389～393.12 m高程段有抬动断裂现象。

1.3 面板抬动破坏情况

发现面板抬动破坏现象后立即降低了抽排水速度，每天下降水位控制在0.5 m。但由于后期接连下暴雨，基坑再次进水上涨，未能及时开展面板抬动情况测量。直至2012年6月13日，水位下降至385 m后组织人员对面板抬动及裂缝情况进行测量，发现共5块位于河床段的面板MB12～MB16发生抬动变形和断裂，其中M13～MB15面板抬动变形严重，MB14面板最为严重，整体沿水平方向抬动2.8～47.1 cm，左右两侧抬动值分别为44.5 cm、47.1 cm，整块面板比相邻的MB13、MB15突出达10～14 cm。MB12、MB16两块面板损坏相对较轻，MB12抬动量最小，左右两侧抬动值分别为4.5 cm、4.0 cm。

检查发现整个面板抬动均呈挤压破坏状态，裂缝纵横向无规则发展，面板抬动区被挤压成大小不等的碎块状。

2 抬动破坏原因分析

工程发生抬动破坏的面板M12～MB16的浇筑时间为2012年2月21日至2012年5月4日，距2012年5月8日至9日暴雨时间极短，混凝土强度低，尚未达到设计规定强度。

暴雨发生后，洪水翻过围堰将基坑淹没，坝前水位升高至405 m，在反向排水孔未封堵，表止水未施工的情况下，将面板连同坝体一起浸泡在水中。之后连续频繁降雨，造成坝体内水位进一步抬高，且由于坝前预留的反向排水孔被沉淀淤泥堵塞失效，坝体内积水不能及时排出，在基坑抽排降水时，水位降速过快（1.25 m/d）造成坝面反向渗水，坝体内外水位差逐渐增大，形成巨大的反向水压力，最终导致面板抬动并形成挤压破坏，简化后的坝体内外水位过程线以及面板受力分析见图1、图2。

图1 暴雨后坝体内外水位过程线

图2 渗水区面板受力分析简图

对渗压区矩形面板取单宽进行简要受力计算得：

水压力：P′=2.8×104kN

面板自重：G′=G·cosα =2.4×102kN

其中混凝土密度取2 400 kg/m3进行计算。

由上述简要受力计算可知，P′远大于 G′，坝体内的水压力对混凝土面板产生了顶托作用，使面板抬起变形发生破坏。

刘家沟水电站面板所受的反渗破坏力，源自土力学中的“骤降”概念，即坝体外部降水速度过快，饱和坝体反渗压力大，对面板造成了抬动破坏。

3 面板缺陷处理措施

3.1 破坏面板的处理

针对工程的实际情况，对面板按破坏程度分别采取了不同的处理措施。

对于MB12及MB16两块损坏相对轻微的面板，根据现场检查，MB12右边缝及底部周边缝、MB16左边缝及底部周边缝止水未被破坏，面板底部未脱空且其对应的挤压边墙完好，对面板挤压破坏混凝土表面采取人工凿毛，然后在其上布置φ14@200mm插筋并挂网后，重新浇筑混凝土并在其表面涂刷一层KT液，以加强防渗效果，侧角采用封边胶封闭，并加设GB三元乙丙橡胶盖板，采用扁钢及螺栓固定，确保其满足强度要求具备蓄水条件。

而对于MB13～MB15面板破坏较为严重的部位，对396 m高程以下的钢筋混凝土、止水等结构采用分块拆除然后重新分期安装和浇筑的方式修复（见图4）。拆除方式采用切割拆除、局部人工风镐凿除的方式，以免对临近结构产生损害。同时在施工中加强对其趾板、周边面板及周边止水结构的保护，为确保施工安全，防止上部正常面板发生下坠产生二次破坏，面板混凝土的切割及重新浇筑采取每块面板沿竖向分两期切割、两期浇筑的处理方式。

为防止面板浇筑后反压水再次对面板破坏，在本次浇筑的每块面板底部周边缝上方1 m位置处布设DN150 mm排水钢管，钢管深入至坝体过渡区，内端头由内至外分别布设网眼尺寸1 mm、5 mm的不锈钢滤网各一层。钢管外端设阀门，在面板浇筑完成后关闭并用混凝土封堵。

3.2 面板裂缝缺陷处理

经初步检查，工程大坝面板趾板裂缝，统计344条，总长度近2526.5 m。按以下原则进行分类：缝宽小于0.1 mm为Ⅰ类缝；0.1～0.3 mm为Ⅱ类缝；大于0.3 mm为Ⅲ类缝。处理措施如下：

1）对于Ⅰ类缝，进行表面封闭，死水位422高程以上采用涂刷水泥基渗透结晶材料T1+液体橡胶的方式进行封闭；死水位以下采用涂刷水泥基渗透结晶材料T1+粘贴GB胶板及GB三元乙丙复合板进行表面封闭。

2）对于Ⅱ类缝、Ⅲ类缝，死水位以上的裂缝采用“化学灌浆+涂刷液体橡胶”进行处理；死水位以下采取“化学灌浆+表面粘贴GB胶板及GB三元乙丙复合板封闭”处理，化学灌浆打斜孔，材料采用CW改性环氧树脂灌浆材料。

3.3 处理效果

破坏面板经处理后，经检测符合安全规范，且已蓄水经过了3年的正常运行，观测表明，目前大坝渗漏量与库水位有一定相关性，不过渗水量相对较小（30 L/S内），且基本稳定，大坝未见其他异常渗水渗压情况，表明面板缺陷处理效果良好。

4 结语

1）刘家沟水电站面板抬动破坏的本质原因是施工期暴雨洪水翻过围堰将基坑淹没，致使坝体水位大幅抬高，坝前预留的反向排水孔被沉淀淤泥堵塞失效，坝前基坑抽排降水速度过快（骤降）致坝体内外水压差逐步增大，形成巨大的反向水压力使特定高程的面板被抬起形成挤压破坏。

2）面板施工期，若从坝体反渗入上游的水压过大，不仅影响面板混凝土的施工安排和质量，甚至可能造成对已成型面板的抬动破坏，因此在施工过程中要引起高度重视，采取及时、适宜的基坑排水方案，避免在上游面板形成事实上的“骤降”破坏。

3）对于破坏面板及混凝土裂缝，分类采取适宜的措施，取得满意的综合效果，是更理性、更有性价比的技术思维。