水電站施工期大壩面板抬動(dòng)破壞及處理

陳 玲 ，王 東，2，周澤澤，易恒如

（1.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都610065；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065）

0 引言

在混凝土面板堆石壩施工中，壩前反滲水具有較大的危害性，它輕則影響施工進(jìn)度，降低工程質(zhì)量，重則抬動(dòng)面板、破壞止水，甚至導(dǎo)致面板開裂、漏水[1][2]。目前國(guó)內(nèi)已有如大河水庫(kù)大壩、天門河水庫(kù)大壩等，因壩前反滲而使面板受到不同程度破壞的案例[3][4]。本文針對(duì)重慶市劉家溝水電站面板堆石壩施工過程中因自然因素、施工條件等產(chǎn)生的面板抬動(dòng)破壞，分析其原因，介紹其處理方案和過程。后期監(jiān)測(cè)顯示面板修復(fù)效果良好，可供面板壩同類缺陷處理參考。

1 面板抬動(dòng)事故

1.1 工程概況

劉家溝水電站工程是位于重慶市小溪河上的混合開發(fā)式電站，主要建筑物有攔河壩、溢洪道、放空洞、岸坡取水口、壓力隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及廠區(qū)建筑物。主壩為面板堆石壩，壩頂高程450.0 m，最深建基面高程380m，最大壩高70 m，正常蓄水位448 m，死水位422 m。

1.2 事故發(fā)生過程

劉家溝水庫(kù)電站工程于2011年12月15日開始首塊面板（MB19）澆筑，2012年5月4日完成面板澆筑，5月8—9日流域發(fā)生大暴雨，造成上游圍堰過水，基坑被淹，洪水淹沒高程達(dá)405 m。5月9日下午雨停過后在壩前、后基坑內(nèi)分別安裝水泵進(jìn)行平衡降水抽排，并于21日將水位下降15 m至390 m高程（12 d降了15 m），此時(shí)發(fā)現(xiàn)MB12～MB16面板在389～393.12 m高程段有抬動(dòng)斷裂現(xiàn)象。

1.3 面板抬動(dòng)破壞情況

發(fā)現(xiàn)面板抬動(dòng)破壞現(xiàn)象后立即降低了抽排水速度，每天下降水位控制在0.5 m。但由于后期接連下暴雨，基坑再次進(jìn)水上漲，未能及時(shí)開展面板抬動(dòng)情況測(cè)量。直至2012年6月13日，水位下降至385 m后組織人員對(duì)面板抬動(dòng)及裂縫情況進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)共5塊位于河床段的面板MB12～MB16發(fā)生抬動(dòng)變形和斷裂，其中M13～MB15面板抬動(dòng)變形嚴(yán)重，MB14面板最為嚴(yán)重，整體沿水平方向抬動(dòng)2.8～47.1 cm，左右兩側(cè)抬動(dòng)值分別為44.5 cm、47.1 cm，整塊面板比相鄰的MB13、MB15突出達(dá)10～14 cm。MB12、MB16兩塊面板損壞相對(duì)較輕，MB12抬動(dòng)量最小，左右兩側(cè)抬動(dòng)值分別為4.5 cm、4.0 cm。

檢查發(fā)現(xiàn)整個(gè)面板抬動(dòng)均呈擠壓破壞狀態(tài)，裂縫縱橫向無規(guī)則發(fā)展，面板抬動(dòng)區(qū)被擠壓成大小不等的碎塊狀。

2 抬動(dòng)破壞原因分析

工程發(fā)生抬動(dòng)破壞的面板M12～MB16的澆筑時(shí)間為2012年2月21日至2012年5月4日，距2012年5月8日至9日暴雨時(shí)間極短，混凝土強(qiáng)度低，尚未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定強(qiáng)度。

暴雨發(fā)生后，洪水翻過圍堰將基坑淹沒，壩前水位升高至405 m，在反向排水孔未封堵，表止水未施工的情況下，將面板連同壩體一起浸泡在水中。之后連續(xù)頻繁降雨，造成壩體內(nèi)水位進(jìn)一步抬高，且由于壩前預(yù)留的反向排水孔被沉淀淤泥堵塞失效，壩體內(nèi)積水不能及時(shí)排出，在基坑抽排降水時(shí)，水位降速過快（1.25 m/d）造成壩面反向滲水，壩體內(nèi)外水位差逐漸增大，形成巨大的反向水壓力，最終導(dǎo)致面板抬動(dòng)并形成擠壓破壞，簡(jiǎn)化后的壩體內(nèi)外水位過程線以及面板受力分析見圖1、圖2。

圖1 暴雨后壩體內(nèi)外水位過程線

圖2 滲水區(qū)面板受力分析簡(jiǎn)圖

對(duì)滲壓區(qū)矩形面板取單寬進(jìn)行簡(jiǎn)要受力計(jì)算得：

水壓力：P′=2.8×104kN

面板自重：G′=G·cosα =2.4×102kN

其中混凝土密度取2 400 kg/m3進(jìn)行計(jì)算。

由上述簡(jiǎn)要受力計(jì)算可知，P′遠(yuǎn)大于 G′，壩體內(nèi)的水壓力對(duì)混凝土面板產(chǎn)生了頂托作用，使面板抬起變形發(fā)生破壞。

劉家溝水電站面板所受的反滲破壞力，源自土力學(xué)中的“驟降”概念，即壩體外部降水速度過快，飽和壩體反滲壓力大，對(duì)面板造成了抬動(dòng)破壞。

3 面板缺陷處理措施

3.1 破壞面板的處理

針對(duì)工程的實(shí)際情況，對(duì)面板按破壞程度分別采取了不同的處理措施。

對(duì)于MB12及MB16兩塊損壞相對(duì)輕微的面板，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查，MB12右邊縫及底部周邊縫、MB16左邊縫及底部周邊縫止水未被破壞，面板底部未脫空且其對(duì)應(yīng)的擠壓邊墻完好，對(duì)面板擠壓破壞混凝土表面采取人工鑿毛，然后在其上布置φ14@200mm插筋并掛網(wǎng)后，重新澆筑混凝土并在其表面涂刷一層KT液，以加強(qiáng)防滲效果，側(cè)角采用封邊膠封閉，并加設(shè)GB三元乙丙橡膠蓋板，采用扁鋼及螺栓固定，確保其滿足強(qiáng)度要求具備蓄水條件。

而對(duì)于MB13～MB15面板破壞較為嚴(yán)重的部位，對(duì)396 m高程以下的鋼筋混凝土、止水等結(jié)構(gòu)采用分塊拆除然后重新分期安裝和澆筑的方式修復(fù)（見圖4）。拆除方式采用切割拆除、局部人工風(fēng)鎬鑿除的方式，以免對(duì)臨近結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。同時(shí)在施工中加強(qiáng)對(duì)其趾板、周邊面板及周邊止水結(jié)構(gòu)的保護(hù)，為確保施工安全，防止上部正常面板發(fā)生下墜產(chǎn)生二次破壞，面板混凝土的切割及重新澆筑采取每塊面板沿豎向分兩期切割、兩期澆筑的處理方式。

為防止面板澆筑后反壓水再次對(duì)面板破壞，在本次澆筑的每塊面板底部周邊縫上方1 m位置處布設(shè)DN150 mm排水鋼管，鋼管深入至壩體過渡區(qū)，內(nèi)端頭由內(nèi)至外分別布設(shè)網(wǎng)眼尺寸1 mm、5 mm的不銹鋼濾網(wǎng)各一層。鋼管外端設(shè)閥門，在面板澆筑完成后關(guān)閉并用混凝土封堵。

3.2 面板裂縫缺陷處理

經(jīng)初步檢查，工程大壩面板趾板裂縫，統(tǒng)計(jì)344條，總長(zhǎng)度近2526.5 m。按以下原則進(jìn)行分類：縫寬小于0.1 mm為Ⅰ類縫；0.1～0.3 mm為Ⅱ類縫；大于0.3 mm為Ⅲ類縫。處理措施如下：

1）對(duì)于Ⅰ類縫，進(jìn)行表面封閉，死水位422高程以上采用涂刷水泥基滲透結(jié)晶材料T1+液體橡膠的方式進(jìn)行封閉；死水位以下采用涂刷水泥基滲透結(jié)晶材料T1+粘貼GB膠板及GB三元乙丙復(fù)合板進(jìn)行表面封閉。

2）對(duì)于Ⅱ類縫、Ⅲ類縫，死水位以上的裂縫采用“化學(xué)灌漿+涂刷液體橡膠”進(jìn)行處理；死水位以下采取“化學(xué)灌漿+表面粘貼GB膠板及GB三元乙丙復(fù)合板封閉”處理，化學(xué)灌漿打斜孔，材料采用CW改性環(huán)氧樹脂灌漿材料。

3.3 處理效果

破壞面板經(jīng)處理后，經(jīng)檢測(cè)符合安全規(guī)范，且已蓄水經(jīng)過了3年的正常運(yùn)行，觀測(cè)表明，目前大壩滲漏量與庫(kù)水位有一定相關(guān)性，不過滲水量相對(duì)較?。?0 L/S內(nèi)），且基本穩(wěn)定，大壩未見其他異常滲水滲壓情況，表明面板缺陷處理效果良好。

4 結(jié)語

1）劉家溝水電站面板抬動(dòng)破壞的本質(zhì)原因是施工期暴雨洪水翻過圍堰將基坑淹沒，致使壩體水位大幅抬高，壩前預(yù)留的反向排水孔被沉淀淤泥堵塞失效，壩前基坑抽排降水速度過快（驟降）致壩體內(nèi)外水壓差逐步增大，形成巨大的反向水壓力使特定高程的面板被抬起形成擠壓破壞。

2）面板施工期，若從壩體反滲入上游的水壓過大，不僅影響面板混凝土的施工安排和質(zhì)量，甚至可能造成對(duì)已成型面板的抬動(dòng)破壞，因此在施工過程中要引起高度重視，采取及時(shí)、適宜的基坑排水方案，避免在上游面板形成事實(shí)上的“驟降”破壞。

3）對(duì)于破壞面板及混凝土裂縫，分類采取適宜的措施，取得滿意的綜合效果，是更理性、更有性價(jià)比的技術(shù)思維。