太平哨水電站壩基揚(yáng)壓分析

沈明波，郭令娟，劉群輝

（1.國電電力和禹水電開發(fā)公司，遼寧 丹東 118200；2.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限公司監(jiān)理公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況

太平哨水電站地處遼寧省丹東市寬甸縣東部山區(qū)，在渾江干流下游，距上游桓仁水電站79.6 km，距上游回龍山水電站35.6 km，是渾江干流上的第三座梯級電站。太平哨電站于1972年由水利電力部東北勘測設(shè)計(jì)院勘測設(shè)計(jì)，水利電力部第六工程局承擔(dān)電站工程的建設(shè)任務(wù)。1976年10月25日正常開工，1978年10月大壩截流，1979年11月蓄水，1980年12月水庫蓄水至正常高水位。1982年1月1日工程全部竣工。

太平哨攔河主壩為直線混凝土重力壩，大壩為II級建筑物，壩頂高程196.0 m，最大壩高44.0 m，壩長555.6 m。大壩從左岸到右岸共分35個(gè)壩段，編號為1～35號壩段。3～23號壩段為溢流壩段，其余為擋水壩段。溢流壩段共計(jì)20個(gè)閘孔，每孔單寬12 m，高10.5 m，壩段橫縫在孔口中央，堰頂高程為181.5 m，消能方式為挑流和面流消能。

主壩壩基地址條件比較單一，出露的巖石主要為半風(fēng)化或微風(fēng)化狀態(tài)的黑云母斜長石，注入片麻巖和黑云母混合麻巖。除左岸1號壩段有較大的F3斷層外，其余壩段壩基僅有一些小斷層，壩基巖石濕抗壓強(qiáng)度為65.33～74.26 MPa。壩基內(nèi)共有80條斷層，大部分為陡傾角斷層，其走向多數(shù)呈順河道方向；有37條偉晶巖，寬度1～60 cm，有灰山巖脈12條，寬度1.2～500 cm，大部分以裂隙接觸為主。3～23號溢流壩段基巖內(nèi)共有40條小斷層，巖體透水性微弱；右岸23～35號擋水壩段基巖內(nèi)共有31條斷層，31號和32號壩段基礎(chǔ)殘留有部分強(qiáng)風(fēng)化巖體。

2 壩基防滲、排水情況及揚(yáng)壓力測點(diǎn)布置

2.1 壩基防滲與排水情況

基礎(chǔ)處理采用固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。固結(jié)灌漿的孔距和排距均為3 m，深入巖下5 m（16～20號壩段加深至7 m）。另外，1號壩段的F3斷層和20號壩段的F18斷層，施工時(shí)作了專門處理，用4 m厚的混凝土塞封堵，并向上游延伸1 m左右，而F8則用二期混凝土澆筑。帷幕灌漿孔距為2 m，深入巖下20 m（0號、1號為40 m）。在廊道內(nèi)平行壩軸線帷幕后設(shè)排水孔，向下游傾斜與水平夾角成75°，孔深入巖下10 m，孔間距3 m，一般每個(gè)壩段布置5孔，全壩共169孔。

2.2 壩基揚(yáng)壓力測點(diǎn)布置

縱向揚(yáng)壓力用排水孔安裝壓力表進(jìn)行觀測。根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)點(diǎn)，一般一個(gè)壩段只設(shè)一個(gè)孔；地質(zhì)條件較差、揚(yáng)壓力較大壩段觀測3點(diǎn)。此外，根據(jù)地質(zhì)分區(qū)，在5，9，20，29號 4個(gè)壩段，設(shè)置了橫向觀測郎道，其中設(shè)置3～6個(gè)垂直的揚(yáng)壓觀測孔，深入巖下2 m，形成橫向揚(yáng)壓力觀測斷面。

2.3 壩基揚(yáng)壓力處理情況

大壩建成移交時(shí)有7個(gè)壩段9個(gè)測點(diǎn)揚(yáng)壓力超限。1984—1985 年對，12，13，16壩段進(jìn)行了主帷幕化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)灌漿；1994—1996 年對 1，5，6，12，13，15，17，20，21，28，31，32，33 號，共 13 個(gè)壩段進(jìn)行了主帷幕水泥補(bǔ)強(qiáng)灌漿，同時(shí)對全壩段排水孔掃空，鉆揚(yáng)壓力觀測孔；2010—2012年，對壩基部分超限壩段增打排水孔，對15，28，34號壩段進(jìn)行帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

3 揚(yáng)壓力資料分析

大壩利用壩基排水孔進(jìn)行揚(yáng)壓力觀測，設(shè)計(jì)要求防滲帷幕線、后排水孔處的滲壓系數(shù)α不大于0.3。因此，大壩壩基縱向滲壓系數(shù)限值為0.3。

1）由揚(yáng)壓力多年觀測數(shù)據(jù)分析知：太平哨主壩的壩基揚(yáng)壓力系數(shù)大部分壩段與溫度負(fù)相關(guān)，少部分長年不變。選擇施工前的2009年揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)情況如下，2009年10月1日，揚(yáng)壓力超限的測點(diǎn)有 P1-1，P1-2，P5-2，P6-2，P6-1，P7-1，P7-2，P12-1，P13-3，P13-2，P15-1，P17-1，P21-1，P23-2，p28-1，p28-2，P29-1，P29-2，P33-2，P34-1，P35-1，共計(jì)21個(gè)測點(diǎn)，超限率為26%；揚(yáng)壓系數(shù)最大的點(diǎn)是P34-1，為0.83。

2）2010年10月1日，排水孔處理后揚(yáng)壓力超限的測點(diǎn)有P1-1，P1-2，P6-1，P7-2，P12-1，P13-2，P13-3，p28-1，p28-2，P29-1，P29-2，P33-2，P34-1，P35-1共計(jì)14個(gè)點(diǎn)，超限率為17%；揚(yáng)壓系數(shù)最大的點(diǎn)是P34-1，為0.79。

3）2012年10月1日，壩基增打排水孔與3個(gè)，壩段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿工程結(jié)束后揚(yáng)壓力系數(shù)普遍減小，35個(gè)壩段超限壩段6個(gè)，81個(gè)測點(diǎn)中減小的有64個(gè)點(diǎn)，超限測點(diǎn)降到8個(gè)；原來系數(shù)最大P34-1系數(shù)為0.34。

太平哨大壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力大部分壩段一般在1，2月份達(dá)到最大，7，8月份降到最小。2011年8，9月份掃孔和加打排水孔后，揚(yáng)壓系數(shù)原來超限的有14個(gè)測點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)下降到8個(gè)測點(diǎn)，P34-1測點(diǎn)揚(yáng)壓力系數(shù)自2004年以來，一直保持在0.96左右，掃孔后揚(yáng)壓系數(shù)為0.79，2012年2月進(jìn)行帷幕灌漿處理后，揚(yáng)壓系數(shù)將至0.34。但是15號壩段在帷幕灌漿后由于混凝土內(nèi)有裂縫和地址條件復(fù)雜等諸多因素導(dǎo)致?lián)P壓力升高。根據(jù)觀測成果可以看出，太平哨大壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力仍存在超限問題。但超限壩段、測點(diǎn)及超限程度都有所下降。

表1 P29-2 P33-2 P34-1 P35-1滲壓水位和滲透系數(shù)2010-01-01至2012-08-15特征統(tǒng)計(jì)表

表2 P5-1 P5-2… 橫P5-4滲壓水位和滲透系數(shù)2010-01-01至2012-08-15特征統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

1）壩基排水孔重新掃孔和增打排水孔后，雖然有的孔排水量增加，有的孔減少，但排水量總體變化不是很大，掃孔前2010年7月21日，測量排水量合計(jì)30.11 L/min，掃孔后2010年10月1日，排水量合計(jì)33.27 L/min，且當(dāng)日用集水井測量壩體總漏水為33.54 L/min，與歷史同期相比變化不大，如：2008年10月1日，總漏水31.58 L/min，2009年10月1日，壩體總漏水為35.14 L/min。太平哨主壩這個(gè)季節(jié)測量的壩體總漏水主要為壩基排水孔排水。因?yàn)槠渌芽p由于溫度作用此時(shí)已關(guān)閉，基本不漏水。P34-1和P33-5兩個(gè)排水孔掃孔前后漏水量和變化量均加大，但考慮兩孔緊鄰，距離為3 m，掃孔后是彼消我長的關(guān)系。

2）掃孔后揚(yáng)壓力系數(shù)均下降，但下降幅度也不大，不新增鉆孔的壩段，揚(yáng)壓系數(shù)下降最多的為P33-2，揚(yáng)壓系數(shù)下降0.14。所以壩基排水孔掃孔處理，對解決揚(yáng)壓力超限問題的效果不是很明顯。

3）新增設(shè)的排水孔附近的壩基揚(yáng)壓力系數(shù)下降幅度較大，如原來揚(yáng)壓系數(shù)超限的P5-2，P6-2，P7-1，P15-1，P17-1，P21-1，P23-2 這 7 個(gè)點(diǎn)，由于附近增設(shè)排水孔，現(xiàn)揚(yáng)壓系數(shù)都下降到0.3以下。12號壩段和28號壩段也增加排水孔揚(yáng)壓系數(shù)，雖然還超限，但也有所下降?？梢娫鲈O(shè)排水孔對解決揚(yáng)壓力超限的問題效果較明顯的。

4）帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿對排水孔漏水較大的超限壩段意義較大，如34，35號壩段揚(yáng)壓力和漏水都較大，34號壩段做補(bǔ)強(qiáng)灌漿，34，35號都做增打排水孔，但35號壩段揚(yáng)壓力降低較小，34號壩段揚(yáng)壓力降低較為明顯。

太平哨大壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力處理多年經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，太平哨大壩基礎(chǔ)巖性較好，巖石透水性較差，可灌性不好，且裂隙多為陡傾角，排水孔排水量較小等特點(diǎn)；對于這種情況適當(dāng)增加排水孔或適當(dāng)加深排水孔能有效降低基礎(chǔ)揚(yáng)壓力；對于漏水量較大壩段或斷層較多壩段、基礎(chǔ)處理不徹底的壩段應(yīng)做帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿。對于增打排水孔壩段應(yīng)加強(qiáng)漏水量監(jiān)測，已保證工程的后期變化在可控范圍內(nèi)。