浪詳水電站砌石重力拱壩安全復(fù)核及除險(xiǎn)加固防滲處理

譚劍波，楊 武，甘雪峰

（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌712100；2.貴州黔水工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，貴州貴陽550002；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西楊凌712100）

浪詳水電站砌石重力拱壩安全復(fù)核及除險(xiǎn)加固防滲處理

譚劍波1，楊 武2，甘雪峰3

（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌712100；2.貴州黔水工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，貴州貴陽550002；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西楊凌712100）

浪詳水電站水庫大壩高水位運(yùn)行中，存在砌石拱壩壩體滲漏、砌石材料強(qiáng)度低等問題。為了消除水庫大壩的安全隱患，提高大壩運(yùn)行的安全可靠性，根據(jù)大壩滲漏現(xiàn)狀和鉆探分析資料，結(jié)合大壩壩基垂直正應(yīng)力和穩(wěn)定性復(fù)核成果，優(yōu)選水泥砂漿充填灌漿為主的防滲補(bǔ)強(qiáng)除險(xiǎn)加固方案。補(bǔ)強(qiáng)灌漿防滲處理后，經(jīng)測試30個(gè)試驗(yàn)段透水率均在5 Lu控制范圍內(nèi)，壩體密實(shí)度得到有效增強(qiáng)，合格率達(dá)100%，并歷經(jīng)2年的高水位蓄水運(yùn)行考驗(yàn)，工程整體運(yùn)行狀況良好。

砌石重力拱壩；水泥砂漿；充填灌漿；水電站

浪詳水電站位于貴州荔波縣打狗河上，是一座具備引水發(fā)電、農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)旅游等功能的綜合水能利用工程［1］，最大設(shè)計(jì)水頭79 m，設(shè)計(jì)裝機(jī)2臺(tái)，總裝機(jī)30 000 kW，屬中水頭小型水力發(fā)電站。攔河大壩為混凝土砌石雙曲拱壩，建基面高程342.00 m，壩頂高程391.60 m，最大壩高49.60 m，頂寬4.0 m，壩軸線長149.67 m，厚高比0.18 m。工程于2004年01月開工，2006年02月主體工程全部竣工，并于當(dāng)年5月并網(wǎng)發(fā)電。

1 大壩滲漏現(xiàn)狀及滲漏原因分析

1.1 水庫大壩壩體滲漏現(xiàn)狀

水庫蓄水試驗(yàn)時(shí)，在正常蓄水位以下大壩各部位整體運(yùn)行狀況較好，在最高蓄水位超過正常蓄水位0.3 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)左岸359.50 m高程以上壩體及拱端基巖基礎(chǔ)面處存在漏水問題，漏水量約50 L/s；右岸361.20 m高程以上壩體及拱端基巖基礎(chǔ)面處存在漏水問題，漏水量約40 L/s。在高水位壓力作用下，壩體內(nèi)部滲漏通道不斷擴(kuò)大，滲水點(diǎn)及量不斷增多增大，局部漏水點(diǎn)滲漏甚至呈射流狀。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，壩體滲水量和滲漏點(diǎn)高程均與庫水位有關(guān)，庫水位越高，滲漏越嚴(yán)重［2］。針對壩體滲漏問題，水庫管理局于2007年對壩體和壩肩采取過一次單排灌漿處理，共設(shè)置28個(gè)灌漿孔，孔距為2.5 m～3.5 m，總進(jìn)尺1 468 m，并在大壩引水面上噴一層約6 cm厚水泥砂漿進(jìn)行防滲加固處理。經(jīng)處理后，壩體整體滲漏得到有效控制，滲漏點(diǎn)減少、滲漏量降低，但由于灌漿防滲處理不夠徹底，加上后期又運(yùn)行近10年，壩體填筑材料流水侵蝕、凍融破壞等不斷加劇，尤其是當(dāng)庫水位上升到379.50 m高程以上時(shí)，壩體與壩肩接觸面滲漏問題不斷加重，滲漏破壞已嚴(yán)重威脅到大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行［3］。

1.2 壩體滲漏破壞原因分析

原大壩壩體填筑材料設(shè)計(jì)采用800號(hào)石材，膠結(jié)材料采用150號(hào)水泥砂漿，但由于受當(dāng)時(shí)施工技術(shù)水平、建設(shè)理念等因素的綜合制約，從料場中開采出來的黑云母花崗巖，絕大部分只有600號(hào)，部分也僅能達(dá)到700號(hào)。加上后期運(yùn)行，壩體填筑砌石風(fēng)化程度不斷加深，有隱裂隙高度發(fā)育，導(dǎo)致砌石整體強(qiáng)度不斷變低。壩體鋪砌施工時(shí)，局部存在不規(guī)則含有裂隙的塊體鋪筑在壩體內(nèi)體，鋪砌質(zhì)量偏差［4-5］。水泥砂漿膠結(jié)性能不滿足設(shè)計(jì)要求，僅達(dá)到100號(hào)左右，同時(shí)鋪砌水泥砂漿時(shí)部分砌縫存在漏鋪，導(dǎo)致壩體內(nèi)部存在較多縫隙及孔洞，留下較多滲水通道，蓄水運(yùn)行時(shí)串孔、漏水現(xiàn)象較明顯。從壩體除險(xiǎn)加固鉆探取芯分析成果表明：壩體砌筑砂漿孔洞較多、孔徑較大，多數(shù)直徑在1.2 mm～3.5 mm，部分孔洞還相互連通形成完整滲流通道。砌石材料透水率為2.6 Lu～7.5 Lu，部分材料遠(yuǎn)超過規(guī)范要求的5 Lu防滲底線。在反復(fù)升降溫度應(yīng)力和凍脹破壞作用下，壩體砌石材料強(qiáng)度和性能不斷降低，鉆孔取樣5組試件分析成果表明：壩體砌筑材料整體強(qiáng)度標(biāo)號(hào)僅有300號(hào)～500號(hào)，材料強(qiáng)度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求。鑒于以上情況，在大壩除險(xiǎn)加固中，決定對大壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和穩(wěn)定性進(jìn)行全面安全復(fù)核，進(jìn)一步優(yōu)化壩體滲漏處理方案，鞏固大壩防滲補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量，徹底消除大壩滲漏問題［6-7］。

2 大壩壩體結(jié)構(gòu)整體安全復(fù)核

浪詳水電站水庫大壩樞紐，受當(dāng)時(shí)歷史條件、建設(shè)資金和施工技術(shù)等因素的制約，工程存在砌石材料強(qiáng)度不夠、施工質(zhì)量不佳等問題，水庫高水位蓄水運(yùn)行時(shí)存在嚴(yán)重滲漏，大壩結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性與否不確定。因此，在大壩除險(xiǎn)加固過程中，需對大壩結(jié)構(gòu)整體安全性進(jìn)行全面復(fù)核與評價(jià)，為大壩提出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的防滲補(bǔ)強(qiáng)加固處理方案［8-9］。

2.1 工程基本特性

為了評價(jià)大壩結(jié)構(gòu)整體安全性，結(jié)合大壩整體布置，分別對大壩壩踵和壩趾的垂直正應(yīng)力和左、右岸非溢流壩及中部溢流壩的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)鉆探成果，確定大壩壩基巖體為Ⅱ～Ⅲ類花崗巖巖石。大壩壩高49.60 m，C25混凝土重度為24 kN/m3，水重度為9.8 kN/m3［10］，泥沙浮重度為7.6 kN/m3。壩體混凝土與基巖間的抗剪斷摩擦系數(shù)為1.0，抗剪斷黏聚力為0.85 MPa。參考文獻(xiàn)［11 -12］，選取基本組合（正常蓄水位380.00 m）和特殊組合（校核洪水位380.90 m），兩種工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力復(fù)核和抗滑穩(wěn)定性分析。

2.2 壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力及抗滑穩(wěn)定安全復(fù)核

壩體穩(wěn)定復(fù)核采用規(guī)范要求的剛體極限平衡法［13-14］，計(jì)算得非溢流壩壩段壩踵和壩趾處的垂直正應(yīng)力，以及左、右岸非溢流壩段的抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果，如表1和表2所示。

表1 非溢流壩垂直正應(yīng)力計(jì)算成果單位：MPa

表2 左、右岸非溢流壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

在《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文.水工部分》（2016版）中明確規(guī)定：“壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力”［15-16］。但從表1可知，在校核洪水位380.90 m特殊組合工況下，非溢流壩壩段壩踵處出現(xiàn)0.16 MPa的拉應(yīng)力，主要是由于壩體外部材料彈模偏低引起，需要采取合理的加固措施進(jìn)行處理。其他組合工況下，壩踵和壩趾垂直正應(yīng)力，均滿足基巖容許壓應(yīng)力要求。

左、右岸非溢流壩其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果為：基本組合條件下，左岸為3.68，右岸為3.24；特殊組合條件下，左岸為2.57，右岸為3.11，均大于規(guī)范最小安全限值要求。

按規(guī)范要求，計(jì)算得溢流壩壩基垂直正應(yīng)力及抗滑穩(wěn)定性成果，如表3和表4所示。

表3 溢流壩壩基垂直正應(yīng)力計(jì)算成果單位：MPa

表4 溢流壩壩基抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果表明：溢流壩壩基垂直正應(yīng)力Kc計(jì)算值＞［Kc］規(guī)范值，壩基垂直正應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好。

3 壩體防滲補(bǔ)強(qiáng)加固處理

3.1 補(bǔ)強(qiáng)灌漿防滲方案

由大壩溢流壩和非溢流壩壩基垂直正應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定復(fù)核成果可知，大壩結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好，針對壩體滲漏及主要滲漏部位處于大壩中下部（359.90 m～368.80 m高程），考慮到滲漏主要是由于壩體砌筑材料強(qiáng)度不夠、施工質(zhì)量偏差等原因?qū)е?，?jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的綜合比選，決定采用補(bǔ)強(qiáng)灌漿措施對大壩進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿加固處理，即：壩體369.50 m高程處壩寬約6.85 m，在壩體距上游引水面約2.5 m處和距下游面2.0 m處共布置44個(gè)（上游側(cè)和下游側(cè)各22個(gè)）補(bǔ)強(qiáng)灌漿孔，孔距3.0 m～4.5 m，用0.8 MPa～1.0 MPa壓力灌注32.5 MPa普通硅酸鹽水泥砂漿進(jìn)行充填灌漿。按照先上游（一序孔）后下游（二序孔）灌漿順序進(jìn)行，待灌漿完畢后，在上、下游灌漿孔之間增加一排補(bǔ)強(qiáng)三序孔，通過充填灌漿以封堵壩體內(nèi)部由于縫隙等存在的滲水通道和砌筑石材間的空隙，以增強(qiáng)大壩結(jié)構(gòu)的整體安全穩(wěn)定性。壩體充填灌漿防滲補(bǔ)強(qiáng)方案，如圖1所示。

圖1 壩體防滲補(bǔ)強(qiáng)充填灌漿鉆孔布置方案

通過壩體充填補(bǔ)強(qiáng)加固灌漿，利用壓力將水泥砂漿充填灌注到壩體內(nèi)部的裂隙和填筑砌體內(nèi)空隙中進(jìn)行粘合，可以有效增強(qiáng)砌體的抗凍脹和抗?jié)B性能，確保壩體內(nèi)部滲漏通道得到有效堵塞，徹底解決壩體滲漏問題。

3.2 壩體補(bǔ)強(qiáng)灌漿防滲應(yīng)用效果分析

（1）砌體透水率檢測

滲漏處理結(jié)束后，為檢測壩體水泥砂漿充填灌漿效果，根據(jù)大壩整體布置共選擇30個(gè)試驗(yàn)段（上游側(cè)15個(gè)、下游側(cè)10個(gè)、中部5個(gè)），對壩體砌體透水率進(jìn)行檢測分析，檢測結(jié)果表明：30個(gè)試驗(yàn)段透水率檢測值為0.82 Lu～4.56 Lu，均滿足混凝土砌石壩要求透水率5 Lu控制限值，補(bǔ)強(qiáng)灌漿防滲合格率為100%。其中，有8個(gè)連續(xù)試驗(yàn)段其透水率檢測值低于1.0 Lu，達(dá)到優(yōu)秀防滲水平，完全形成連續(xù)、完整的防滲帷幕體，防滲加固效果非常明顯。

（2）運(yùn)行效果

2013年10月18日，水庫除險(xiǎn)加固工程順利竣工并蓄水運(yùn)行。運(yùn)行近3年來，壩體量水堰測定的滲漏水量一直為零。2014年7月初水庫開始進(jìn)入汛期，水庫維持在超過正常蓄水位1 m的380.50 m高水位條件下運(yùn)行達(dá)35 d；2015年6月底，水庫維持在380.20 m高水位條件下運(yùn)行達(dá)21 d，壩體、壩肩等均未出現(xiàn)有滲漏問題，量水堰測定滲漏水量也為零，表明壩體滲漏問題得到有效處理，水泥砂漿充填灌漿防滲效果良好。

4 結(jié) 論

浪詳水電站水庫大壩由于砌筑材料自身強(qiáng)度不足、砌筑質(zhì)量差密實(shí)度較低、水泥砂漿與石料間膠結(jié)性能不良存在空隙、砌石局部架空存在縫隙等原因，導(dǎo)致大壩在高水位運(yùn)行時(shí)，壩體存在大面積滲漏問題，嚴(yán)重威脅到大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須經(jīng)全面的安全復(fù)核評價(jià)，以采取合理的除險(xiǎn)加固處理方案，進(jìn)行防滲補(bǔ)強(qiáng)處理。

（1）大壩蓄水運(yùn)行時(shí)，壩體串孔、漏水現(xiàn)象非常明顯。鉆探取芯分析，壩體局部砌筑材料強(qiáng)度標(biāo)號(hào)僅有300～500號(hào)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的700號(hào)，透水率遠(yuǎn)高于5 Lu的防滲底線。

（2）溢流壩和非溢流壩壩基垂直正應(yīng)力和穩(wěn)定性復(fù)核成果表明，除特殊工況下非溢流壩壩踵存在0.16 MPa拉應(yīng)力需采取防滲加固補(bǔ)強(qiáng)處理外，各工況下壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力和穩(wěn)定性基本滿足規(guī)范要求，整體穩(wěn)定性較好。

（3）在369.50 m高程采取引水面、背水面和中部各設(shè)一排水泥砂漿充填灌注孔，通過“先上游、再下游、最后中部”的三序孔灌注充填壩體內(nèi)部空洞和裂隙，進(jìn)行防滲補(bǔ)強(qiáng)加固施工，有效增強(qiáng)了壩體密實(shí)度和砌筑石材間的膠結(jié)強(qiáng)度。檢測結(jié)果表明30個(gè)試驗(yàn)段，補(bǔ)強(qiáng)灌漿防滲合格率為100%，并歷經(jīng)2年的高水位蓄水運(yùn)行考驗(yàn)，滲漏水量為零，壩體滲漏問題得到有效處理。

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Safety Checking and Anti－seepage Treatment Reinforcement for Masonry Gravity Arch Dam from Langxiang Hydropower Station

TAN Jianbo1，YANG Wu2，GAN Xuefeng3
（1.Yangling Vocational&Technical College，Yangling，Shaanxi 712100，China；2.Guizhou Qianshui Engineering Supervision Co.，Ltd.，Guiyang，Guizhou 550002，China；3.Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

The problems of body seepage at high operating water level and low masonry material strength in the masonry arch dam of Langxiang hydropower station was introduced first.In order to eliminate the security risk and enhance its safety and reliability，according to the dam seepage observation situation and drilling analyzing data，combining the dam foundation vertical positive－stress and stability checking results，the anti－seepage reinforcement scheme with cement mortar filling and grouting has been optimally adopted.The test results show that after the anti－seepage reinforcement treatment the water permeability rate of 30 test sections with 100%pass rate which is within 5 Lu，which can effectively enhance the density of the dam.The dam has experienced two years high water level operating tests，and the overall running is in good condition.

masonry gravity arch dam；cement mortar；filling and grouting；hydropower station

TV698；TV697.3

A

1672—1144（2016）05—0215—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.041

2016－06－08

2016－07－04

楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究基金項(xiàng)目（A2016003）

譚劍波（1983—），男，四川江安人，碩士，講師，工程師，主要從事水利水電建筑工程教學(xué)與設(shè)計(jì)工作。E－mail：tjb19841@126.com

甘雪峰（1958—），男，陜西武功人，副教授，主要從事水利水電工程教學(xué)及設(shè)計(jì)工作。E－mail：1057233488@qq.com