高嶺頭一級水電站大壩壩基滲漏處理及效果分析

江興南，李 濤

（1.浙江省水利水電質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心，浙江 杭州 310012；2.中國水電顧問集團華東勘測設(shè)計研究院，浙江 杭州 310014）

1 工程概況

高嶺頭一級水電站大壩位于浙江省文成縣石垟鄉(xiāng)，距文成縣城約50 km，工程所在流域?qū)亠w云江水系。水庫總庫容1 778萬m3，正常蓄水位793.77 m，電站裝機 16 MW，設(shè)計水頭 461 m，是一座以發(fā)電為主的中型水利樞紐工程。大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高63.2 m，頂拱中心弧長220 m，拱壩厚高比0.269（見圖1和圖2）。樞紐工程等別為Ⅲ等，大壩為3級建筑物。工程于1987年11月25日開工，1995年10月基本建成，2002年通過竣工驗收。

2 滲漏異常情況簡介

大壩于1994年10月下閘蓄水，1995年基本建成，運行初期，大壩滲流正常。1998年2月，庫水位持續(xù)在788 m高程以上運行，又遭遇連續(xù)低溫天氣，廊道內(nèi)排水孔出水量大增致使廊道被淹，總滲漏量實測最大達163.2 m3／d。經(jīng)勘探查明，河床段壩底上游側(cè)接觸面透水率普遍較大，可能已局部張開或產(chǎn)生裂縫，由于種種原因，2008年前并未進行處理。從1998年3月至2006年7月的監(jiān)測資料分析看，滲漏量與庫水位相關(guān)性較好，與氣溫關(guān)系不密切，庫水位在770～792.5 m之間運行， 滲漏量在 8.75～394.75 m3／d 之間變化，總體表現(xiàn)為庫水位高時滲漏量較大，庫水位低時滲漏量較小。2005年以來，實測最大滲漏量仍達 367 m3／d。

圖1 大壩下游立視圖Fig.1 Elevation view of the downstream of the dam

圖2 溢流壩段剖面圖Fig.2 Profile of the overflow section of the dam

3 滲漏處理方案

3.1 設(shè)計方案

為提高壩基的滲透穩(wěn)定性、混凝土的耐久性和左壩肩基巖的變形模量，減少拱座的壓縮變形，提高壩體安全穩(wěn)定性，進行補強加固是必要的。根據(jù)勘探檢查報告成果分析，對左岸壩肩基巖、大壩混凝土與基巖接觸面、左岸帷幕進行灌漿處理。參照規(guī)范及其它類似工程的處理經(jīng)驗，本工程經(jīng)防滲加固處理后的透水率應(yīng)在3.0 Lu以下。

（1）左壩肩防滲加固

左壩肩基巖加固采用水泥灌漿，灌漿材料選用42.5普通硅酸鹽水泥。①灌漿范圍：主要對左壩肩拱槽巖體、F3斷層與左拱槽之間的巖體、F3斷層混凝土洞塞區(qū)域進行固結(jié)灌漿補強，灌漿范圍處于大壩10～15號壩段下游側(cè)岸坡。②灌漿孔布置：設(shè)置3排灌漿孔，排間距為4m。③灌漿孔深度：第Ⅰ、第Ⅱ和第Ⅲ排灌漿孔孔深分別鉆至相應(yīng)位置的大壩拱槽基巖面高程下的10 m、8 m和8 m。④灌漿施工：灌漿段長度不大于 5 m，灌漿壓力 0.6～1.0 MPa，按兩序孔進行。灌漿孔布置見圖3。

圖3 左壩肩基巖灌漿孔布置Fig.3 Layout of the grouting holes on the foundation rock of left dam abutment

（2）大壩混凝土與基巖接觸面灌漿

壩體混凝土和基巖接觸面采用化學(xué)灌漿的方法封堵。①灌漿范圍：加固范圍為7～12號壩段，水平長度約80 m的范圍。②灌漿孔布置：沿原帷幕位置布置一排，孔斜為傾向上游3°～5°，孔距3 m。③灌漿孔深度：灌漿孔應(yīng)穿過接觸面鉆至基巖面高程下2 m，必要時可加深1 m。④灌漿施工：采用全孔一次灌漿，采用LW／HW水溶性聚氨酯材料。灌漿孔布置見圖4。

圖4 大壩混凝土與基巖接觸面灌漿孔布置Fig.4 Layout of the grouting holes on the interface between dam concrete and foundation rock

（3）左岸帷幕防滲加固

左岸工程地質(zhì)條件較差，左岸岸坡與河床連接處范圍8～12號壩段淺層基礎(chǔ)透水率普遍較大，采用水泥灌漿對原大壩防滲帷幕進行加固，材料水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。①灌漿范圍：大壩7～12號壩段，與兼有13～15號壩段帷幕防滲加固作用的壩后第Ⅰ排壩基補強灌漿孔交錯、疊加。②灌漿孔布置：灌漿孔設(shè)置一排，孔斜與原帷幕灌漿一致，孔距2 m。③灌漿孔深度：參考原防滲帷幕深度，本次帷幕加固灌漿孔應(yīng)深至大壩基巖面高程下10 m。④灌漿施工：采用自上而下分段灌漿，每段長度不大于5 m，灌漿深度控制在大壩基巖面高程以下，灌漿壓力 0.6～1.0 MPa，按兩序孔進行。 灌漿孔的布置見圖5。

（4）基礎(chǔ)排水孔的封閉與恢復(fù)

整個灌漿施工期間，為盡可能封閉基礎(chǔ)滲漏水通道，減少漿液從基礎(chǔ)排水孔漏失，將大壩基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)的排水孔暫時封閉，待灌漿工程結(jié)束后再恢復(fù)。根據(jù)工程特點，在廊道灌漿施工前，先對廊道拱冠軸線左側(cè)的排水孔進行水泥灌漿封閉，封閉深度控制在大壩基巖面以下，待各類灌漿加固完成后再進行掃孔、打孔，恢復(fù)排水孔的功能。

3.2 施工處理

圖5 大壩左岸帷幕防滲加固灌漿孔布置圖Fig.5Layout ofcurtaingroutingholesontheleftbankofthe dam

大壩壩基灌漿補強工作于2008年12月18日正式開工，2009年1月14日完成混凝土與基巖接觸面的化學(xué)灌漿施工，2009年4月10日完成全部灌漿施工。灌漿施工過程嚴格按照設(shè)計和規(guī)范要求，壩基滲漏處理灌漿成果見表1。由表1可知，從檢查孔檢查結(jié)果看，施工質(zhì)量較好，達到了預(yù)期效果。各補強加固部位具體施工情況如下。

（1）左壩肩防滲加固

左壩肩布置3排灌漿孔，共60個，其中第Ⅰ排27個，第Ⅱ排17個，第Ⅲ排16個，分兩序施工。左壩肩基巖單位注漿量和透水率越靠下游越大，這與原勘探成果一致，符合預(yù)期。從檢查孔檢查情況看，平均單位注漿量 8.73 kg／m， 平均透水率 0.29 Lu，均小于3 Lu，滿足設(shè)計要求。

（2）大壩混凝土與基巖接觸面灌漿

原設(shè)計27個灌漿孔，實際擴大處理范圍，向右岸延伸約42 m，總灌漿孔35個，其中1序孔21個，2序孔14個。從施工獲得的巖芯情況看，混凝土與基巖接觸面附近存在相對破碎的區(qū)段，相對破碎段厚度 0.2～1.0 m，從廊道左岸向右岸逐漸變薄，與前期勘探成果基本一致。從檢查孔檢查看，最大透水率 0.5 Lu，平均透水率 0.33 Lu，均小于 3 Lu，滿足設(shè)計要求。

（3）左岸帷幕防滲加固

左岸帷幕灌漿共布置40個孔，其中1序孔20個，2序孔20個。從檢查孔檢查情況看，平均單位注漿量 6.94 kg／m，最大透水率 0.21 Lu，平均透水率 0.19 Lu，均小于 3 Lu，滿足設(shè)計要求。

4 處理效果分析

多年的監(jiān)測資料表明：大壩壩基滲漏處理以前，庫水位在790 m以上時，如遇連續(xù)低溫天氣，廊道滲漏量增大，最大滲漏量為 394.75 m3／d，平均滲漏量約 100 m3／d；庫水位在 780～790 m 時，最大滲漏量為 160 m3／d，平均滲漏量約 70 m3／d；庫水位在780 m 以下時，最大滲漏量為 79.64 m3／d，平均滲漏量約20 m3／d。大壩壩基灌漿處理以后，2009年4～10月，庫水位在780 m以下時，平均滲漏量為0.3～0.5 m3／d，庫水位在 780 m 以上時，滲漏量不超過 1.0 m3／d。受臺風(fēng)“莫拉克”的影響，水庫最高水位為792m，此時，滲漏量仍不超過1.0m3／d。由此可以說明，大壩壩基灌漿補強處理的措施是合適的，處理效果是顯著的。

表1 壩基滲漏處理灌漿成果統(tǒng)計表Table 1 :Statistics of anti-seepage grouting of the dam foundation

5 結(jié) 語

高嶺頭水電站一級拱壩在運行3年后遭遇低溫高水位這一不利工況，致使壩踵接觸面局部張開，滲流出現(xiàn)異常，困擾電廠十余年。大壩壩基灌漿處理后，滲漏量明顯減小，處理效果顯著，水庫可恢復(fù)正常水位運行，提高了經(jīng)濟和社會效益。為確保大壩安全，今后若再遇長時段高水位低溫運行工況，仍需加強壩基滲流監(jiān)測和分析。對拱壩而言，低溫高水位和高溫低水位均為不利工況，運行中均應(yīng)盡量避免，通過科學(xué)合理的調(diào)度避免上述情況的發(fā)生。拱壩本身有較高的安全裕度，局部滲流異常一般不會影響大壩的安全，但仍應(yīng)及時分析成因并盡早處理，不僅可以消除缺陷，也為管理大壩積累寶貴的經(jīng)驗。