洼腦水電站渠道垮塌事故分析及治理

李洪強(qiáng)

（中國(guó)電建成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610072）

洼腦水電站渠道垮塌事故分析及治理

李洪強(qiáng)

（中國(guó)電建成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610072）

通過(guò)對(duì)洼腦電站引水渠道突發(fā)垮塌事故調(diào)查和物探勘查，查明其破壞原因?yàn)椋旱鼗痪鶆虺两担鸦炷燎?，形成滲漏通道，帶走細(xì)顆粒，產(chǎn)生管涌，地基失去承載力，加之護(hù)坦的護(hù)土被洪水帶走，形成臨空面，建筑物沿軟弱面滑出破壞。采取的治理措施為：對(duì)垮塌段，基礎(chǔ)進(jìn)行碾壓，并用混凝土覆蓋，然后建基礎(chǔ)，并擴(kuò)大基礎(chǔ)，增加基礎(chǔ)穩(wěn)定性，渠道墻為重力墻，內(nèi)襯鋼筋混凝土，并對(duì)地基進(jìn)行小壓力灌漿；對(duì)影響段主要進(jìn)行無(wú)壓灌漿和裂縫修補(bǔ)。治理后，經(jīng)1年多的運(yùn)行，渠道監(jiān)測(cè)安全可靠。

渠道；破壞特征；管涌；灌漿

洼腦電站是西昌市境內(nèi)安寧河干流規(guī)劃的最末一級(jí)水電站，洼垴水電站2010年5月3臺(tái)機(jī)組相繼投入運(yùn)行，2014年6月，洼垴水電站樞紐工程通過(guò)竣工安全鑒定。2014年12月17日下午4點(diǎn)左右，引水渠道黃水灣段發(fā)生垮塌事故。針對(duì)渠道變形破壞特征、工程地質(zhì)條件及破壞成因進(jìn)行了研究后，采取了因地制宜的治理措施，取得了良好效果，其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

1 渠道的變形破壞特征

電站正常蓄水位為1 464.00m，裝機(jī)3臺(tái)，引用流量155.64m3/s，裝機(jī)容量33 MW。引水系統(tǒng)布置于安寧河左岸，由引水梯形、矩形明渠、壓力前池、壓力管道等建筑物組成。引水渠道全長(zhǎng)約3 558.252m，主要由梯形明渠、下穿成昆鐵路框架暗涵、黃水溝倒虹管和矩形明渠組成。其中梯形明渠長(zhǎng)1 466.293m，渠底寬6.0m（鐵路交叉建筑物之前為底寬9m），渠道邊坡采用1∶1.25，渠道縱坡i=1/1 340～1/4 000。渠道施工斷面矩形，側(cè)墻埋石混凝土重力式側(cè)墻，底板分離式底板，為C10素混凝土，厚度15～20cm，底板與側(cè)墻間為通縫，采用橡膠止水?？逅囊罉短?hào)1+401.60～1+509.60m（長(zhǎng)度108m）右側(cè)混凝土重力式擋墻，共9個(gè)混凝土擋墻段，每段長(zhǎng)12m。影響段長(zhǎng)約樁號(hào)1+57.60～1+401.60m，長(zhǎng)約110m；樁號(hào)1+509.60～1+569.60m（共5段），長(zhǎng)度約60m（見(jiàn)圖1）。

圖1 垮塌段外側(cè)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，渠道破壞具有如下特征：

（1）影響段：渠道樁號(hào)1+257.60～1+401.60m段（共12段）外觀可見(jiàn)右側(cè)擋墻與底板間縱縫部分張開(kāi)、輕微錯(cuò)位，張開(kāi)約5～10mm，錯(cuò)位約2～4mm；部分止水破壞，渠道內(nèi)水向縫內(nèi)灌入，擋墻與護(hù)坦間變形縫張開(kāi)、錯(cuò)位，張開(kāi)約3～8mm，錯(cuò)位約4～6mm，且有返砂現(xiàn)象?？逅蜗掠尉匦味?，樁號(hào)1+509.60m～1+569.60m（共5段）外觀可見(jiàn)右側(cè)擋墻與底板間縱縫寬度加大1～5mm；

（2）垮塌段：渠道樁號(hào)1+437.60～1+449.60m（長(zhǎng)12m）擋墻段。擋墻垮塌，渠道上、下游擋墻及底板基礎(chǔ)受到水流淘刷破壞。擋墻向渠道內(nèi)側(cè)方向傾倒；擋墻墻體基本完整，各段擋墻間、擋墻與底板間橡膠止水帶拉斷。底板沖毀約1/3，底板下地基1/2沖毀。

2 渠道工程地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)

洼腦電站位于安寧河斷裂帶中南段，該段東支晚更新世中期以來(lái)沒(méi)有明顯活動(dòng)的跡象，西支屬早第四紀(jì)活動(dòng)性斷裂。工程區(qū)本身不具備發(fā)生強(qiáng)烈地震的構(gòu)造條件，歷史上也沒(méi)有發(fā)生過(guò)M≥4.7級(jí)破壞性地震。對(duì)工程區(qū)地震威脅主要來(lái)自外圍活動(dòng)性斷裂的強(qiáng)震活動(dòng)，尤以安寧河斷裂帶中段（西昌～冕寧）及則木河斷裂帶上的強(qiáng)震對(duì)工程區(qū)的影響最大，其地震效應(yīng)主要受外圍強(qiáng)震和近場(chǎng)中、強(qiáng)地震波及影響。以工程區(qū)為中心5km范圍內(nèi)無(wú)中小地震記載，歷史地震調(diào)查資料表明，對(duì)工程區(qū)的地震影響度未超過(guò)7度。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，相應(yīng)的地震基本烈度為8度。工程區(qū)屬“區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差”的區(qū)域。

2.2 地形地貌

渠道事故段處于安寧河左岸寬闊的河谷地段，為沖洪積堆積階地地貌。河段的Ⅰ級(jí)階地的階面高程1 445～1 461m，Ⅱ級(jí)階地的階面高程1 483～1 491m，階面前緣平坦，階地后緣多被洪坡積物覆蓋成緩坡地形。

2.3 地層巖性

渠道事故段未見(jiàn)基巖，出露地層為第四系沖洪積物及回填土。巖性為褐黃色漂卵石夾砂層，稍密、稍濕～濕，局部飽和。其影響段（上游12段、下游4段）外側(cè)部分為回填土；垮塌段地基為砂卵石地基，其中，垮塌段K1～K3渠基以下，高程1 452m左右連續(xù)分布有粘土層，厚大于30cm，產(chǎn)狀：N5°W/SW8°。

2.4 水文地質(zhì)

渠道事故段地下水為河床松散堆積層孔隙水潛水。層孔隙潛水賦存于河床松散砂卵礫石層中，渠道谷坡下部地下水位一般略高于河水位，表明地下水與河水存在較強(qiáng)的水力聯(lián)系，渠道地基砂卵礫石層地下水主要游河水補(bǔ)給。

3 渠道破壞原因分析[1、2]

3.1 初步分析

2012年，安寧河發(fā)生約10年一遇洪水，據(jù)黃水水文站實(shí)測(cè)資料，洪水流量為1 920m3/s。因黃水灣末端岸坡受彎道水流的沖擊，發(fā)生較大沖刷，岸坡邊緣退后，造成引水渠道樁號(hào)1+499.60m以后非溢流段擋墻22m長(zhǎng)度范圍基礎(chǔ)暴露，并發(fā)生淘刷，掏空長(zhǎng)度22m，深度0～1m。由于渠道地基條件改變，外側(cè)無(wú)護(hù)坦保護(hù)，內(nèi)水外滲，滲徑縮短，長(zhǎng)期滲透，砂卵石地基土遭到了管涌破壞，最終渠道擋墻變形滑移。樁號(hào)1+57.60～1+401.60m擋墻出現(xiàn)了變形傾斜，護(hù)坦與擋墻之間出現(xiàn)了裂縫，護(hù)坦上積存管涌破壞大量的砂也是更好的說(shuō)明。

3.2 物探監(jiān)測(cè)分析

洼垴水電站引水渠垮塌后的修復(fù)期間，對(duì)混凝土護(hù)坦、垮塌段和影響段混凝土底板進(jìn)行了相關(guān)物探檢測(cè)。檢測(cè)方法包括地質(zhì)雷達(dá)法、鉆孔全景圖像法和垂直反射法。

事故段渠道側(cè)墻和護(hù)坦地基埋石架空現(xiàn)象比較普遍，部分測(cè)段架空現(xiàn)象較嚴(yán)重，護(hù)坦混凝土與下覆基礎(chǔ)之間存在脫空現(xiàn)象。架空深度一般在0.6～1.7m，空腔一般15～30cm。局部底板已經(jīng)托空，最大托空高度約30cm。

事故段渠道底板未見(jiàn)托空和架空現(xiàn)象。

綜上分析認(rèn)為事故段渠道垮塌原因，施工期未對(duì)原始地基砂卵礫石層進(jìn)行碾壓密實(shí)，并在原始地基上覆蓋了一層棄土，渠道建成后，地基產(chǎn)生不均勻沉降，拉裂底板與側(cè)墻止水，產(chǎn)生內(nèi)水外滲，加之沿河側(cè)護(hù)坦護(hù)土被河流帶走，形成細(xì)顆粒流失通道，帶走細(xì)顆粒，局部渠道反生管涌，致使地基承載力喪失，最終導(dǎo)致渠道側(cè)墻沿軟弱面發(fā)生滑移傾倒破壞。

4 渠道治理措施[1-3]

4.1 垮塌段

（1）用C20混凝土對(duì)垮塌段回填地基至原底板地基高程，并預(yù)留灌漿孔，后期對(duì)地基進(jìn)行灌漿處理；

（2）渠道原斷面尺寸，寬14m，高8.46m，考慮到時(shí)間緊，并在節(jié)約投資的情況下，對(duì)原破壞的混凝土擋墻不進(jìn)行拆除，充分利用原擋墻作為新?lián)鯄ι淼囊徊糠帧⒃逅炷翐鯄θ柯裰迷谛禄炷翐鯄?nèi)，修復(fù)后引水渠道寬約11.65m，高8.46m，擋墻頂寬約3.547m，外側(cè)斜坡為1∶0.6，擋墻基礎(chǔ)寬約10.347m，墻體采用C20混凝土。新老混凝土之間需進(jìn)行鑿毛處理，設(shè)置插筋Φ20，間排距1.0m，擋墻迎水面設(shè)置Φ20鋼筋網(wǎng)，間排距20cm。擋墻外側(cè)坡腳基礎(chǔ)沿線新澆筑2m寬混凝土，外鍘接混凝土護(hù)坦，護(hù)坦厚1.0m，坡度為1∶1；

（3）對(duì)混凝土護(hù)坦坡腳用大塊石回填，在大塊石上面用C20混凝土防護(hù)蓋板壓坡，大塊石坡腳護(hù)坑深度4m，頂寬9m，底寬1m；

（4）對(duì)垮塌段底板半幅新鋪設(shè)一層30cm厚，C25混凝土，在破壞底板新澆混凝土部分，設(shè)置面層鋼筋，直徑Φ12mm，間排距20cm；

（5）對(duì)垮塌段已經(jīng)破壞的變形縫止水進(jìn)行加強(qiáng)處理。已經(jīng)發(fā)生破壞的底板變形縫全部鑿除，重新埋設(shè)新的止水后全部修復(fù)。

4.2 影響段

4.2.1 上游影響段

垮塌段上游影響段樁號(hào)1 257.60～1 401.60m范圍內(nèi)擋墻與底板之間的裂縫較大，需進(jìn)行新的接縫處理。底板與邊墻之間的縱縫采用橡膠止水，新澆混凝土寬度為2.0m，橫縫采用膨脹止水條嵌縫，上覆20cm厚、150cm寬混凝土。同時(shí)在擋墻和護(hù)坦之間設(shè)置多排固結(jié)灌漿孔，封閉其下脫空區(qū)域。為降低揚(yáng)壓力，在擋墻與護(hù)坦之間設(shè)置排水孔，排水孔出露高程為1 456.00m，高于河道20年一遇洪水位1 455.65m，排水孔底高程約1 453.50m。

4.2.2 下游影響段

垮塌段下游影響樁號(hào)1 509.60～1 569.60m該范圍內(nèi)擋墻與底板之間需進(jìn)行新的接縫處理。底板與邊墻之間的縱縫采用橡膠止水，新澆混凝土寬度為2.0m，橫縫采用膨脹止水條嵌縫，上覆20cm厚、150cm寬混凝土。

4.3 監(jiān)測(cè)措施

對(duì)垮塌段主要間隔2m設(shè)置測(cè)壓管和滲壓計(jì)，共布置測(cè)壓管10個(gè)，滲壓計(jì)4支。并在渠道定設(shè)置地表監(jiān)測(cè)。

對(duì)影響段加強(qiáng)巡視為主，巡視項(xiàng)目：相鄰擋墻段間有無(wú)錯(cuò)動(dòng)、止水的工作狀況、排水孔的工作狀況和護(hù)坦的沖刷情況。

5 結(jié)語(yǔ)

洼腦電站引水渠道突發(fā)垮塌事故在工程修復(fù)在時(shí)間緊，汛期難度大的情況下，順利完成，經(jīng)1年多的運(yùn)行，渠道監(jiān)測(cè)安全可靠。其經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似工程勘察、設(shè)計(jì)和治理具有一定借鑒意義。

[1] 周建中，馬大思.鴛鴦橋電站渠道變形破壞成因與整治措施[J].四川水利，2003（1）：25-26.

[2] 李 海.引水式電站渠道滲漏垮塌事故分析及防治[J].中國(guó)農(nóng)村水電及電氣化，2005（8）：40-43.

[3] 申克勤.多架山水電站渠道倒塌施工處理[J].小水電，2002（5）：19-20.

（責(zé)任編輯：周 群）

Analysis and repair of channel collapse for Wanao Hydropower Station

LI Hong-qiang
（Chengdu Engineering Corporation Limited of POWERCHINA,Chengdu 610072,China）

Collapse had occurred at the diversion channel of Wanao Hydropower Station.Investigation and geophysical exploration were conducted to ascertain the causes.Non-uniform foundation settlement led to cracks of concrete channel;leakage passage formed;fine grain was carried off and piping occurred;foundation lost bearing capacity;soil on protection-apron was taken away by flood;air face formed and structures slid along weak surface.The repairing measures include that the collapsed section was rolled and compacted,covered with concrete before the foundation was constructed and expanded to improve the stability;the channel wall was constructed as gravity wall with reinforced concrete lining;small pressure grouting was conducted for foundation;pressure-free grouting and crack repairing was conducted for the affected section.The channel has operated for more than one year with safe and reliable monitoring data after the repair.

Channel;failure feature;piping;grouting

TV698.24

B

1003-1510（2016）04-0088-03

2016-05-19

李洪強(qiáng)（1981-），男，重慶大足人，中國(guó)電建成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師，學(xué)士，主要從事水電工程地質(zhì)，環(huán)境地質(zhì)，水文地質(zhì)，巖土工程方面的研究工作。