高寒地區(qū)面板堆石壩滲漏原因分析及治理

(中國水利水電第三工程局有限公司四川分局，成都，610045)

某水電站地處青藏高原，兩岸山嶺海拔高程為3200m～3800m，最高處達(dá)4560m，壩址基礎(chǔ)高程3170m。壩址處冬季長而寒冷，多年平均氣溫2.4℃，極端最低氣溫-21.3℃(1月)。該工程樞紐由大壩、泄洪洞、放空洞、電站引水建筑物、電站主副廠房等組成，屬Ⅱ等大(2)型工程，攔河壩按1級建筑物設(shè)計(jì)。大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高135.80m，壩頂高程3305.80m，頂寬12m，壩體填筑總量為303萬m3。

本文將該工程堆石壩滲漏產(chǎn)生的原因和治理措施介紹如下。

1 施工及滲漏情況

根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、蓄水及總體施工計(jì)劃要求，大壩實(shí)際填筑過程共分七期進(jìn)行(詳見圖1)。

圖1 大壩填筑分期示意

大壩混凝土面板分兩期澆筑，分界高程為3259m，混凝土采用無軌滑模施工。2010年4月14日開始一期面板(3170m～3259m)混凝土澆筑，2010年8月31日完成，共計(jì)25塊；2011年4月13日開始二期面板(3259m～3303m)混凝土澆筑，2011年6月29日完成，共計(jì)33塊。

2010年9月15日通過大壩一期蓄水階段驗(yàn)收，2010年9月28日大壩下閘蓄水。2011年6月28日，通過大壩二期蓄水階段驗(yàn)收，并開始二期蓄水。2012年10月25日，大壩蓄水至水庫設(shè)計(jì)正常蓄水水位3300.0m。滲漏量總體隨著庫水位抬高而變大，隨著庫水位下降而逐漸變小，整個(gè)過程中間滲漏水水質(zhì)均清澈透明，無明顯帶渣現(xiàn)象。

2 壩體變形破壞情況及原因分析

2.1 壩體變形破壞情況

2012年6月～10月是大壩變形最為明顯的階段，壩頂防浪墻、壩頂公路中部沉降量大于壩肩部位，靠壩肩部位防浪墻、壩頂公路產(chǎn)生張開性裂縫。壩后右側(cè)漿砌石邊坡的砂漿縫張開、斷裂、翹起。面板上部有少量裂縫，根據(jù)鉆孔檢查局部存在脫空。15#、16#面板位于擠壓區(qū)，變形最大，表面止水發(fā)生扭曲變形較大，其間垂直縫錯(cuò)臺、兩側(cè)面板拱起破裂，根據(jù)混凝土鑿除后的檢查窗口觀察到下部銅止水尚未發(fā)生破壞。一二期面板施工縫發(fā)生錯(cuò)臺，一期面板相對二期面板向上游移動(dòng)，總長度198m，兩側(cè)混凝土擠壓破壞范圍較大，根據(jù)鑿除后的檢查窗口觀察鋼筋已經(jīng)變形呈“Z”字型，二期面板下部脫空16cm，上部一期面板混凝土或下部二期混凝土在剪切作用下被切割成三角形塊體，整條施工縫為水平狀且吸附大量松針、樹葉及泥漿等雜物。在左岸頂部一定長度，周邊縫表面止水扭曲，趾板與面板之間錯(cuò)臺，鑿開一個(gè)觀察窗口檢查，靠面板側(cè)銅止水雖未撕裂但隨面板的沉降形成了約45°的折角。

2.2 原因分析

工程所在地為高海拔高寒地區(qū)，堆石料填筑期間不能灑水，這不利于提高壓實(shí)度；實(shí)際施工時(shí)壩體填筑分期較多，不能均勻上升，容易產(chǎn)生不均勻變形；二期壩軸線上游3262m高程以下、壩軸線下游3230m高程以下填筑時(shí)，墊層料、過渡料未和相鄰的堆石料平起填筑，這樣容易造成壩體上下游堆石區(qū)變形不相協(xié)調(diào)；一期面板混凝土澆筑時(shí)，壩體填筑平臺與一二期面板施工縫的高差僅3m，對于135.8m的高壩來說太小，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，延遲下部堆石體的變形周期；二期面板混凝土澆筑是在大壩填筑至設(shè)計(jì)壩頂高程3303m后的兩個(gè)月開始，中間間隔時(shí)間太短，沒有避開堆石體的變形高峰期，預(yù)沉降期不夠，相對于下部堆石體來說上部堆石體變形太大，造成面板薄弱環(huán)節(jié)一二期施工縫破壞；一二期面板施工縫本身是面板防滲的薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)檢查窗口觀察施工縫全部呈水平方向，不符合規(guī)范對施工縫的要求，對預(yù)防變形破壞和防滲不利；2012年7月份蓄水速度過快，容易造成面板上下變形不協(xié)調(diào)，應(yīng)力不能及時(shí)釋放；工程所在地在運(yùn)行期曾發(fā)生多次4.0級以下地震。以上幾點(diǎn)造成壩體變形過大和不均勻變形的因素，均是導(dǎo)致面板破壞的直接原因。

3 帷幕檢查及滲漏通道判定

根據(jù)帷幕鉆孔壓水檢查結(jié)果，右岸1#檢查孔(高程3288m)透水率122Lu，2#檢查孔(高程3278m)透水率23Lu，與設(shè)計(jì)透水率3Lu比較，右岸趾板帷幕灌漿效果透水率嚴(yán)重超標(biāo)。右岸局部趾板下部帷幕頂端透水率很大，主要原因是項(xiàng)目急于蓄水，先完成帷幕施工后完成趾板混凝土，形成帷幕是在沒有壓重的情況下施工的局面。局部帷幕段壓水超過3Lu，可能是本身施工質(zhì)量問題，也可能是在地震等外力作用下造成的帷幕破壞。

經(jīng)過綜合分析判斷，滲漏部位主要集中在1258m高程以上，變形破壞后一二期水平接縫是明顯的集中滲漏通道，存在質(zhì)量問題的防滲帷幕是不可見的主要滲漏通道。加大量水堰流量的因素，還包括地表水、山體滲水、放空洞工作門房未灌漿有壓水等，其他可能原因包括未封閉的庫區(qū)邊坡、導(dǎo)流洞有壓水、引水洞有壓水、F1斷層、繞壩滲流、不明原因等。

4 主要治理措施

4.1 面板一二期施工縫錯(cuò)臺處理

水平錯(cuò)臺縫以下打除混凝土80cm，其上打除混凝土100cm，如破損超出此范圍，則需鑿除所有破損范圍內(nèi)的混凝土。將變形為“Z”字型的鋼筋采用氧焊割除，并用φ18mm(Ⅱ級)鋼筋錯(cuò)縫焊接，焊接長度為10倍鋼筋直徑，恢復(fù)為原設(shè)計(jì)配筋型式，再將上下層鋼筋用φ8@25cm豎向鋼筋進(jìn)行連接，形成鋼筋網(wǎng)；澆筑C25混凝土(原面板混凝土)。新澆筑混凝土達(dá)到齡期后，對其頂部與原混凝土接縫處進(jìn)行灌漿處理，以保證新老混凝土結(jié)合密實(shí)；然后在新老混凝土結(jié)合施工縫處，蓋10cm寬3mm厚的GB板，并刮涂20cm寬的SK單組份聚脲柔性防護(hù)涂層，上貼復(fù)合胎基布。SK單組份聚脲柔性防護(hù)涂層涂刷2～3遍，厚度2mm。

4.2 面板垂直縫拱起及錯(cuò)臺處理措施

面板部分垂直縫發(fā)生拱起及錯(cuò)臺，需要打開表層止水，檢查底部銅片止水是否破損，如破壞則需切除縫兩側(cè)各30cm寬的混凝土，并更換破損的底部銅片止水，修復(fù)止水后澆筑原標(biāo)號混凝土。材料、技術(shù)要求按原設(shè)計(jì)施工要求執(zhí)行。

4.3 面板脫空處理措施

在相應(yīng)塊段的面板水平錯(cuò)臺縫及垂直錯(cuò)臺縫破損混凝土處理結(jié)束后，再進(jìn)行該塊段的面板脫空處理。全面檢查面板脫空情況，確定具體的面板脫空區(qū)位置，對面板脫空區(qū)采用水泥粉煤灰穩(wěn)定漿液注漿法處理，鉆孔后注漿，原則由孔口自流注入，不起壓。漿液采用重量比為水泥∶粉煤灰∶水為1∶9∶5～10，水泥為普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為二級粉煤灰。根據(jù)脫空面積大小布置注漿孔，鉆孔間排距3×3m，每塊面板一個(gè)脫空區(qū)沿面板坡向不少于兩排孔，且上排孔應(yīng)布置在脫空區(qū)頂部，每個(gè)脫空區(qū)注漿孔打完后再開始注漿，注漿時(shí)從面板脫空區(qū)下部開始往上逐級注漿。灌漿全部完成后，需對灌漿效果進(jìn)行全面檢查。

4.4 接縫止水缺陷處理措施

死水位以上面板接縫(包括面板與趾板間的周邊縫、面板垂直縫、面板與防浪墻間的周邊縫)的表層止水，局部可見明顯的扭曲變形。

4.4.1 對于發(fā)生缺陷的面板垂直縫表層止水，打開缺陷部位表面止水，按原施工圖設(shè)計(jì)重新實(shí)施表層止水。

4.4.2 對于死水位以上面板與趾板間的周邊縫及面板與防浪墻間的周邊縫止水，需要全部打開表層止水，并檢查底部銅片止水是否破損，如破壞則需切除縫兩側(cè)各30cm寬的混凝土，并更換破損的底部銅片止水，新?lián)Q銅片止水與原止水之間需焊接密實(shí)，按原施工圖設(shè)計(jì)重新實(shí)施整體止水(包括表層GB填料、波浪型橡膠止水帶、氯丁橡膠棒、銅片止水等)。材料、技術(shù)要求按原設(shè)計(jì)施工要求執(zhí)行。

4.5 面板裂縫處理措施

4.5.1 對于縫寬小于0.2mm的淺表裂縫

用角磨機(jī)對混凝土基面進(jìn)行打磨處理(裂縫兩側(cè)各10cm)，除去表面浮皮和污物。將防滲區(qū)域邊緣裂縫兩側(cè)各7.5cm處打磨成倒三角形，深度約為3mm；高壓水清洗混凝土表面灰塵、浮渣，待其干燥后，用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)較大的孔洞，涂刷界面劑至裂縫兩側(cè)各10cm；界面劑表面干后，刮涂20cm寬的SK單組份聚脲柔性防護(hù)涂層，并復(fù)合10cm寬單層胎基布。SK單組份聚脲柔性防護(hù)涂層涂刷2～3遍，厚度2mm，自然養(yǎng)護(hù)三天，氣溫不得低于5℃。

4.5.2 對于縫寬大于0.2mm、小于0.5mm的非貫穿性裂縫

造灌漿孔及清洗。沿混凝土裂縫兩側(cè)交叉打45°斜孔與縫面相交，孔距30cm～40cm,孔垂直深度為裂縫深度的2/3。鉆孔前采用鋼筋定位儀探測鋼筋位置，以防鉆孔碰觸鋼筋。造孔后，用高壓氣清孔，再用高壓水洗孔，以清除孔內(nèi)雜物。埋設(shè)灌漿嘴：在灌漿孔上安裝灌漿嘴，灌漿嘴外露15mm～40mm，進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查灌漿孔是否與縫相通，如不相通則應(yīng)在旁重新造孔。灌漿：如裂縫位于立面或斜面，應(yīng)以自下而上的順序逐孔灌漿。灌漿壓力0.3MPa～0.5MPa，直至不再有漿液灌入，屏漿5min后停止。灌漿選用SK-E改性環(huán)氧樹脂漿材。灌漿結(jié)束待灌漿材料固化后，去除灌漿嘴，封堵灌漿孔，用角磨機(jī)對混凝土基面進(jìn)行打磨處理(裂縫兩側(cè)各10cm)，除去表面浮皮和污物。將防滲區(qū)域邊緣裂縫兩側(cè)各7.5cm處打磨成倒三角形，其深度約為3mm；高壓水清洗混凝土表面灰塵、浮渣至表面干凈，待其干燥后，用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)表面較大的孔洞，涂刷界面劑至裂縫兩側(cè)各10cm；界面劑表面干后，刮涂20cm寬的SK單組份聚脲柔性防護(hù)涂層，并復(fù)合10cm寬單層胎基布。SK單組份聚脲柔性防護(hù)涂層涂刷2～3遍，厚度2mm，自然養(yǎng)護(hù)三天，氣溫不得低于5℃。

4.5.3 對于縫寬大于0.5mm的裂縫

處理方法同縫寬大于0.2mm、小于0.5mm的非貫穿性裂縫。在化學(xué)灌漿完成后，沿縫面鑿U型槽，槽頂寬4cm，槽深3cm,槽內(nèi)嵌填柔性GB止水材料，最后進(jìn)行表面封閉，處理方法同前面縫寬<0.2mm裂縫。

4.6 其他處理措施

增設(shè)帷幕灌漿質(zhì)量檢查孔，根據(jù)壓水試驗(yàn)檢查結(jié)果，對不合格段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。對庫區(qū)未封閉的邊坡進(jìn)行錨噴混凝土支護(hù)，對庫區(qū)內(nèi)的地勘洞采用混凝土回填。

5 結(jié)語

中國壩工專家統(tǒng)一認(rèn)為，堆石壩變形是不可避免的，要做的是盡量減小變形的不利影響，采取各種措施促使壩體各部位變形相互協(xié)調(diào)。在施工過程應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

(1)尊重設(shè)計(jì)施工規(guī)范的關(guān)鍵技術(shù)要求，嚴(yán)格控制預(yù)留沉降期，嚴(yán)格控制先期澆筑面板頂部與壩體填筑面的高差，精心對待面板分期施工縫的處理方式，規(guī)范安裝止水；

(2)參建各方應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量全過程監(jiān)控，包括從填筑物料、止水材料質(zhì)量到壩體填筑壓實(shí)度、面板混凝土質(zhì)量、帷幕質(zhì)量等，并注意防滲帷幕與導(dǎo)流洞、放空洞、泄洪洞、引水洞等結(jié)構(gòu)物的銜接；

(3)防浪墻施工時(shí)段要避開變形高峰期，盡量往后退，留足伸縮縫的寬度，給變形以充分的空間；

(4)控制蓄放水速度。雖然目前規(guī)范中并沒有明確指標(biāo)的要求，但這是影響壩體變形的一個(gè)重要因素，必須十分重視；

(5)從項(xiàng)目管理角度講，對滲漏較大的情況，首先專家頭腦風(fēng)暴法后篩選法確定滲漏點(diǎn)是首要任務(wù)，隨著庫水位下降，進(jìn)行實(shí)體檢查是必要手段，采取有效治理措施維護(hù)大壩安全是底線，創(chuàng)造良好工程效益是目的。