白市大坝廊道渗漏量资料分析与安全评价

2020-01-02张玉平李清华

水科学与工程技术 2020年6期

张玉平，李清华，王得，刘效

（湖南五凌电力科技有限公司大坝监测中心，长沙410004）

白市水电站位于贵州省黔东南苗族侗族自治州天柱县境内，清水江下游河段，坝址距天柱县县城30km。工程以发电为主，兼有航运等综合利用效益。坝址以上流域面积16530km2，占清水江流城面积的93.8%，多年平均年径流量为114.8亿m3。水库校核洪水位302.18m，设计洪水位300.40m，正常蓄水位300.00m，死水位294.00m，总库容6.87亿m3，具有季调节性能。电站总装机容量420MW（3×140MW）。

本工程属Ⅱ等大（2）型工程，枢纽工程有挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物及通航建筑物等，主要建筑物为2级，设计洪水重现期100年，校核洪水重现期1000年。

拦河坝为碾压混凝土重力坝，由泄水坝段、厂房引水坝段、升船机坝段和左、右岸挡水坝段组成。大坝坝顶高程304.50m，最大坝高68m，坝顶长512m，共分为23个坝段，从右岸至左岸分别为：1#～5#右岸挡水坝段、6#～8#厂房引水坝段、9#～15#泄水坝段、16#升船机坝段、17#～23#左岸挡水坝段。

泄水建筑物为坝顶6孔开敞式泄洪表孔，堰顶高程281.00m，孔口尺寸17.0m×19.0m（宽×高），堰型为WES型实用堰，弧形闸门控制，采用宽尾墩加消力池联合消能。

引水建筑物主要包括电站进水口、坝后背管及压力钢管等，进水口底板高程267.00m，坝后背管采用下游坝面浅埋式压力钢管，直径9m。

发电厂房为坝后式，厂房内安装3台单机容量为140MW的水轮发电机组。通航建筑物按Ⅶ级航道，50t级规模设计，采用垂直吊升船机型式。 2013年2月27日下闸蓄水，2013年4月3台机组全部并网发电。

1 坝体裂缝成因回顾

1.1 主要坝段坝体裂缝情况

主体土建工程恢复施工以来，混凝土中出现了较多裂缝，主要集中在8#～12#坝段。 2010年3 月3日，业主组织建设方召开了裂缝处理专题会，对裂缝的成因进行了分析，认为大坝出现裂缝的主要原因包括：混凝土养护不到位、保温措施落实不彻底、混凝土层间间歇时间过长、混凝土浇筑入仓强度不够、震捣不密实、仓面浇筑时间过长、混凝土骨料中含泥量超标等。制定的大坝裂缝预防措施包括：混凝土养护必须到位，保温应及时，按规范要求执行；混凝土层间间歇时间控制在7～10d；严格控制原材料及混凝土的生产质量；加大混凝土浇筑的入仓强度，缩短混凝土浇筑的时间，防止冷缝的产生；改进施工工艺，完善混凝土浇筑手段；6#～15#坝段混凝土添加防裂剂。

经过这次裂缝处理专题会后，能严格按照上述裂缝预防措施施工的大坝混凝土，基本没有出现裂缝，但仍存在少量因裂缝预防措施不到位的坝段混凝土出现裂缝情况。

2 蓄水后坝体部分缺陷处理情况

2.1 坝体渗水量较大处理情况分析

白市水电站水库蓄水后坝体渗水量较大，蓄水至291m高程时，最大总渗漏量99.3L/s。根据水下摄像检查资料及现场检查情况分析，坝体渗漏范围主要分布在结构缝、层间缝、蓄水前未处理的裂缝及蜂窝麻面等处，初步分析认为渗水原因主要是大坝结构缝止水局部失效、迎水面2m常态混凝土局部振捣不密实、渗水经碾压混凝土层间缝渗漏至坝体排水孔及廊道缺陷所致。经多次专题讨论研究，认为目前渗漏水相对较大，但未影响大坝的安全运行，采取的主要处理方案包括：

2.2 分段坝段水泥灌浆处理情况

2#～5#坝段、16#～22#坝段坝顶开孔，钻孔至基岩面，孔位位于坝0+002.000处，自上而下分段水泥灌浆。

2.3 厂房、溢流坝段水泥灌浆处理位置

6#～8#厂房坝段、9#～15#溢流坝段在检查廊道（高程260m）钻孔至灌浆廊道顶部进行水泥灌浆。

2.4 坝前结构缝部位聚氨酯化学浆液处理部位

坝前结构缝部位盖片封堵、坝顶止水铜片后钻孔灌注化学浆液形成“膨胀浆塞”，廊道及坝后灌注LW+HK-9105聚氨酯化学浆液封闭。

2.5 恢复堵塞的坝体渗漏量情况

坝体渗漏处理于2013年3月开始进行，2013年10月水泥灌浆完成，2014年3月处理全部完成。经处理后渗漏量明显减小，总渗漏量自动化测值为6.1L/s。

3 特征坝段基岩变形分析

3.1 17#坝段坝趾基岩测点分析

17#坝段坝趾基岩测点过程线如图1。

图1 17#坝段坝趾基岩测点过程线

由图1可知，M1-2点基岩开合度的变化是随水温情况变化，水温升高，开合度变小，水温降低，开合度变大。其中2019年3月份，水温创历史新低，开合度幅度变化也是最大。

17#坝段坝趾基岩测点与库水温变化特征值统计如表1。

表1 17#坝段坝趾基岩测点与库水温变化特征值统计

3.2 10#坝段坝趾M3-2基岩测点分析

2015年1月蓄水运行后随着水位升高，受库水压力作用，坝踵基岩压缩量略有减小，坝趾基岩压缩略有增大。目前各监测部位基岩变形除M3-2测点外基本表现为压缩变形，变形量不大。但M3-2测点呈缓慢压缩趋势，未趋于收敛，没有出现异常变化。

10#坝段坝趾M3-2基岩测点过程线如图2。

图2 10#坝段坝趾M3-2基岩测点过程线

10#坝段坝趾M3-2基岩测点与库水温变化特征值统计如表2。

表2 10#坝段坝趾M3-2基岩测点与库水温变化特征值统计

3.3 厂房2#机基础部位M4-3测点分析

由各监测坝段帷幕后测压管水位可知，蓄水以来，测压管水位基本与上游水位呈正相关变化，低温高水位下无异常增大现象。结合基岩变形监测成果，可认为目前这些坝段坝踵基岩未出现与帷幕相通的裂缝。

厂房2#机基础部位M4-3测点过程线如图3。

图3 厂房2#机基础部位M4-3测点过程线

坝后厂房2#机基础部位M4-3测点与库水位变化特征值统计如表3。

表3 坝后厂房2#机基础部位M4-3测点与库水位变化特征值统计

自2015年1月蓄水运行后随着水位升高，受库水压力作用，坝踵基岩压缩量略有减小，坝趾基岩压缩略有增大。厂房2#机基础部位，当前前各监测部位基岩变形除M4-3测点外基本表现为压缩变形，变形量不大。但M4-3测点呈缓慢压缩趋势，未趋于收敛，其原因为天气气温开始回升，导致坝体温度上升，坝段间闭合，渗漏水开始减少。

4 特征坝段横缝变化情况

4.1 部分坝段横缝变化分析

15#～16#、16#～17#坝段255.0m高程横缝在温度影响下表现为“温升开合度减小，温降开合度增大”的变化规律，无论是历史还当前接缝处于张开状况，缝宽总体稳定，如图4。

图4 部分坝段横缝过程线

部分坝段横缝与库水温变化特征值统计如表4。

表4 部分坝段横缝与库水温变化特征值统计

4.2 坝段帷幕后测压管运行情况

5 大坝廊道渗水量变化分析

5.1 廊道量水堰监测点设计分布情况

2019年9月前，有WE-1，WE-2，WE-3，WE-4等4个测点，WE-1和WE-2测点分布在14#坝段两条排水沟通往积水池的两端，监测范围（检查廊道的渗水、坝基排水孔排水、大坝廊道坝体渗水）；其中WE-3、WE-4消力池廊道两侧，两个测点渗漏总量很小。2019年9月，对坝体14#坝段，上游侧排水沟在通过技改，10月开始WE-5、WE-6测点开始运行，对坝体渗漏针对坝体渗漏水量监测，其测点数据可靠，运行稳定。

5.2 消力池廊道渗漏量跟库水温变化关联

消力池廊道渗漏量与库水温变化过程线如图5。

图5 消力池廊道渗漏量与库水温变化过程线

消力池廊道排水沟监测点WE-3、WE-4，其中WE-3测点渗漏量历史最大值0.81L/s，对应时间为2019-03-14，最小值0.09 L/s，对应时间为2019-11-17；WE-4测点渗漏量历史最大值0.34L/s，对应时间为2016-02-06，最小值0.05L/s，对应时间为2019-06-28。库水温历史最高：22.9 ℃，对应时间2014-09-19；库水温历史最小值：9.9 ℃，对应时间2019-03-07；由图5可知，两个测点渗漏水量跟库水温相关性很强，水温下降，渗漏水量变大，库水温升高，渗漏水量变小。

大坝消力池廊道渗漏量跟库水温变化特征值统计如表5。

表5 大坝消力池廊道渗漏量跟库水温变化特征值统计

5.3 坝体、坝基渗漏量跟库水温变化具体情况

坝基渗漏量总量与库水温变化过程线如图6。

图6 坝基渗漏量总量与库水温变化过程线

大坝坝基WE-1和WE-2渗漏量与库水温变化过程线如图7。

图7 大坝坝基WE-1和WE-2渗漏量与库水温变化过程线

由图6和图7可知，渗漏量与库水温相关性很强，2019年3月7日，出现历史库水温最低值：9.9 ℃，渗漏量创历史最大值：17.38L/s，对应时间：2019-01-26。

坝体、坝基渗漏量与库水温变化特征值统计如表7。

表7 坝体、坝基渗漏量与库水温变化特征值统计

5.4 坝体渗漏量跟库水温变化具体情况

大坝坝体WE-5和WE-6渗漏量与库水温变化过程线如图8。

图8 大坝坝体WE-5和WE-6渗漏量与库水温变化过程线

由图8可知，WE-5监测的数据是属于坝体241廊道上游侧右排水沟和260检查廊道排水沟渗漏量，这也是廊道渗漏量最大贡献的地方。该测点是从2019年10月份初正常运行，最小值：1.88L/s，对应时间为：2019年10月12日；最大值：7.27L/s，对应时间为：2020年2月18日。由此，受库水温条件的影响，库水温最小值：11.4 ℃，对应日期：2020年2月16日，渗漏增量最大值大于5.0L/s。 2020年度库水温变化没有突破历史值，历史极值：9.9 ℃，所以渗漏量没有创新高。

WE-6监测的数据是属于坝体241廊道上游侧左排水沟渗漏量，这段区域也是廊道渗漏量比较稳定的地方。该测点也是从2019年10月份初正常运行，最小值：0.17L/s，对应时间为：2019年10月30日；最大值：1.87L/s，对应时间为：2020年2月18日。由此，受库水温条件的影响明显，库水温最小值：11.3 ℃，对应日期：2020年1月29日。2020年度库水温变化，没有突破历史极值：9.9 ℃，由此渗漏量还没有达到最大值状态。

大坝坝体渗漏量跟库水温变化特征值统计如表8。

表8 大坝坝体渗漏量跟库水温变化特征值统计

大坝坝基WE-和坝体WE-渗漏量与库水温变化过程线如图9。

图9 大坝坝基WE-和坝体WE-渗漏量与库水温变化过程线

由图9可知，坝基渗漏量最大值：5.20L/s，对应日期2020-02-17，最小值：3.29L/s，对应日期2020-01-06；坝体渗漏量最大值：9.14L/s，对应日期2020-02-18；最小值：2.09L/s，对应日期2019-10-12；库水温最大值：21.8 ℃，对应日期2019-09-28，最小值：11.3 ℃；对应日期2020-02-11。

因为受监测点分布的局限，坝基排水量数据没有独立采集，为了区分坝体、坝基排水量采用人工方法计量。 2019年5月26日人工采集数据：1.909L/s，自动化大坝渗漏水总量：10.79L/s；2019年6月17日人工采集数据：2.09L/s，自动化大坝渗漏水总量：10.19L/s；2019年8月25日人工采集数据：1.37L/s，自动化大坝渗漏水总量：7.33L/s；2020年3月18日坝基排水孔人工采集数据：2.31L/s，自动化大坝渗漏水总量：12.67L/s，廊道坝基渗漏水量自动化系统数据为：4.59L/s；由此证明来自坝段与坝段间缝隙渗水，其渗水量随库水温升高或降低变化而变化。

2019年9月28日开始，大坝坝基、坝体及排水泄压孔排水量跟库水温变化特征值统计如表9。

表9 大坝坝基、坝体及排水泄压孔排水量跟库水温变化特征值统计

续表9

5.5 检查廊道侧墙和地面喷水原因分析

日常巡查中看到的检查廊道9#坝上游侧墙面靠近排水沟位置（长期喷水）现象，随季节变化，喷水状态有些变化，夏秋季变小；冬春两季，喷水状变大。

同上巡查，11#坝段路面下（长期喷水），喷水状大小，更季节变化密切相关，具体水量大小，用WE-5监测的数据计量其随季节变化，前面已具体描叙。

图10 检查廊道9#坝上游侧墙面

图11 11#坝段路面下（长期喷水）

图12 灌浆廊道12#坝段上游面

图13 16#与17#坝段上游面

5.6 大坝灌浆廊道，部分坝段结构缝渗水量增大原因分析

大坝灌浆廊道巡查，发现坝段结构缝渗水现象，随库水温下降、升高，结构缝引水层面，渗水量有些细小的变化照片，证明库水温下降到一定到9.9 ℃后，9#，11#坝段存在的裂缝张开现象，出现渗水量增大情况，初步计算增量在5.0 L/s以内；其中12#，16#，17#等坝段施工缝、结构缝渗水量增大情况，初步计算增量在1.5L/s。