淺談下坂地壩基廊道沉降變形及滲水處理

·

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，喀什 844000)

1 工程總體概況

下坂地水利樞紐工程位于新疆塔里木河源流葉爾羌河主要支流之一的塔什庫爾干河中下游。該工程是塔里木河流域近期綜合治理中唯一的山區(qū)水庫樞紐工程，是以生態(tài)補(bǔ)水及春旱供水為主，結(jié)合發(fā)電的綜合性Ⅱ等大(2)型工程。樞紐建筑物由攔河壩、導(dǎo)流泄洪洞、引水發(fā)電洞和地下電站廠房組成。工程所在地海拔高程接近3000m，年平均最低氣溫-29℃，地震烈度Ⅷ度，工程建設(shè)條件相對比較惡劣；水庫壩址覆蓋層最深達(dá)150m，且壩基覆蓋層夾有沙層透鏡體、大孤石及孤石相互架空現(xiàn)象等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

攔河大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，壩頂高程2966m，最大壩高78m，總庫容8.67億m3；導(dǎo)流泄洪洞布置在大壩右岸，采用表孔側(cè)槽溢洪洞和底孔導(dǎo)流泄洪洞兩洞合一的布置型式，總長1.428km；引水發(fā)電洞布置在大壩左岸，全長4.68km；電站廠房位于壩址下游7.5km處，是一座地下廠房，電站裝機(jī)150MW(3×50MW)。

工程于2005年7月開工，2007年9月大河截流，2010年元月初次下閘蓄水，2010年6月電廠首臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2011年7月大壩工程全面完成，2017年11月完成竣工驗(yàn)收技術(shù)鑒定工作。

2 大壩防滲及滲流監(jiān)測設(shè)計(jì)

2.1 防滲體系設(shè)計(jì)

壩址2888m高程以下覆蓋層采用1m厚85m深防滲墻防滲，防滲墻下部采用4排砂礫石帷幕灌漿，排距2.5m，孔距3.0m，梅花形布置，防滲墻與下部砂礫石帷幕灌漿采用嵌入式搭接，搭接深度10m，砂礫石帷幕灌漿深度75～156m。2888～2966m高程瀝青混凝土心墻，底寬1.2m，頂寬0.6m，心墻基礎(chǔ)設(shè)置混凝土基礎(chǔ)與壩基及壩肩防滲體銜接。壩基0+301～0+361段排砂礫石灌漿為5排。

左岸坡面開挖坡比為1∶0.92，設(shè)3排帷幕，排距1.0m，孔距2.0m；右岸岸坡較陡開挖坡比為1∶0.35，設(shè)1排帷幕，孔距2.0m。

2.2 大壩滲流監(jiān)測設(shè)計(jì)

在壩0+221.00斷面壩基2812、2860及2896高程，壩上0+006.00、壩下0+010.00、壩下0+070.00、壩下0+140.00斷面均布置滲壓計(jì)；在右壩肩灌漿平洞內(nèi)布置4支滲壓計(jì)，基巖岸坡布置3支滲壓計(jì)；在右岸瀝青混凝土基礎(chǔ)混凝土面埋設(shè)3DM位移計(jì)，進(jìn)行瀝青混凝土基座與瀝青心墻錯(cuò)動(dòng)監(jiān)測。

3 成因分析及增設(shè)監(jiān)測設(shè)備

3.1 廊道沉降開裂及滲水原因分析

3.1.1 廊道沉降開裂原因分析

a.本工程右岸壩基砂層較厚、松散，其相對密度Dr=0.73，加之大壩右岸建基面高程比左岸低，雖然對右岸壩基砂層進(jìn)行了擠密處理，但大壩右岸基礎(chǔ)沉降量比左岸大。

b.本段廊道0+384端嵌入基巖，而0+375.5端位于壩基填筑料上，隨著大壩填筑完成及水庫蓄水位上升，在壩體沉降過程中，廊道0+375.5端受到豎向及下游方向荷載加劇，該部位受到彎剪作用加大。從廊道沉降開裂情況監(jiān)測資料看，樁號0+378壩下10處壩基累計(jì)沉降量為38mm，向下游的撓度約為20mm。而廊道豎向錯(cuò)臺高度為15cm，廊道相對于交通洞向下游位移1.32cm，說明隨著壩體沉降過程延續(xù)，上部及上游荷載越來越多地集中在廊道上。

c.廊道 0+384段處于基巖灌漿洞與壩基覆蓋層分界點(diǎn)，段長度為8.5m。

d.廊道0+384處變形縫設(shè)計(jì)寬2cm，到目前為止，監(jiān)測結(jié)果顯示，變形縫頂部寬5cm，豎向相對錯(cuò)位15cm。由于變形縫變形過大導(dǎo)致止水拉裂。

e.自建立觀測設(shè)施后廊道頂拱在0+384處縫寬變化量為2.23cm，由于廊道承受巨大彎剪作用，導(dǎo)致洞身出現(xiàn)斜向裂縫。

綜上所述，廊道沉降開裂是由于該處為廊道與岸邊交通洞結(jié)合部位，該部位為基巖與壩基覆蓋層分界點(diǎn)，由于河床部位沉降變形以及廊道端頭嵌固作用，變形突出表現(xiàn)為0+384端變形縫的張開變形和0+375.5端的彎剪變形，并引起裂縫及止水開裂。

3.1.2 滲水原因分析

根據(jù)廊道右岸段滲水規(guī)律分析，認(rèn)為廊道頂部滲水為岸坡來水，原因如下：

a.大壩瀝青混凝土心墻防滲效果良好，且瀝青混凝土塑性良好，瀝青心墻施工工藝成熟，質(zhì)量保證，并從壩基廊道上游預(yù)留排水孔來看，沒有出現(xiàn)漏水或大面積潮濕現(xiàn)象，因此初步確定瀝青混凝土心墻沒有發(fā)生滲漏。

b.右岸心墻下右側(cè)廊道內(nèi)施工豎井水位基本穩(wěn)定，而且水位較低，約在2893m高程，因此分析基礎(chǔ)混凝土防滲墻防滲效果基本可靠。

c.對于瀝青混凝土心墻與岸坡部位，因?yàn)r青混凝土心墻采用放大斷面進(jìn)行處理，從監(jiān)測結(jié)果看主要以擠壓變形為主，且沿混凝土蓋板面的剪切變形較小，由此表明心墻與基礎(chǔ)混凝土結(jié)合緊密，不應(yīng)產(chǎn)生滲水通道。

通過以上對可能產(chǎn)生滲漏的部位初步分析，滲漏水來自右岸基巖帷幕灌漿。右岸邊坡很陡，為1∶0.35，為避免岸坡基巖灌漿過程中瀝青混凝土心墻基礎(chǔ)(灌漿蓋板)過大抬動(dòng)，岸坡灌漿在淺部灌漿壓力較小，因此灌漿效果可能不理想。

另從右岸壩基、壩肩開挖情況看，施工過程地質(zhì)發(fā)現(xiàn)4處斷層和一處裂隙密集帶，局部斷層、裂隙大部為高傾角順河向裂隙，有可能存在局部沒有徹底封閉，形成通道，造成蓄水后滲漏，并在廊道端頭集中逸出。

3.2 增設(shè)監(jiān)測設(shè)備

a.在廊道右岸0+384.0m處變形及滲水部位、施工縫的頂拱洞軸線處和上下游拱角線下50cm處，布置3組3DM-200型三向位移計(jì)，用以監(jiān)測施工縫的開合、垂線和上下游三個(gè)方向的錯(cuò)動(dòng)移。布置如圖1所示。

圖1 大壩廊道(壩)0+384.00施工縫錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測布置

b.大壩廊道0+375.5m～0+384.0m段上游面出現(xiàn)混凝土面不平整現(xiàn)象，此不平整區(qū)域進(jìn)行收斂監(jiān)測。收斂測點(diǎn)布置如圖2～圖3所示。

圖2 大壩廊道(壩)0+382.6斷面收斂布置

圖3 大壩廊道(壩)0+381.6斷面收斂布置

c.大壩廊道0+375.5m～0+384.0m段上下游廊道混凝土內(nèi)壁出現(xiàn)裂縫，其中上游面3條、下游面1條。布置7支測縫計(jì)對4條裂縫進(jìn)行開合位移監(jiān)測。測縫計(jì)測點(diǎn)布置如圖4～圖5所示。

圖4 大壩廊道(壩)0+375.50～0+384.00段上游側(cè)裂縫監(jiān)測布置

圖5 大壩廊道(壩)0+375.50～0+384.00段下游側(cè)裂縫監(jiān)測布置

d.廊道0+375.5m施工縫進(jìn)行垂線方向的錯(cuò)動(dòng)位移監(jiān)測，其中在上下游面距底板頂1.3m處各布置1支位移計(jì)。位移計(jì)測點(diǎn)布置如圖6～圖7所示。

圖6 大壩廊道(壩)0+375.50下游側(cè)施工縫垂直錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測布置

圖7 大壩廊道(壩)0+375.50上游側(cè)施工縫垂直錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測布置

4 廊道沉降開裂、滲水加固處理

4.1 初次處理措施

2012年5～9月，對右岸岸坡段進(jìn)行滲漏水堵路基巖檢查帷幕灌漿。

施工程序?yàn)椋旱谝徊讲荚O(shè)檢查灌漿孔，檢查出滲漏通道；第二步再根據(jù)檢查灌漿孔的結(jié)果，采用帷幕灌漿封閉滲漏水通道。

4.1.1 檢查灌漿孔布置

檢查灌漿孔布設(shè)在右岸2966m高程及灌漿平洞內(nèi)，沿原帷幕軸線布置，以右岸2966m灌漿平洞樁號YD0+000.00為起點(diǎn)向洞內(nèi)延伸，檢查縱向長度為30m；考慮到2888m高程附近存在著裂隙密集帶，檢查灌漿孔孔底高程為2860m；孔斜最大頂角19°，鉆孔每0.5m，進(jìn)行一次孔斜率觀測；采用自上而下分段卡塞壓水；終孔后采用“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)”灌漿法；裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%，且不大于1MPa。1號、2號、3號必取芯孔，芯樣獲得率不低于85%，其余檢查灌漿孔是否采取巖芯可根據(jù)前期檢查結(jié)果確定。檢查鉆孔布置如圖8所示。

圖8 檢查灌漿孔平面布置

4.1.2 帷幕灌漿孔布置

帷幕灌漿段布置在樁號YD0+000.00(壩0+406.00)～YD0+030.00之間。施工方法與檢查灌漿孔一致。具體灌漿孔布置如圖9所示。

圖9 灌漿孔平面布置

4.2 第二次處理措施

2013年水庫蓄水位達(dá)到2946m以上時(shí)，壩基廊道0+384.0m處變形縫滲水量達(dá)28.97L/s，滲水量仍有增大的趨勢，并在廊道樁號0+375.5m～0+384.0m段上、下側(cè)墻斜向裂縫出現(xiàn)增多。根據(jù)以上情況，于2014年5～9月，再次進(jìn)行了處理。

4.2.1 右岸岸坡混凝土蓋板與心墻基座底部接觸面裂隙處理

4.2.1.1 檢查孔施工

在右岸▽2896m交通洞與壩基廊道樁號0+384.0m銜接部位滲水處周邊布置檢查孔，檢查孔均為斜孔(仰孔)，檢查混凝土防滲墻和壩體心墻基座底部與右岸岸坡接觸面處有無斷層和滲漏通道。檢查孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后按照基巖帷幕灌漿的要求進(jìn)行灌漿。如混凝土心墻底部檢查孔中出現(xiàn)涌水等情況，停止鉆進(jìn)，進(jìn)行灌漿處理。

4.2.1.2 灌漿孔施工

帷幕灌漿布置在▽2896m交通洞內(nèi)樁號YJ0+000.0(壩0+384.0)～YJ0+012.0之間。均為斜孔，沿洞軸線分兩排布置，下游排距洞軸線0.2m，排距1.0m，孔距2m。鉆孔深度控制在大壩防滲帷幕軸線即可。

工藝流程：每鉆完一段后做壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行灌漿，灌漿結(jié)束后進(jìn)行下一段的施工直至全孔灌漿結(jié)束。灌漿分序?yàn)橄仁┕は掠闻?，再施工上游排；同排孔先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔?/p>

4.2.2 廊道地板沉降處理

4.2.2.1 施工方案

廊道沉降部位底板采用擠密注漿樁處理，范圍為0+374.8～0+383.0m。鉆孔按梅花形布置，共3排，中間排布置在廊道軸線上，與上、下游排之間的排距為0.875m，并在底板斷裂處布置3孔，距此3孔20cm處再布置3孔，孔距1.5m，孔深為混凝土底板下5m，孔徑91mm。擠密注漿樁布置如圖10所示。

4.2.2.2 施工方法

采用XY-2型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配合金剛石鉆頭鉆孔，孔深至混凝土底板下砂礫石層5m，每段鉆孔段長控制

圖10 擠密注漿樁布置

在2～3m，灌漿方式為“孔口卡塞灌漿法”。水灰比0.5:1的純水泥漿灌注，灌漿壓力達(dá)到0.5～0.6MPa，注入率為2～3L/min時(shí)，持續(xù)灌注30min結(jié)束，待凝8h后，再進(jìn)行下一段的鉆孔及灌漿。如在砂礫石層中遇到塌孔等情況時(shí)，采用稀水泥漿護(hù)壁，“置換和壓力灌漿封孔法”封孔。

4.3 廊道變形段支護(hù)

4.3.1 廊道變形段初次鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)

2012年對廊道第一次滲水處理時(shí)對廊道0+377.5～0+384.0變形段采用φ20工字鋼支護(hù)。方案為單榀工字鋼軸線尺寸為3.2m×4.8m圓拱直墻型，頂拱中心角120°，鋼拱架間距1m，榀與榀之間以18號工字鋼連接，連接桿環(huán)間距1m；在側(cè)墻頂部與對面?zhèn)葔χ胁吭黾有敝?，斜支撐采?8號工字鋼，間距2m；全部焊點(diǎn)、面采用雙面焊。鋼支護(hù)節(jié)點(diǎn)部位與廊道內(nèi)側(cè)混凝土面之間采用加楔措施，以保證鋼支撐支護(hù)與襯砌混凝土之間緊密連接。

4.3.2 廊道變形段二次混凝土襯砌支護(hù)

廊道二次處理結(jié)束后，為鞏固廊道安全，采用加套鋼筋混凝土支護(hù)措施，再進(jìn)行處理。方法為先鑿去該段廊道內(nèi)保護(hù)層混凝土，將廊道內(nèi)層受力鋼筋與鋼拱架焊接為整體，受力鋼筋與鋼拱架之間設(shè)楔形體與鋼筋焊接，設(shè)楔形體在拱架環(huán)向按間距50cm布設(shè)；鑿除廊道與交通洞結(jié)合部位(壩0+384樁號)變形縫內(nèi)側(cè)混凝土，重新設(shè)置止水膠帶，廊道頂拱預(yù)埋接觸充填灌漿管，以利于新老混凝土之間充填密實(shí)形成整體；澆筑C20混凝土使該段廊道新澆筑混凝土與原廊道成整體結(jié)構(gòu)。待新澆筑混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除在廊道側(cè)墻處設(shè)置的斜支撐。

4.4 廊道內(nèi)壁裂縫處理

廊道內(nèi)壁上下游裂縫均采用灌注聚氨酯進(jìn)行處理，聚氨酯灌注工作應(yīng)在壩基廊道充填灌漿工作結(jié)束后進(jìn)行。

5 結(jié) 語

鑒于下坂地水利樞紐工程大壩右岸壩基廊道沉降變形及滲水處理，采用加強(qiáng)監(jiān)測、鉆檢查孔、全面分析查找根源、精心設(shè)計(jì)與施工等措施方法，取得了良好的效果，成效顯著。

a.水庫通過近三年的高水位2958.30m、2953.15m、2956.3m運(yùn)行監(jiān)測分析，廊道滲水量明顯減小，沒有出現(xiàn)新的裂縫及變形,地板沉降基本穩(wěn)定。

b.下坂地大壩右壩肩2966m高程灌漿洞在開挖中發(fā)現(xiàn)數(shù)條斷層和1條裂隙密集帶，圍巖為Ⅲ類，屬于透水巖體。鑒于此種地層結(jié)構(gòu)，原設(shè)計(jì)采取的單排垂直帷幕灌漿孔很難完全穿透封堵所有陡傾角順河向的裂隙。

c.下坂地工程尚未經(jīng)受設(shè)計(jì)最高位2960m高程蓄水檢驗(yàn)，雖然已對壩基廊道變形及滲水部位進(jìn)行處理，但還未徹底封堵左岸邊坡的滲漏通道，因此下階段應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對廊道的安全監(jiān)測及監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析工作。

d.下坂地工程采取的設(shè)計(jì)、施工措施是工程實(shí)際處理中總結(jié)出來的較為可行的、經(jīng)濟(jì)的處理措施方法，將為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。