針對面板堆石壩擠壓邊墻反向滲水采取的處理措施

曹 小 龍， 謝 攀， 何 亞 剛， 馬 曉 寧

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

開茂水庫庫區(qū)樞紐工程位于北川新縣城與安昌鎮(zhèn)交界區(qū)，主要是以生活、生產(chǎn)供水、灌溉供水為主，總庫容2 453萬m3，是一座以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主，兼顧農(nóng)村人畜供水等綜合利用的中型水利工程。

主壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程612 m，河床堆石區(qū)最低建基面高程556 m，最大壩高56 m，壩頂寬度為6 m，壩軸線長約357.35 m，壩頂設(shè)防浪墻。大壩自上游至下游分區(qū)依次為壩體蓋重區(qū)、上游黏土鋪蓋區(qū)、混凝土面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、下游堆石區(qū)?；炷撩姘逑掠蝹?cè)墊層區(qū)和過渡區(qū)水平寬度分別為3 m、4 m，在主壩上游設(shè)置了1B蓋重區(qū)及1A鋪蓋區(qū)以增加壩體防滲及抗滑穩(wěn)定，填筑體的頂部高程為582 m，頂部寬度為3 m，坡比分別為1∶2.5，1∶1.8，分別選用黏土料及砂礫料(圖1)。

2 擠壓邊墻施工技術(shù)

圖1 主壩填筑典型剖面圖

在上一層墊層料填筑碾壓完成、攤鋪下一層墊層料之前，測量定位放線，利用BJY-40擠壓邊墻機擠壓出一條高40 cm的低強度、低彈性模量、半透水的C5混凝土墻，施工過程中添加速凝劑以減少凝結(jié)時間，待其達到一定強度后在下游側(cè)按設(shè)計要求鋪填墊層料。梯形擠壓邊墻緊貼混凝土面板坡比(1∶1.4)與面板保持一致，輔助墊層料施工與壩體同步上升。擠壓邊墻的施工情況見圖2。

與傳統(tǒng)的施工工序相比較，擠壓邊墻施工技術(shù)提高了上游坡面墊層料的密實度，進一步提高了墊層料的碾壓質(zhì)量，避免了雨水沖刷坡面，為安全度汛提供了保證。同時，其替代了上游坡面墊層料的超填、削坡、斜坡碾壓、坡面防護施工方法，簡化了施工工序，節(jié)省了資源，節(jié)約了投資，加快了壩體填筑施工進度，且擠壓邊墻強度低、彈性模量小，具有一定的透水性，能更好地適應(yīng)壩前墊層區(qū)的變形，有效防止壩面脫空。

圖2 擠壓邊墻施工照片

3 反向滲水產(chǎn)生的機理

開茂水庫主壩整個壩基段地勢為上游低、下游高，壩體填筑后其下游平面高程為573 m，上游基坑、趾板最頂處的高程為557.5 m，壩體前后高差達15.5 m。2016年汛期開茂水庫借助擠壓邊墻采用放空洞過流、壩體擋水的方式進行主壩安全度汛，汛期過后壩前基坑的積水達到575 m高程。壩體575 m高程以下的填料幾乎達到飽和狀態(tài)，基坑積水抽排打破了壩體內(nèi)外水位差的平衡，隨著上游水位的不斷下降，壩體內(nèi)外的水位差越來越大，內(nèi)部積水向壩前反滲，在壩前形成反向滲流，而由于邊墻強度低、透水性不大，反向滲水的作用使擠壓邊墻產(chǎn)生裂縫和鼓包變形。

4 滲水造成的危害及影響

(1)隨著壩前基坑水位不斷下降，壩體內(nèi)部的水位與壩前水位相差越來越大，反向水流、水壓力越來越大，而擠壓邊墻強度低，透水性不大，滲水對其的壓力影響越來越凸顯出來，在水位下降至壩面561 m高程后擠壓邊墻上部局部出現(xiàn)裂縫、鼓包、局部變形并發(fā)現(xiàn)10處滲水點。

(2)大量反向滲水造成的反向水壓力增加到一定程度后，導(dǎo)致擠壓邊墻大面積破壞，進而影響到墊層料的填筑質(zhì)量與壩體的安全穩(wěn)定；再者，反向水流會帶走壩體中的細顆粒砂石填料而造成墊層料的滲透破壞，進一步破壞墊層料的顆粒級配，使墊層料失去了其控制滲流的功能，進一步導(dǎo)致上游壩坡發(fā)生滲透破壞，面板、擠壓邊墻出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

(3)壩體內(nèi)部的積水不斷滲出，導(dǎo)致混凝土面板的施工無法正常進行，進而影響到基礎(chǔ)面的處理、止水安裝、混凝土澆筑質(zhì)量，倉面出現(xiàn)積水使混凝土塌落度發(fā)生變化，帶走了水泥漿，使砂石骨料分離，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)孔洞、蜂窩，大大影響了混凝土抗壓、抗?jié)B質(zhì)量。

(4)在上游黏土鋪蓋及蓋重未填筑之前，反向水壓力還有可能抬動擠壓邊墻、面板或破壞止水。一旦面板出現(xiàn)貫穿性的裂縫，將會形成一個滲水通道，庫區(qū)內(nèi)的水將直接滲入到壩體內(nèi)，進而破壞整個壩體的結(jié)構(gòu)，甚至威脅到大壩的安全運行。

5 針對擠壓邊墻滲水采取的處理措施

擠壓邊墻出現(xiàn)反向滲水、裂縫、鼓包破壞時，必須暫停、降低上游基坑積水的抽水速度(0.4～0.6 m/d)，減少壩體內(nèi)部水位與壩前基坑水位差的變化速度以降低反向滲水壓力。在抽水工作結(jié)束后，為防止擠壓邊墻裂縫再發(fā)育，在坡面滲水較大處的底部靠近趾板位置開挖6個50 cm深的集水井，由專人安排抽水，將滲水抽排到壩外。待滲水量減小、水位下降后開始修復(fù)滲水量比較小的邊墻裂縫、鼓包，然后處理滲水量較大的部位，埋設(shè)碎石盲溝，導(dǎo)流壩體內(nèi)的滲水，設(shè)置排水孔，修復(fù)邊墻。

5.1 擠壓邊墻的修復(fù)

對裂縫上下部位變形的、受沖刷破壞的擠壓邊墻采用風鎬鑿除，并采用鑿孔或鉆孔方式檢查墊層料、擠壓邊墻的脫空現(xiàn)象，同樣，對出現(xiàn)脫空部位的擠壓邊墻進行鑿除，然后采用人工夯實墊層料并及時澆筑原擠壓邊墻料(C5混凝土料)進行修補；無脫空現(xiàn)象時，對檢測鑿孔進行封堵，封堵采用M10砂漿封堵、抹平。

5.2 滲水處理措施

(1)土工布碎石盲溝的埋設(shè)。

為降低壩體內(nèi)部水位，降低反水壓力，防止水流帶走細顆粒填料，保證壩體的安全穩(wěn)定，確保面板的質(zhì)量安全，設(shè)置了縱橫碎石盲溝將滲水引排。首先，從10個滲水點開始沿壩面開挖溝槽設(shè)置縱向碎石盲溝將滲水引排到趾板周邊縫處；其次，在靠近趾板周邊縫部位設(shè)置橫向碎石盲溝將滲水匯集起來集中排除?？v向排水盲溝寬20 cm、深20 cm，由碎石(粒徑為20～40 mm)外包裹土工布組成，土工布之間搭接50 cm的長度以保證過濾效果。盲溝頂面澆筑10 cm厚C5混凝土，M5砂漿抹平以保證澆筑密實、表面平整，盲溝的埋設(shè)不能影響面板結(jié)構(gòu)。橫向碎石排水盲溝埋設(shè)在趾板周邊縫銅止水下部，寬40 cm、深40 cm，與集水井串通，與縱向盲溝交接連通。同樣，集水井采用砂卵石外包裹土工布回填。

(2)排水孔的設(shè)置。

壩面預(yù)埋排水盲溝后在趾板周邊縫集水井對應(yīng)的位置采用在趾板斜面?zhèn)辱徔椎姆绞綄B水排除壩外。為方便后期封堵，鉆孔采用向下傾斜孔，孔徑為110 mm。鑿孔高程必須保證施工不會破壞趾板銅止水且鑿孔孔口與集水井相連，確保積水順利排除。

(3)趾板排水孔的封堵。

面板澆筑完成、上游鋪蓋填筑時，在趾板反向排水鉆孔位置預(yù)留3 m左右的操作空間，待鉆孔兩側(cè)鋪蓋填筑完成對面板形成壓重、壩內(nèi)水壓不會抬動面板后對反向排水孔進行封堵，封堵密實后進行鉆孔附近鋪蓋的填筑。封堵措施為：

①加工直徑略小于110 cm、長40 cm的錐形木塞，用瀝青熱浸、利用SR塑性填料裹住木塞頭后打入排水孔以保證孔口不再外溢流水。木塞打入后，保持木塞尾端距離孔口留出50～70 cm，長度由預(yù)縮砂漿材料填充。

②用SR塑性填料充填孔口剩余段，在充填之前，先在預(yù)縮砂漿及孔壁上抹一層SR填料的底膠，填料要求分層壓實，在孔口壓實成微凸狀。

③采用氯丁橡膠片和30 cm×30 cm×1 cm厚的鋼板封口，利用膨脹螺栓固定。

④在排水孔周圍的趾板頭部澆筑1 m×1 m×0.3 m(長×寬×厚)的C25混凝土蓋板以保護鋼板封口，對混凝土結(jié)合面進行搓毛處理。

6 結(jié) 語

在主壩壩面出現(xiàn)反向滲水、導(dǎo)致擠壓邊墻出現(xiàn)裂縫、變形后采用以上處理措施引排滲水、修復(fù)擠壓邊墻，成功地排除了反向滲水對面板、壩體造成的威脅，排除了對面板混凝土澆筑質(zhì)量造成的危害，避免了壩體出現(xiàn)滲透破壞，使工程質(zhì)量得到了保證。