江坪河面板堆石壩面板加強(qiáng)防滲技術(shù)綜述

徐建華，張長(zhǎng)安，張 繁

(湖北能源集團(tuán)溇水水電有限公司，湖北 恩施 445801)

1 工程概況

江坪河水電站位于溇水干流上游河段湖北省鶴峰縣境內(nèi)。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼有防洪、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益。水庫(kù)正常蓄水位470 m，相應(yīng)庫(kù)容為12.56億m3，具有多年調(diào)節(jié)性能，電站總裝機(jī)容量為450 MW，屬一等大(1)型工程。樞紐主要建筑物包括大壩、左岸引水系統(tǒng)及壩后地面廠房、右岸1條泄洪放空洞及2條洞式溢洪道等。水庫(kù)校核洪水位475.14 m，設(shè)計(jì)洪水位471.9 m，死水位427 m，死庫(kù)容6.01億m3。

大壩為混凝土面板堆石均質(zhì)壩，筑壩材料主要為冰磧礫巖，壩頂高程476 m，壩頂寬10 m，長(zhǎng)414 m，最大壩高219 m，大壩上游坡比為1∶1.40，下游綜合坡比為1∶1.40，局部坡比1∶1.36。面板分三期進(jìn)行澆筑，分期高程分別為360、430、472 m，430 m高程設(shè)置1條永久水平縫，一、二期面板厚度t=0.3+0.003 6H，最大厚度1.1 m，三期采用等厚面板，厚0.559 m，一期面板采用C35W12F100混凝土，二、三期面板采用C30W12F100混凝土。量水堰布置于大壩下游壩坡上，采用面板封閉接量水堰形式，量水堰堰底高程296 m。泄洪放空洞平行于溢洪道布置，進(jìn)口底板高程370 m。2條洞式溢洪道溢流堰采用WES實(shí)用堰，堰頂高程448 m，出口采用挑流鼻坎挑流消能。引水系統(tǒng)采用一洞一機(jī)的引水方式，采用岸塔式進(jìn)水口，進(jìn)水口底板高程407.8 m。

工程于2008年12月大江截流，2010年9月大壩開(kāi)始填筑。2011年4月壩體填筑至375 m高程，填筑量約380萬(wàn)m3，填筑高度118 m，同年10月工程全面停工。2015年1月，工程更換項(xiàng)目業(yè)主，同年8月項(xiàng)目復(fù)工。

2 面板加強(qiáng)防滲的必要性

通過(guò)對(duì)復(fù)工前已填壩體質(zhì)量檢測(cè)，揭示其沉降量相比同類工程偏大，墊層料P5含量部分未達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，特殊墊層料P5含量多數(shù)未達(dá)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；原設(shè)計(jì)壩前鋪蓋自愈料與特殊墊層料和墊層料部分不滿足反濾準(zhǔn)則；受損破壞的周邊縫銅止水修復(fù)后仍存在局部滲漏的可能性；已澆筑的一期面板裂縫較多，與國(guó)內(nèi)外部分200 m級(jí)面板堆石壩相比，裂縫率相對(duì)較高且貫通性裂縫占比較高。江坪河混凝土面板堆石壩壩高219 m，居世界第三，壩址河谷狹窄、地形復(fù)雜，相應(yīng)壩體的應(yīng)力與變形也較為復(fù)雜[1-2]，一旦接縫止水發(fā)生破壞，面板發(fā)生貫穿性裂縫、結(jié)構(gòu)性裂縫、垂直縫擠壓破損，墊層細(xì)料偏少導(dǎo)致的滲流穩(wěn)定安全將會(huì)影響電站運(yùn)行安全[3]。

為此，在一期面板裂縫按設(shè)計(jì)要求處理后，采用無(wú)損檢測(cè)+局部鉆孔取芯檢測(cè)方式對(duì)一期面板進(jìn)行了全面質(zhì)量檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)成果進(jìn)行了一期面板安全性分析評(píng)價(jià)；對(duì)大壩自愈料、墊層料、過(guò)渡料、主堆料進(jìn)行了室內(nèi)滲透變形及反濾試驗(yàn)研究；對(duì)壩體開(kāi)展流變研究等研究分析工作[4- 6]。并由中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢有限公司組織專家對(duì)相關(guān)的各類分析研究成果進(jìn)行審查、評(píng)審，認(rèn)為對(duì)不具備檢修條件及檢修條件較差的430 m高程以下面板采取加強(qiáng)防滲措施是必要的。

根據(jù)評(píng)審意見(jiàn)設(shè)計(jì)單位提出了對(duì)一期面板及二期面板380～430 m高程表面涂刷高品質(zhì)水泥基滲透結(jié)晶材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理；382 m高程以下面板全面鋪設(shè)PVC防滲膜加強(qiáng)防滲；382 m高程以上周邊縫表面止水上部安裝不銹鋼鋼罩，內(nèi)部填充粉煤灰加強(qiáng)防滲措施。加強(qiáng)防滲設(shè)計(jì)方案通過(guò)了中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢有限公司組織的專家評(píng)審。

3 水泥基結(jié)晶涂料加強(qiáng)防滲

3.1 水泥基結(jié)晶涂料加強(qiáng)防滲設(shè)計(jì)

(1)水泥基結(jié)晶涂料涂刷范圍。一期面板表面及大壩430 m高程以下PVC防滲膜未覆蓋的面板混凝土表面。

(2)水泥基結(jié)晶涂料設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)。水泥基滲透結(jié)晶型涂料產(chǎn)品品質(zhì)滿足GB18445—2012《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》要求。水泥基結(jié)晶涂料須滿足的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)：涂料含水率≤1.5%；7 d 抗折強(qiáng)度≥2.8 MPa，28 d抗折強(qiáng)度≥3.5 MPa；7 d抗壓強(qiáng)度≥12.0 MPa，28d抗壓強(qiáng)度≥18.0 MPa；28 d濕基面粘結(jié)強(qiáng)度≥1.5 MPa。

(3)水泥基結(jié)晶涂料涂刷用量要求。涂刷厚度2 mm，單位面積用量≥1.5 kg/m2。

3.2 水泥基結(jié)晶涂料加強(qiáng)防滲施工

正式涂刷前，選取典型面板板塊開(kāi)展生產(chǎn)性試驗(yàn)，以確定滿足設(shè)計(jì)厚度的涂料配比、涂刷遍數(shù)、涂刷工藝及養(yǎng)護(hù)措施。根據(jù)試驗(yàn)成果編制施工作業(yè)指導(dǎo)書以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

涂刷施工流程如下：

(1)遵循快、好、省原則對(duì)所有需涂刷的面板劃區(qū)塊單元。

(2)對(duì)每一單元進(jìn)行基面清理。首先對(duì)已處理完的裂縫表面防滲膠帶和聚脲采取膠帶保護(hù)，然后用打磨機(jī)對(duì)面板基面進(jìn)行打磨、清理、清洗。

(3)對(duì)清理的基面進(jìn)行缺陷普查及缺陷處理。根據(jù)缺陷性態(tài)按照有關(guān)設(shè)計(jì)要求對(duì)缺陷處理，對(duì)缺陷處理完的基面組織隱蔽工程驗(yàn)收。

(4)涂刷水泥基滲透結(jié)晶涂料。使用半硬毛刷采用圓形涂刷方法(刷子以圓形運(yùn)動(dòng)軌跡涂刷)用力、均勻地將拌制好的涂料涂到待處理混凝土表面，直至滿足涂刷厚度或涂刷用量。

(5)保濕養(yǎng)護(hù)。待涂層達(dá)到足夠硬度后，表面覆蓋草簾、濕麻袋片，噴灑霧狀清水，保證涂層處于濕潤(rùn)狀態(tài)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)7 d左右。

4 PVC防滲膜加強(qiáng)防滲

4.1 PVC防滲膜加強(qiáng)防滲設(shè)計(jì)

4.1.1PVC防滲膜鋪設(shè)范圍、分區(qū)

382 m高程以下設(shè)置PVC防滲膜，382 m高程以上的周邊縫及面板垂直縫處PVC防滲膜延伸至385 m高程，防滲膜周邊鋪設(shè)至趾板。380 m高程以下，每塊面板獨(dú)立分區(qū)；380 m高程以下，周邊縫2.0 m范圍趾板作為一個(gè)獨(dú)立分區(qū)。

土工膜密封壓條、螺栓與面板止水系統(tǒng)共用。通過(guò)跨縫(板間縫、周邊縫)連接土工膜將鋪設(shè)于面板與趾板上的土工膜焊接成整體，所有土工膜最終形成整體密封系統(tǒng)。

4.1.2PVC防滲膜設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

使用的PVC防滲膜符合GB/T17688—1999《土工合成材料聚氯乙烯土工膜》、GB/T 17642—2008《土工合成材料非織造布復(fù)合土工膜》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。厚度為2.5 mm，復(fù)合土工織物500 g/m2。PVC防滲膜須滿足的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)：密度=1.25±10%(g/cm3)；拉伸強(qiáng)度(縱/橫)≥40 kN/m；斷裂伸長(zhǎng)率(縱/橫)≥(250/300)%；耐靜水壓力≥3 MPa；滲透系數(shù)≤10-12 cm/s；熱老化拉伸強(qiáng)度相對(duì)變化率(縱/橫)及斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)變化率(縱/橫)≤15%；撕裂強(qiáng)度(復(fù)合土工膜)(縱/橫)≥200 N/mm；脹破強(qiáng)度(復(fù)合土工膜)≥4.7 kN；刺破強(qiáng)度(復(fù)合土工膜)≥700 N。

表1 初期蓄水階段大壩滲壓計(jì)水位與壩前水位情況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) m

4.2 PVC防滲膜加強(qiáng)防滲施工

PVC防滲膜施工流程為：清基、消缺→鋪設(shè)→焊接→質(zhì)量檢查與驗(yàn)收→密封固定。

(1)清基、消缺。PVC防滲膜施工前，先對(duì)固定基面進(jìn)行清理、消缺處理(環(huán)氧砂漿找平，寬度200 mm)。

(2)鋪設(shè)。以面板為單位分區(qū)，從上往下鋪設(shè)，鋪設(shè)展開(kāi)后確定鋪設(shè)位置無(wú)誤，符合施工搭接，鋪設(shè)預(yù)留搭接寬度100 mm。

(3)焊接。PVC防滲膜之間大面搭接采用機(jī)具熱熔焊接，局部區(qū)域人工焊接。焊接機(jī)具采用廠家生產(chǎn)的自動(dòng)爬行熱合機(jī)，一般焊膜溫度為250～300 ℃，機(jī)具爬行速度控制在1～2 m/min。

(4)質(zhì)量檢查與驗(yàn)收。焊接完成后，先采用目測(cè)法檢查后，再采用充氣法進(jìn)行檢測(cè)，充氣檢測(cè)壓力控制在0.1～0.25 MPa，保壓1～5 min，壓力無(wú)下降，表明焊縫質(zhì)量合格。

(5)固定。以面板為分區(qū)，即在面板升縮縫兩邊進(jìn)行密封固定，大壩周邊壩趾進(jìn)行密封固定。大壩面板防滲膜鋪設(shè)至382 m高程處，即完成大面防滲膜鋪設(shè)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在382 m高程處往下安裝三道密封固定。

5 周邊縫自愈料鋼罩防滲

參考類似高面板壩工程經(jīng)驗(yàn)和第一階段安全蓄水鑒定意見(jiàn)，為進(jìn)一步提高周邊縫表面止水系統(tǒng)的可靠性，對(duì)面板382 m高程以上周邊縫及附近垂直縫(20 m)采用“不銹鋼罩+土工布+自愈料”結(jié)構(gòu)。不銹鋼罩為直徑1 m的半圓結(jié)構(gòu)，鋼材厚度1 mm，鋼板表面軋制間排距10 cm小孔(孔徑≤1 mm)以透水，內(nèi)襯土工膜(350 g/m2)。為便于現(xiàn)場(chǎng)施工，鋼罩每段長(zhǎng)度宜控制在4 m左右，段間采用搭接焊方式密封連接；每段鋼罩安裝牢固后，人工注入并夯實(shí)自愈料(II級(jí)粉煤灰)。

不銹鋼罩施工流程為：測(cè)量放點(diǎn)→基面清洗、找平→安裝不銹鋼罩→不銹鋼壓條固定→接縫部位焊接→二級(jí)粉煤灰填充壓實(shí)→不銹鋼罩?jǐn)嗝娣饪凇?/p>

6 初期蓄水壩體滲壓監(jiān)測(cè)分析

工程于2019年11月9日導(dǎo)流洞下閘，水庫(kù)進(jìn)入初期蓄水，截至2020年1月15日，庫(kù)水位上升至370 m高程(泄洪放空洞進(jìn)口底板高程)后，完成初期蓄水。根據(jù)下閘蓄水規(guī)劃，由于工程自身施工及生態(tài)供水需要，泄洪放空洞敞泄，庫(kù)水位基本保持在374 m高程左右。截至2020年3月底，壩基埋設(shè)的滲壓計(jì)(僅列代表性數(shù)據(jù))監(jiān)測(cè)的壩體內(nèi)水位、壩前水位情況見(jiàn)表1。

從表1可知，整體上壩前水平趾板處滲壓計(jì)P1-1和壩體基礎(chǔ)滲壓計(jì)P1-2～5的測(cè)值均較蓄水前都有所上升，測(cè)值變化范圍為6.44～62.25 m，最大測(cè)值發(fā)生在滲壓計(jì)P1-1處(壩前水平趾板處)；最小值發(fā)生在滲壓計(jì)P1-5處，對(duì)應(yīng)壩體內(nèi)水位280.45 m。壩后量水堰堰底高程296 m，目前量水堰無(wú)出水。另外，通過(guò)對(duì)左右岸灌漿平洞內(nèi)地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷，當(dāng)前庫(kù)水位下無(wú)繞壩滲流現(xiàn)象發(fā)生。

通過(guò)對(duì)初期蓄水階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，在當(dāng)前庫(kù)水位下，壩體內(nèi)水壓力(水位)無(wú)異常，符合面板壩壩體內(nèi)水壓力(水位)分布規(guī)律。

7 結(jié) 語(yǔ)

江坪河面板堆石壩地形條件復(fù)雜，建設(shè)歷程特殊，壩體墊層料P5含量偏低，周邊縫銅止水破壞嚴(yán)重，且一期面板相對(duì)同級(jí)同類壩裂縫較多。為提高面板防滲功能，確保大壩安全，對(duì)一定水頭下的面板分別采用了PVC加強(qiáng)防滲、水泥基結(jié)晶涂料防滲及周邊縫粉煤灰鋼罩防滲措施，經(jīng)初期蓄水檢驗(yàn)，初步判斷這些面板防滲加強(qiáng)措施是有效的。但PVC加強(qiáng)防滲屬首次在200 m級(jí)高面板壩中使用，還有待水庫(kù)長(zhǎng)期運(yùn)行的檢驗(yàn)。