三岔河水电站一期面板反向水压力破坏处理

杨 旭，张小刚(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

三岔河电站位于云南省保山市腾冲县猴桥镇，为槟榔江梯级的龙头水库，为二等大(2)型工程。工程采用混合式开发，开发任务以发电为主，电站装机容量3×24 MW，水库正常蓄水位1 895 m，总库容2.74亿m3，具有年调节性能。坝址区场地的地震基本烈度为Ⅷ度，基准期50年超越概率10%基岩场地水平加速度峰值为0.19g。

大坝为混凝土面板堆石坝[1-2]，最大坝高94 m，趾板建基面高程1 806 m，坝顶高程1 900 m，坝顶长331 m，坝顶宽度8 m；坝体上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.6及1∶1.4[3]；大坝坝体分区从上游至下游依次为垫层区(2A区)、过渡区(3A区)、上游堆石料区(3B)、下游堆石料区(3C)和下游排水堆石料区(3D)，面板上游为铺盖区(1A)及盖重区(1B)。大坝总填筑方量约160万m3。

大坝混凝土面板按12 m间距分缝[4]，共有面板25块，其中河床部位面板编号为10～13号；混凝土面板厚度采用顶部向底部增厚的形式[5]，顶部厚度0.3 m，底部厚度为0.62 m。面板混凝土强度等级C25，抗渗等级不低于W12，抗冻等级不低于F100，水灰比不大于0.5，塌落度3～7 cm；水泥采用GB175-85“硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥”，二级配混凝土，掺15%～25%的Ⅰ级粉煤灰[6]和聚丙烯纤维0.9 kg/m3。混凝土面板采用双层双向配筋，每向配筋率0.4%。

1 面板破坏的发生

大坝混凝土面板分两期施工，一期面板施工高程为1 807～1 860 m；大坝一期面板于2015-04-01日开始浇筑，5月17日全部浇筑完成。6月11日前业主、监理及施工单位对面板进行巡视检查，均未发现任何异常。6月11日～6月23日，工程区发生持续强降雨，河道水位大幅上涨。6月24日降雨减小，施工方准备面板表层止水施工，对河床趾板段坝前积水进行抽排，抽排后发现12号面板与河床趾板交接处有抬动变形错位现象，见图1，经测量右侧(靠13号面板)抬动6 cm，左侧(靠11号面板)抬动4 cm，且右侧拐角及12号面板底部周边缝有反向渗水溢出，其流量在0.3 L/s左右；6月24日后陆续发现12、13、14号面板有裂缝产生，均为水平向贯穿性裂缝[7]，其中12号面板有5条，13号面板有2条，14号面板有3条，裂缝分布高程为1 820～1 836 m。

图1 12号面板上抬破坏照片

2 原因分析

大坝于2013-11-26日开始填筑，2014-09-20日大坝整体填筑至1 860 m高程，大坝一期面板于2015-04-01日开始浇筑。大坝一期填筑完成至一期面板开始浇筑，大坝坝体沉降时间超过6个月；浇筑一期面板前大坝各项监测数据表明，大坝沉降已趋于收敛；因此可基本排除大坝坝体变形导致面板破坏的可能性。

经参建各方讨论分析，面板破坏的主要原因：河床段面板高程较低，布置于河床部位的反向排水管封堵[8]时间过早，在尚未进行坝前盖重料回填压重前，遭遇持续强降雨导致下游河道水位大幅上涨，面板上下游形成反向水头差过大，在反向水压力[9]的作用下，导致面板发生抬动错位等破坏。

3 处理方案

基于处理方案应不致对工程及工期造成较大影响，处理方案分为两步：一期处理方案和二期处理方案。

3.1 一期处理方案

12号面板发生抬动错位，底部接缝多处有渗水溢出，且渗水量随水下游水位降低呈逐渐减小趋势；由于面板后反向水压力得以释放，面板暂时处于安全状态。一期处理方案主要处理破坏最为严重的12号面板，并根据12号面板部分凿除后的揭露的情况进一步制定处理方案。

具体方案：根据12号面板抬动位移情况，确定对12号面板底部范围变形部位进行凿除，为保证后期新老混凝土缝面良好接合，要求凿除部位的缝面型式为“楔型”缝面。面板凿除时，顺坡向上下两层钢筋须保留长度1 m以上，以确保新老面板混凝土结合面形成的施工缝，钢筋过缝。为避免下部面板凿除可能会造成上部面板向下滑动的不利影响，面板凿除分左右各半幅分期施工。在凿除前首先从面板中间位置切割，然后按左、右两侧各6 m(各一幅)宽来处理，按要求处理完一幅，面板混凝土满足强度要求后，再进行另一幅施工。

3.2 二期处理方案

2015年7月，12号面板底部右半幅(靠13号面板侧)凿除后，见图2，揭露的情况为：挤压边墙坡面往坝前有轻微抬动变形；12号与13号面板交接处的铜止水T型接头左侧周边缝有撕裂渗水点，在焊缝左侧3 cm处有一长20 cm的撕破口，周边缝F型铜止水发生错动变形；垂直缝W型铜止水完好，未发生明显变形，但下部4 m范围止水与13号面板脱空0～2 cm；距13号面板T型接头3.3 m和6 m处周边缝铜止水鼻子处各有一砂眼渗水点。

图2 12号面板底部破坏照片

2015年8月，12号面板底部左半幅(靠11号面板侧)凿除后，揭露的情况为：挤压边墙坡面往坝前有轻微抬动变形；垂直缝W型铜止水完好，未发生明显变形，但下部4 m范围止水鼻子与11号面板脱空0～2 cm；距11号面板T型接头0.11 m及1.1 m处周边缝铜止水各有一砂眼渗水点，1.35 m处周边缝铜止水翼缘有长约1 cm裂缝。

2015年8月，对一期面板进行脱空检测，检测总面积约11 854 m2。检测成果为：第11、12、13号面板底部(河床趾板)以上斜长2 m范围内存在脱空或不密实现象。

根据12号下部面板凿除后揭露的具体情况及裂缝、面板脱空检测成果，二期处理具体方案如下。

1)修复破损铜止水，重新浇筑12号面板混凝土(凿除段)。

2)对12号面板(凿除段)底部破坏的垫层料进行清除，并用特殊垫层料重新补填分层夯实。

3)裂缝处理意见：≥0.2 mm裂缝采用化学灌浆处理，表层增加防渗盖片封闭；<0.2 mm裂缝表层增加防渗盖片封闭。

4)对面板脱空部位进行回填灌浆处理。

4 处理效果

面板处理于2015年10月施工完成，工程于2015年11月下闸蓄水(一期)，12月首台机组投产发电；在完成大坝二期填筑及面板浇筑后，2016年汛期，水库蓄水至正常蓄水位1 895 m高程。

本工程面板堆石坝建成蓄水后3年，量水堰实测最大渗流量为11.2 L/s，大坝各项监测指标正常，证明针对面板破坏采取的处理方案是可靠的。

5 结 语

混凝土面板堆石坝河床段面板底部高程，一般低于下游坝基高程。由于垫层料的渗透系数较小，为半透水性，地形的高差使水流通过坝体渗透到坝基内，在坝前形成反向水压力；另外面板施工时坝前基坑抽水也有可能形成反向水压力。一旦反向水压力增大到垫层坡面无法承受的程度，超过垫层容许破坏比降时，即会导致垫层坡面被反向水压破坏或者面板抬动、挤压等破坏。

根据天生桥一级混凝土面板堆石坝的试验成果表明：当面板浇筑前，出现反向渗压情况下，水平宽度3 m的垫层，能承受的反向水头仅有3.6～4.2 m，超过即有可能产生管涌破坏[10]。根据国内外面板堆石坝发生垫层或面板破坏的案例显示，破坏发生时，面板上下游反向水头差多在3.5～5 m。因此，施工期面板上下游反向水压力对面板堆石坝的不利影响应引起参建各方的充分重视，建议如下。

1)坝体施工期必须采取有效的坝体排水和减压措施，以降低反向水压对垫层或面板的破坏，排水高程应在不影响表层止水等的施工前提下，布设高程应尽可能降低。尤其对河床段趾板高程与后部坝基高差较大、河床坡降较小、坝基排水[11]不畅的工程，应予以高度重视。

2)施工期反向排水管的封堵时机应合理选择。面板浇筑后，须待面板混凝土达到一定强度后方能进行面板表层止水的施工，在此期间尚不能进行坝前铺盖及盖重的施工，铺盖及盖重对面板和坝体的坝前土压力尚不能形成，因此反向排水管的封堵应选择在面板表层止水施工完成以后进行封堵，封堵后应立即进行坝前铺盖及盖重的施工，迅速对面板和坝体形成反压；同时，封堵时宜避开强降雨天气，停止大坝施工用水并加大大坝下游的抽排水力度。