浅谈下坂地坝基廊道沉降变形及渗水处理

2018-10-15·

水利建设与管理 2018年9期

(新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，喀什 844000)

1 工程总体概况

下坂地水利枢纽工程位于新疆塔里木河源流叶尔羌河主要支流之一的塔什库尔干河中下游。该工程是塔里木河流域近期综合治理中唯一的山区水库枢纽工程，是以生态补水及春旱供水为主，结合发电的综合性Ⅱ等大(2)型工程。枢纽建筑物由拦河坝、导流泄洪洞、引水发电洞和地下电站厂房组成。工程所在地海拔高程接近3000m，年平均最低气温-29℃，地震烈度Ⅷ度，工程建设条件相对比较恶劣；水库坝址覆盖层最深达150m，且坝基覆盖层夹有沙层透镜体、大孤石及孤石相互架空现象等复杂结构。

拦河大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，坝顶高程2966m，最大坝高78m，总库容8.67亿m3；导流泄洪洞布置在大坝右岸，采用表孔侧槽溢洪洞和底孔导流泄洪洞两洞合一的布置型式，总长1.428km；引水发电洞布置在大坝左岸，全长4.68km；电站厂房位于坝址下游7.5km处，是一座地下厂房，电站装机150MW(3×50MW)。

工程于2005年7月开工，2007年9月大河截流，2010年元月初次下闸蓄水，2010年6月电厂首台机组并网发电，2011年7月大坝工程全面完成，2017年11月完成竣工验收技术鉴定工作。

2 大坝防渗及渗流监测设计

2.1 防渗体系设计

坝址2888m高程以下覆盖层采用1m厚85m深防渗墙防渗，防渗墙下部采用4排砂砾石帷幕灌浆，排距2.5m，孔距3.0m，梅花形布置，防渗墙与下部砂砾石帷幕灌浆采用嵌入式搭接，搭接深度10m，砂砾石帷幕灌浆深度75～156m。2888～2966m高程沥青混凝土心墙，底宽1.2m，顶宽0.6m，心墙基础设置混凝土基础与坝基及坝肩防渗体衔接。坝基0+301～0+361段排砂砾石灌浆为5排。

左岸坡面开挖坡比为1∶0.92，设3排帷幕，排距1.0m，孔距2.0m；右岸岸坡较陡开挖坡比为1∶0.35，设1排帷幕，孔距2.0m。

2.2 大坝渗流监测设计

在坝0+221.00断面坝基2812、2860及2896高程，坝上0+006.00、坝下0+010.00、坝下0+070.00、坝下0+140.00断面均布置渗压计；在右坝肩灌浆平洞内布置4支渗压计，基岩岸坡布置3支渗压计；在右岸沥青混凝土基础混凝土面埋设3DM位移计，进行沥青混凝土基座与沥青心墙错动监测。

3 成因分析及增设监测设备

3.1 廊道沉降开裂及渗水原因分析

3.1.1 廊道沉降开裂原因分析

a.本工程右岸坝基砂层较厚、松散，其相对密度Dr=0.73，加之大坝右岸建基面高程比左岸低，虽然对右岸坝基砂层进行了挤密处理，但大坝右岸基础沉降量比左岸大。

b.本段廊道0+384端嵌入基岩，而0+375.5端位于坝基填筑料上，随着大坝填筑完成及水库蓄水位上升，在坝体沉降过程中，廊道0+375.5端受到竖向及下游方向荷载加剧，该部位受到弯剪作用加大。从廊道沉降开裂情况监测资料看，桩号0+378坝下10处坝基累计沉降量为38mm，向下游的挠度约为20mm。而廊道竖向错台高度为15cm，廊道相对于交通洞向下游位移1.32cm，说明随着坝体沉降过程延续，上部及上游荷载越来越多地集中在廊道上。

c.廊道 0+384段处于基岩灌浆洞与坝基覆盖层分界点，段长度为8.5m。

d.廊道0+384处变形缝设计宽2cm，到目前为止，监测结果显示，变形缝顶部宽5cm，竖向相对错位15cm。由于变形缝变形过大导致止水拉裂。

e.自建立观测设施后廊道顶拱在0+384处缝宽变化量为2.23cm，由于廊道承受巨大弯剪作用，导致洞身出现斜向裂缝。

综上所述，廊道沉降开裂是由于该处为廊道与岸边交通洞结合部位，该部位为基岩与坝基覆盖层分界点，由于河床部位沉降变形以及廊道端头嵌固作用，变形突出表现为0+384端变形缝的张开变形和0+375.5端的弯剪变形，并引起裂缝及止水开裂。

3.1.2 渗水原因分析

根据廊道右岸段渗水规律分析，认为廊道顶部渗水为岸坡来水，原因如下：

a.大坝沥青混凝土心墙防渗效果良好，且沥青混凝土塑性良好，沥青心墙施工工艺成熟，质量保证，并从坝基廊道上游预留排水孔来看，没有出现漏水或大面积潮湿现象，因此初步确定沥青混凝土心墙没有发生渗漏。

b.右岸心墙下右侧廊道内施工竖井水位基本稳定，而且水位较低，约在2893m高程，因此分析基础混凝土防渗墙防渗效果基本可靠。

c.对于沥青混凝土心墙与岸坡部位，因沥青混凝土心墙采用放大断面进行处理，从监测结果看主要以挤压变形为主，且沿混凝土盖板面的剪切变形较小，由此表明心墙与基础混凝土结合紧密，不应产生渗水通道。

通过以上对可能产生渗漏的部位初步分析，渗漏水来自右岸基岩帷幕灌浆。右岸边坡很陡，为1∶0.35，为避免岸坡基岩灌浆过程中沥青混凝土心墙基础(灌浆盖板)过大抬动，岸坡灌浆在浅部灌浆压力较小，因此灌浆效果可能不理想。

另从右岸坝基、坝肩开挖情况看，施工过程地质发现4处断层和一处裂隙密集带，局部断层、裂隙大部为高倾角顺河向裂隙，有可能存在局部没有彻底封闭，形成通道，造成蓄水后渗漏，并在廊道端头集中逸出。

3.2 增设监测设备

a.在廊道右岸0+384.0m处变形及渗水部位、施工缝的顶拱洞轴线处和上下游拱角线下50cm处，布置3组3DM-200型三向位移计，用以监测施工缝的开合、垂线和上下游三个方向的错动移。布置如图1所示。

图1 大坝廊道(坝)0+384.00施工缝错动变形监测布置

b.大坝廊道0+375.5m～0+384.0m段上游面出现混凝土面不平整现象，此不平整区域进行收敛监测。收敛测点布置如图2～图3所示。

图2 大坝廊道(坝)0+382.6断面收敛布置

图3 大坝廊道(坝)0+381.6断面收敛布置

c.大坝廊道0+375.5m～0+384.0m段上下游廊道混凝土内壁出现裂缝，其中上游面3条、下游面1条。布置7支测缝计对4条裂缝进行开合位移监测。测缝计测点布置如图4～图5所示。

图4 大坝廊道(坝)0+375.50～0+384.00段上游侧裂缝监测布置

图5 大坝廊道(坝)0+375.50～0+384.00段下游侧裂缝监测布置

d.廊道0+375.5m施工缝进行垂线方向的错动位移监测，其中在上下游面距底板顶1.3m处各布置1支位移计。位移计测点布置如图6～图7所示。

图6 大坝廊道(坝)0+375.50下游侧施工缝垂直错动变形监测布置

图7 大坝廊道(坝)0+375.50上游侧施工缝垂直错动变形监测布置

4 廊道沉降开裂、渗水加固处理

4.1 初次处理措施

2012年5～9月，对右岸岸坡段进行渗漏水堵路基岩检查帷幕灌浆。

施工程序为：第一步布设检查灌浆孔，检查出渗漏通道；第二步再根据检查灌浆孔的结果，采用帷幕灌浆封闭渗漏水通道。

4.1.1 检查灌浆孔布置

检查灌浆孔布设在右岸2966m高程及灌浆平洞内，沿原帷幕轴线布置，以右岸2966m灌浆平洞桩号YD0+000.00为起点向洞内延伸，检查纵向长度为30m；考虑到2888m高程附近存在着裂隙密集带，检查灌浆孔孔底高程为2860m；孔斜最大顶角19°，钻孔每0.5m，进行一次孔斜率观测；采用自上而下分段卡塞压水；终孔后采用“孔口封闭、孔内循环”灌浆法；裂隙冲洗和压水试验压力为灌浆压力的80%，且不大于1MPa。1号、2号、3号必取芯孔，芯样获得率不低于85%，其余检查灌浆孔是否采取岩芯可根据前期检查结果确定。检查钻孔布置如图8所示。

图8 检查灌浆孔平面布置

4.1.2 帷幕灌浆孔布置

帷幕灌浆段布置在桩号YD0+000.00(坝0+406.00)～YD0+030.00之间。施工方法与检查灌浆孔一致。具体灌浆孔布置如图9所示。

图9 灌浆孔平面布置

4.2 第二次处理措施

2013年水库蓄水位达到2946m以上时，坝基廊道0+384.0m处变形缝渗水量达28.97L/s，渗水量仍有增大的趋势，并在廊道桩号0+375.5m～0+384.0m段上、下侧墙斜向裂缝出现增多。根据以上情况，于2014年5～9月，再次进行了处理。

4.2.1 右岸岸坡混凝土盖板与心墙基座底部接触面裂隙处理

4.2.1.1 检查孔施工

在右岸▽2896m交通洞与坝基廊道桩号0+384.0m衔接部位渗水处周边布置检查孔，检查孔均为斜孔(仰孔)，检查混凝土防渗墙和坝体心墙基座底部与右岸岸坡接触面处有无断层和渗漏通道。检查孔达到设计深度后按照基岩帷幕灌浆的要求进行灌浆。如混凝土心墙底部检查孔中出现涌水等情况，停止钻进，进行灌浆处理。

4.2.1.2 灌浆孔施工

帷幕灌浆布置在▽2896m交通洞内桩号YJ0+000.0(坝0+384.0)～YJ0+012.0之间。均为斜孔，沿洞轴线分两排布置，下游排距洞轴线0.2m，排距1.0m，孔距2m。钻孔深度控制在大坝防渗帷幕轴线即可。

工艺流程：每钻完一段后做压水试验，压水试验结束后进行灌浆，灌浆结束后进行下一段的施工直至全孔灌浆结束。灌浆分序为先施工下游排，再施工上游排；同排孔先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

4.2.2 廊道地板沉降处理

4.2.2.1 施工方案

廊道沉降部位底板采用挤密注浆桩处理，范围为0+374.8～0+383.0m。钻孔按梅花形布置，共3排，中间排布置在廊道轴线上，与上、下游排之间的排距为0.875m，并在底板断裂处布置3孔，距此3孔20cm处再布置3孔，孔距1.5m，孔深为混凝土底板下5m，孔径91mm。挤密注浆桩布置如图10所示。

4.2.2.2 施工方法

采用XY-2型地质回转钻机配合金刚石钻头钻孔，孔深至混凝土底板下砂砾石层5m，每段钻孔段长控制

图10 挤密注浆桩布置

在2～3m，灌浆方式为“孔口卡塞灌浆法”。水灰比0.5:1的纯水泥浆灌注，灌浆压力达到0.5～0.6MPa，注入率为2～3L/min时，持续灌注30min结束，待凝8h后，再进行下一段的钻孔及灌浆。如在砂砾石层中遇到塌孔等情况时，采用稀水泥浆护壁，“置换和压力灌浆封孔法”封孔。

4.3 廊道变形段支护

4.3.1 廊道变形段初次钢结构支护

2012年对廊道第一次渗水处理时对廊道0+377.5～0+384.0变形段采用φ20工字钢支护。方案为单榀工字钢轴线尺寸为3.2m×4.8m圆拱直墙型，顶拱中心角120°，钢拱架间距1m，榀与榀之间以18号工字钢连接，连接杆环间距1m；在侧墙顶部与对面侧墙中部增加斜支撑，斜支撑采用18号工字钢，间距2m；全部焊点、面采用双面焊。钢支护节点部位与廊道内侧混凝土面之间采用加楔措施，以保证钢支撑支护与衬砌混凝土之间紧密连接。

4.3.2 廊道变形段二次混凝土衬砌支护

廊道二次处理结束后，为巩固廊道安全，采用加套钢筋混凝土支护措施，再进行处理。方法为先凿去该段廊道内保护层混凝土，将廊道内层受力钢筋与钢拱架焊接为整体，受力钢筋与钢拱架之间设楔形体与钢筋焊接，设楔形体在拱架环向按间距50cm布设；凿除廊道与交通洞结合部位(坝0+384桩号)变形缝内侧混凝土，重新设置止水胶带，廊道顶拱预埋接触充填灌浆管，以利于新老混凝土之间充填密实形成整体；浇筑C20混凝土使该段廊道新浇筑混凝土与原廊道成整体结构。待新浇筑混凝土达到设计强度后，拆除在廊道侧墙处设置的斜支撑。