尼爾基主壩與左副壩防滲銜接結(jié)構(gòu)問題分析

耿俊永，李韓笑

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005；2.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510610）

尼爾基主壩與左副壩防滲銜接結(jié)構(gòu)問題分析

耿俊永1，李韓笑2

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005；2.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510610）

尼爾基水利樞紐具有防洪、工農(nóng)業(yè)供水、發(fā)電、航運、環(huán)境保護、魚葦養(yǎng)殖等綜合效益，是嫩江流域水資源開發(fā)、防止水旱災(zāi)害的控制性工程，屬于土石壩壩型。其主壩左端，在軟硬基礎(chǔ)上不均勻沉降變形導(dǎo)致垂直防滲體防滲現(xiàn)象具有典型性，對此進行分析為相關(guān)工程建設(shè)提供借鑒。

防滲；土石壩；尼爾基

1 工程概況

尼爾基水利樞紐位于黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)交接的嫩江干流中游段，屬于一等大（Ⅰ）型控制性工程。樞紐主要由主壩、左右岸副壩、溢洪道、電站廠房及左、右岸灌溉管（洞）組成。主壩位于嫩江河床部位，為碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩，長1 807.31 m，右端通過混凝土翼墻與電站廠房相接，左端通過混凝土連接墩與左副壩連接。壩高40.5 m；壩頂高程 221.00 m。

主壩與左副壩防滲體的連接，采用在主壩與左副壩防滲體連接處設(shè)置重力式混凝土連接墩，埋入壩體。主壩與左副壩連接段長 68.66 m，樁號為 1+478.833～1+547.490 m。主壩瀝青混凝土心墻，高程 200.00 m 以下，在距混凝土連接墩右側(cè)面7.0 m 范圍內(nèi)，寬度由 0.70 m 漸變擴大為 2.10 m，高程 200.00 m 以上，在距混凝土連接墩右側(cè)面5.0 m 范圍內(nèi)，寬度由 0.50 m 漸變擴大為 1.50 m，然后與混凝土連接墩相接。

2 主壩防滲體基本結(jié)構(gòu)

主壩是樞紐主要擋水建筑物，只有保證防滲體的連續(xù)性和防滲性才能確保壩體的運行安全。尼爾基主壩壩型為碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩。建基面為砂礫石，碾壓式瀝青混凝土心墻頂高程 218.50m。壩基砂礫石段采用厚 0.8 m 槽板式混凝土截滲墻，深約 34.5 m，巖基以下采用帷幕灌漿。

壩體采用垂直防滲結(jié)構(gòu)形式：底部為混凝土防滲墻、中部為碾壓式瀝青混凝土心墻（心墻頂為218.50 m 高程）、頂部接鋼筋混凝土防浪墻。在 3種不同防滲結(jié)構(gòu)的連接面處均設(shè)有銅片止水設(shè)施。

重力式混凝土連接墩，外形為四棱臺體，墩頂與主、副壩防滲體頂部同高，高程為 218.50 m。根據(jù)主壩瀝青混凝土心墻擴大接頭連接需要，其順?biāo)鞣较蝽攲挷捎?4.0 m，按接觸面上的允許滲透比降小于 1 設(shè)計，高程 190.00 m 的底寬為 29.65 m，上、下游坡分別為 1∶0.3 和 1∶0.6；平行壩軸線方向頂寬 2.0 m，按粘土心墻與岸坡連接標(biāo)準(zhǔn)控制，連接墩與左副壩粘土心墻連接側(cè)坡度采用 1∶0.75，連接墩與主壩瀝青混凝土心墻連接側(cè)坡度采用1∶0.3。該墩座落巖基上，墩頂沿壩軸線方向?qū)?2.0 m。該墩與瀝青混凝土心墻側(cè)的連接坡比為 1∶0.3，且在連接面處均設(shè)有連續(xù)的銅片止水和位錯計及溫度場（滲流場）等監(jiān)測設(shè)施。

3 壩體外部監(jiān)測情況

3.1 壩頂表面水準(zhǔn)測量成果

巡視檢查發(fā)現(xiàn)，在主壩左端壩頂公路處，混凝土板面已發(fā)生較大的相對位移。因此對該部位進行了表面水準(zhǔn)測量。主壩、左副壩防浪墻在混凝土連接 墩 附近防 浪 墻高約 3.7 m，墻 體在 1+550，1+ 536.59，1+526.5 處設(shè)有分縫，其中 1+536.59 分縫（對應(yīng)混凝土連接墩軸線）處的防浪墻底板坐落于連接墩頂部；分縫右側(cè)（主壩側(cè)）防浪墻長約 13.5 m，樁號 1+536.59～1+550；分縫左側(cè)（左副壩側(cè)）防浪墻長約 10m，樁號 1+526.5～1+536.59。1+536.59分縫兩側(cè)由兩家施工單位完成，副壩側(cè)防浪墻早于主壩側(cè)完成，施工結(jié)束在該處即有縫隙。2007 年1月巡視檢查資料表明：在該分縫處的兩側(cè)防浪墻呈左高右低，頂部縫寬 7.5 cm，垂向錯距 3.0 cm；對應(yīng) 1+537.50 附近混凝土路面板裂縫，路面上下游側(cè)混凝土路面板上游側(cè)高，錯距 3.5 cm。后期該錯距又有所發(fā)展，目前已基本穩(wěn)定。見圖 1。

分析認(rèn)為，壩頂上下游側(cè)路面板的錯臺部分反映了上游防浪墻底板與下部土體的脫空。軸線部位錯臺最大高差約 59mm，防浪墻斷面最大高差為 136 mm，均一定程度上反映了防浪墻底部的脫空。以 1+537.50 左右斷裂縫及上下游路面板分縫為界，大致劃分為 4 塊，其中 A 塊（大部分）基礎(chǔ)位于防浪墻底板上，B 塊基礎(chǔ)基本為防浪墻底板及混凝土墩頂部，C 塊基礎(chǔ)為壩體，D 塊大部分位于壩體填土及混凝土墩斜坡段。上游側(cè) A、B 路面板下部存在防浪墻底板，路面板裂縫兩側(cè)錯動很小；而下游側(cè) C 塊路面板由于位于壩體上，明顯與其他3塊存在差異沉降，這一沉降正是下部壩體沉降的反映。

3.2 大壩水準(zhǔn)標(biāo)點水準(zhǔn)測量成果

圖1 連接墩右側(cè)主壩壩頂路面測量結(jié)果圖

在主壩左端附近，設(shè)計布置水準(zhǔn)工作基點：LS2-1，LS2-2：位置樁號：1+530.280 和 1+533.370。壩體水準(zhǔn)標(biāo)點：LD 14，LD 15，LD16，LD17 ，LD18：位置樁號：1+615.330，1+683.230，1+751.131，1+808.000，1+864.833：LS2-1，LS2-2 水準(zhǔn)工作基點目前尚未穩(wěn)定，LS2-1 點最大沉降值 37.61mm：LS2-2 點（距混凝土墩最近點） 最大沉降值 22.06 mm：LD 14～LD18 壩體水準(zhǔn)標(biāo)點垂直位移過程線，見圖 2。

圖2 LD 14～LD 18 壩體水準(zhǔn)標(biāo)點垂直位移過程線

由圖2可知：混凝土墩附近壩體水準(zhǔn)標(biāo)點的垂直位移過程線的線形基本相同，2013 年 9 月 8日測得的數(shù)據(jù)最大值為 56.08 mm。目前，該段垂直位移趨勢尚未收斂，壩體絕對沉降值還將繼續(xù)加大。

2005 年 6 月 21 日主壩明渠段砂礫石填筑至218.75 m；2005 年 6 月 28 日施工，振搗式瀝青混凝土心墻（位于 218.27～218.75 m 高程間，高約 50 cm），7 月 15 日結(jié)束；壩頂防浪墻于 2005 年 7 月23 日澆筑，至 9 月 29 日完成；壩頂混凝土路面于2006 年 6 月 6 日施工，至 7 月 5 日完成。壩體水準(zhǔn)標(biāo)點的垂直位移過程線體現(xiàn) 2007 年以后的壩體沉降量，實際沉降量要大于最大值 56.08 mm。

4 壩體內(nèi)部監(jiān)測情況

4.1 瀝青混凝土心墻與混凝土墩間位錯計工作情況

在主壩瀝青混凝土心墻與混凝土墩間布設(shè)3組位錯計，每組各設(shè)一只水平和垂直向位錯計。3組位錯計布設(shè)高程分別為 190.0，200.0，210.0 m，其位錯計編號 為 ：J6-07（水平），J6-08（垂直）；J6-09（水 平），J6-10（垂 直）；J6-11（水 平），J6-12（垂直）。位錯計的設(shè)計最大量程為 60 mm。目前，除J6-10 和 J6-12 垂直向位錯計因超量程失效外，其他 4只儀器工作狀態(tài)正常。位錯計觀測表明：位錯計 J6-08 點位移主要發(fā)生于填筑期，在 2005 年 6月 21日填筑結(jié)束后基本穩(wěn)定，歷史最大位移14.88 mm （2005 年 8 月 23 日），目前位移量約為12.15 mm，剪切位移量不大。儀器 J6-10 和 J6-12因超量程，分別于 2006 年 6 月 15 日和 8 月 26 日失效，失效前最 大 位 移 值分別為 71.29 和 88.87 mm。此后儀器測讀仍有較為連續(xù)的測值及計算值，但可信度低，不能反映工程部位的實際變化情況。水平向位移已基本趨于穩(wěn)定。

一般來說，止水銅片抵抗剪切位移能力差，宜與其他止水結(jié)構(gòu)配合使用。對結(jié)合部位，J6-10，J6-12 的剪切位移必超過 60 mm, 剪切位移較大。對采用的“Z”型銅止水的止水型式而言，在相應(yīng)部位出現(xiàn)剪切破壞的可能性大，但接縫部位整體呈受壓狀態(tài)，形成明顯滲漏通道可能性較小，前期已經(jīng)受住了近期 216.50 m 高水位的考驗，并 2009 年6 月至 2012 年 2 月期間約 32 月 210.00 m 水位以上運行考驗，未見異常變化。由于該部位為滲流薄弱環(huán)節(jié)，進一步抬高水位下的滲流安全性有待考驗，應(yīng)加強臨近 P6-07，T7-01 等滲流、溫度測點及接縫測點的觀測。

5 現(xiàn)場檢測

5.1 鉆孔檢測

2012 年 9 月底，采用便攜式淺層取樣鉆機進行局部鉆孔檢測，鉆孔點位 1+539.3，心墻軸線下游側(cè) 0.2 m 處，鉆孔孔徑 25.40 mm，結(jié)合鉆孔內(nèi)攝像確定混凝土防浪墻底座以下與瀝青混凝土心墻之間存在約 10.7 cm 的脫空區(qū)。

5.2 地質(zhì)雷達檢測

2012 年 9 月底，對 1+490～1+600 段壩頂結(jié)構(gòu)的連續(xù)性進行地質(zhì)雷達檢測，重點檢測防浪墻底板與下部土體間脫空及缺陷的可能性。地質(zhì)雷達檢測包括：①采用 250MHZ 高頻天線、100MHZ雷達天線平行壩軸線進行縱向檢測；②采用 250 MHZ 天線對 10個橫斷面進行檢測。

通過高頻天線對大壩 1+490～1+600 段心墻與防浪墻底板之間以及大壩軸線位置是否存在缺陷驚醒重點檢測，發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土心墻壩段在 1+ 539.3 位置及 1+545 位置瀝青心墻與防浪墻底板之間存在波形異?，F(xiàn)象，初步判斷為脫空。通過采用低頻雷達天線對大壩 1+490～1+600 段心墻與防浪墻底板之間以及軸線位置較深部位檢測，發(fā)現(xiàn)較深部位心墻及其他填筑物的連續(xù)性情況良好。

6 結(jié) 語

綜合分析認(rèn)為，該部位鋼筋混凝土防浪墻除左端支撐在混凝土墩（硬支撐）上外，其它均座落在壩殼填筑料和瀝青混凝土心墻（軟支撐）上,軟硬支撐必然造成墻體不均勻沉降。主壩防浪墻下土體沒有預(yù)留施工沉降時間，壩體填筑結(jié)束后就直接澆筑防浪墻，使得本應(yīng)在施工期發(fā)生的沉降“推遲”至澆筑防浪墻施工后，出現(xiàn)明顯沉降變形是必然的。水平脫空主要位于 1+536.9～1+550 間的防浪墻底部，大致呈三角形的區(qū)域，最大脫空約 10.7 cm，現(xiàn)狀下沉降相對穩(wěn)定。

壩頂接縫止水采用“Z”型銅止水，對該類止水基本靠銅片本身的延展發(fā)揮止水作用，假設(shè)按伸長率 20%計算，可延伸長度為 40 cm×0.2=8 cm，則難以抵擋 10.7 cm 的脫空，在該段防浪墻底部必然會出現(xiàn)止水銅片拉裂。目前應(yīng)已形成滲漏通道，當(dāng)庫水位高于心墻頂或斷裂面時，隨即發(fā)生滲漏破壞，可能導(dǎo)致潰壩事故，應(yīng)進行處理。在接縫部位出現(xiàn)剪切破壞的可能性大；防浪墻底部止水與混凝土連接墩處止水是連成一體的，不排除在連接墩斜面頂部的局部止水破壞的可能。

綜上所述，主壩左端垂直防滲體連續(xù)性已遭到破壞，應(yīng)進行系統(tǒng)的分析和論證提出相應(yīng)具體處理方案盡快實施，在實施前應(yīng)合理水情調(diào)度保證大壩安全。

TV61

B

1002－0624（2014）10－0059－03

2014-01-15