黃果樹電站首部大壩右岸滲漏處理工程綜述

李新華

（云南興電集團有限公司，云南 文山 663000）

1 黃果樹電站工程簡介

黃果樹電站位于云南省文山州富寧縣與麻栗坡縣交界的南利河下游河段，是南利河干流水能規(guī)劃中的第 3 個梯級電站[1]，地理坐標為東經 105°14′28″，北緯23°26′30″，電站距文山州府所在地文山市181 km，距昆明563 km。

電站開發(fā)方式為壩后式電站，主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、地面廠房及升壓站3 部分組成。水庫屬中型水庫，總庫容為 3197.70 萬 m3，有效庫容約 681.8 萬m3；大壩為埋石混凝土重力壩，壩頂高程700.56 m，壩頂長184.4 m，最大壩高為65.5 m，設有3 道底孔，兩道表孔[2]。電站總裝機容量為2×12.5 MW，設計引用流量為78.4 m3/s，最大水頭為48.11 m，額定水頭為38.5 m，最小水頭為34.60 m，年設計發(fā)電量為11 800 萬kW·h，年設計利用小時數為4916 h。

2 首部樞紐區(qū)地質構造

首部樞紐區(qū)位于普陽斷裂的南部，區(qū)域性田灣斷裂由樞紐區(qū)壩軸線右岸通過，后跨河經廠房左岸山坡延伸，是樞紐區(qū)的主要地質構造。區(qū)內呈東西向延伸向北東扭動，為壓性左行方式扭動斷裂，斷層面在壩址一帶傾向南至南西，傾角40°～50°。根據地表調查和鉆孔探測發(fā)現，區(qū)域斷裂（F25）由壩軸線右壩肩中部通過，斷層傾向山內，傾角40°～50°，斷層具壓扭性質，斷層破碎帶寬一般5～6 m（右壩肩處），見斷層泥和斷層角礫巖等，破碎帶具有向深部延伸、寬度逐漸變窄并尖滅的現象，影響深度在50 m 左右，斷裂影響帶兩側巖體較為破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育[3]。

首部樞紐區(qū)主要受普陽斷裂及田灣斷裂（F25）的控制、影響，巖層產狀各異，變化較大。左岸巖層產狀一般為 50°～100°∠5°～20°，近斷層帶巖層產狀為 110°～150°∠20°～40°。右岸泥質條帶灰?guī)r產狀一般為 150°～200°∠10°～35°，泥質粉砂巖產狀為 140°～160°∠25°～35°。區(qū)內巖層產狀的各異性，說明該區(qū)巖層具有隨斷裂構造的扭動而轉的趨勢，局部巖層具撓曲、柔皺[4]。據此，首部樞紐區(qū)為一順河短軸背斜，背斜貫穿壩軸線，與F25 斷層相交。受區(qū)內構造影響，地表巖石風化強烈、破碎、節(jié)理裂隙較為發(fā)育，裂隙面一般較為順直和波狀彎曲，傾角較陡，延伸長一般為5～10 m，裂隙間距一般為0.5～2.0 m，張開度一般為1～20 cm，為泥質、碎石充填型裂隙，隨深度加深，裂隙漸趨閉合。據統(tǒng)計，較發(fā)育的節(jié)理裂隙主要有：0°～55°∠66°～85°、210°～235°∠70°～87°、80°～100°∠70°～85°和 270°～330°∠48°～80°。

3 壩基巖體滲透性情況

壩基布置的6 個鉆孔資料顯示，壩基巖體滲漏主要存在于中等透水帶內，分布高程在631.89～687.09 m，兩岸地下水位埋深不一，高程在647.04～679.43 m，局部形成地下水凹槽，地下水位差異性大，表明壩區(qū)巖石透水性較強且存在不均勻性，壩基基礎和壩肩存在繞壩滲漏問題和滲漏變形問題[5]。

4 滲漏情況及影響

黃果樹電站2 號機組建成投產發(fā)電約1 個月后，電站水工值班人員在對大壩進行日常巡視檢查過程中發(fā)現大壩右岸樁號為0+102.00—0+153.10 大壩壩基及右岸下游山體靠近下游水面地段約20 m的范圍內出現局部滲漏情況，但滲漏量較小[6]。但在經歷了兩個主汛期之后，滲漏量逐步增大，特別是樁號為0+102.00—0+109.00 的壩基滲漏量增大較為明顯。根據施工隊伍的觀測資料，水庫在高水位運行時，最大滲漏水量約為2.0 m3/s。滲漏水量的增大不僅直接影響到大壩的安全穩(wěn)定運行，還造成了較大的發(fā)電量損失[7]。

5 滲漏產生的原因及方式

為了弄清楚滲漏產生的原因及方式，主要圍繞以下6 個方面來開展工作。

（1）通過詢問電站水工人員、運行人員等，得知滲漏過程中水質的變化過程是由清水→渾濁→比較渾濁→清水；水量變化過程則是由小→大→穩(wěn)定。

（2）查閱設計單位提供的設計成果資料、工程竣工資料、施工日志等。

（3）對滲漏情況進行實地調查了解。

（4）依據滲漏位置，在右岸壩頂及壩腳處布置勘探孔，并用丹紅進行聯(lián)通試驗；右岸壩頂處共布置勘探孔11 個，平均深度51 m，鉆孔底部高程平均在649.50 m 左右；右岸壩腳處共布置勘探孔14 個，平均深度24 m，鉆孔底部高程平均在646.50 m 左右；從鉆孔取樣的巖芯揭示的情況來看，鉆孔底部以下的巖層完整且無夾層。

（5）在適當時機降低水庫水位觀察滲漏情況。

（6）水庫水位降低時對近岸庫區(qū)進行檢查，重點檢查兩側邊坡上是否存在漏水點及水面上是否存在異常的旋渦等。

通過上述工作的開展，并結合所收集到的資料分析得知，本工程大壩右岸產生滲漏的原因主要是地基中留有未能發(fā)現和處理的隱患。水庫蓄水后在滲透水壓力的作用下，巖層中的泥夾層被破壞而引起滲漏，并且主要滲漏帶的寬度約為7 m。

混凝土壩按照滲漏發(fā)生部位的不同可分為壩體、壩基、接觸和繞壩滲漏等4 類。本工程通過相關工作的開展，并結合資料分析，初步得出大壩滲漏的方式為壩基滲漏及繞壩滲漏兩種，并且以壩基滲漏為主要方式[8]。

6 滲漏處理方式

依據大壩滲漏的方式，右岸滲漏處理工程主要解決壩基滲漏問題。處理方式主要以帷幕灌漿為主，固結灌漿為輔。根據鉆孔揭示的地質情況數據，對于原帷幕深度不夠或孔距過大而引起的滲漏，則加深原帷幕或加密鉆孔；對于夾層造成的滲漏，除在該處加深加厚原帷幕外，還需對夾層進行固結灌漿處理，帷幕灌漿與固結灌漿流程分別如圖1、圖2 所示。

圖1 帷幕灌漿流程

圖2 固結灌漿流程

7 灌漿材料的選擇

從前期收集的資料來看，當水庫水位降低到接近至668.00 m 高程（大壩泄洪沖砂閘底板高程，也是本工程水庫水位可降至的最低高程）左右時，右岸下游側邊坡上部分漏水點停止漏水，而大壩樁號為0+102.00—0+109.00 的壩段來水量雖然有所減少，但來水量依然較大。據查閱設計單位提供的資料，河道中原河床高程在650.00 m 左右，也就是說，當水庫水位降低至668.00 m 高程時，壩前水深還有約18 m深，這給大壩滲漏處理帶來極大的困難。

鑒于上述情況，從經濟性、可靠性、工期要求等方面綜合考慮，灌漿材料的選擇也需要根據不同的施灌情況選擇不同的材料，即在巖土、靜水中優(yōu)先選擇普通水泥作為灌漿主材料，而在動水中則選擇一種滿足施灌要求的化學材料作為灌漿主材料[8]。

結合本工程的地質情況，通過多方咨詢、了解及參照類似工程選用材料，最終選擇PM 聚氨酯為動水中灌漿的主材料，其材料性質如下。

（1）漿液以甲苯二異氰酸與三羥水溶性醚樹脂反應產生的端基為異氰酸根氨基甲酸酯預聚體、增塑劑、乳化劑、表面活性劑、稀釋劑和催化劑等。

（2）單液型注漿、漿液黏度低、可灌性好、親水性強，與水具有良好的混溶性，水既是稀釋劑又是固化劑，可在射流的情況下進行灌漿，漿液遇水后自然分散、乳化后立即進行聚合反應。發(fā)泡體積增大8～10倍，具有二次滲透、彈性止水和以水止水的雙重功能，能夠長期確保大壩具有良好的堵水性能。膠凝體抗?jié)B性好（固結體抗?jié)B性≥1.0 MPa）、強度高（固體抗壓強度≥7.28 MPa、與混凝土黏結強度≥1.10 MPa）、延伸率高、耐腐蝕、材料穩(wěn)定性好。

（3）可控制凝膠時間，發(fā)泡時間根據水溫和氣溫可控制在十幾秒至十幾分鐘，現場有需要可加少量催化劑。

8 灌漿施工

根據本工程地質情況及工程要求，在巖土、靜水、動水中的灌漿方法均采用全孔一次灌漿法。在每一個灌漿孔的施灌過程中，施工單位均嚴格按照合同文件技術條款的要求或現行規(guī)范的相關要求進行，確保每一個灌漿孔的灌漿質量，這為解決右岸壩基滲漏問題打下了堅實的基礎[9]。

施工過程中，大壩樁號為0+102.00—0+109.00壩段的壩基滲漏比較集中且水量較大。為了保留住灌漿用的化學材料，經過技術人員的充分討論及多次試驗，采用以下3 條措施合理解決此問題。

（1）每一個灌漿孔在灌漿前均用丹紅多次做聯(lián)通試驗，摸清灌漿孔與出水點之間的關系，同時記錄好從投放丹紅開始到出水點水質顏色變化所需要的時間，作為控制化學灌漿材料凝膠時間的依據。

（2）對滲漏比較集中且水量大的地帶，圍繞出水點周圍做混凝土護壁，并根據出水點位置安裝帶閥門的排水管；上述工作完成后再澆筑混凝土壓蓋，確保滲漏水絕大部分均從排水管排出。

（3）當聚合反應后的化學灌漿材料出現在排水管出口時，逐漸關閉閥門，以確?；瘜W材料能夠留在滲漏通道內從而實現止水。

水庫右岸668.00 m 高程以下漏水點采用化學材料堵住后，為確保壩基的完整性及減小壩基上游側的滲透性，又在壩頂上按1.5 m 的間距布置了梅花形灌漿孔，然后根據地質情況的不同選擇固結灌漿或帷幕灌漿，以達到減小滲透性和保證壩基完整性的要求。

9 滲漏處理效果及對發(fā)電量的影響

右岸滲漏處理施工結束后，通過大壩運行多年的檢驗及2016 年2 月抽水后對下游水下壩基的檢查，證明滲漏處理是有效的，其主要表現在以下4 個方面。

（1）通過每年的運行檢查記錄可知，大壩在不同工作狀態(tài)下下游側邊坡及壩基處沒有新增的漏水點，漏水量、水質等沒有明顯的變化；觀測資料顯示，水庫在高水位運行時，最大滲漏水量約為0.09 m3/s。

（2）大壩觀測數據顯示，大壩在不同工作狀態(tài)下的變形均在規(guī)定的范圍內，揚壓力也沒有明顯的變化。

（3）2016 年2 月下游側水下壩基檢查數據顯示，大壩下游側壩基是完整、穩(wěn)定的，不存在滲透破壞及沖刷破壞的情況；同時滲流量也是穩(wěn)定的，無明顯的變化。

右岸滲漏未處理好之前，對電站發(fā)電量的影響比較大，原因主要有兩點：①由于大壩基礎存在薄弱環(huán)節(jié)，導致水庫水位經常處于低水位運行；②由于存在較大的滲漏量，當上游來水量小于發(fā)電引用流量及滲漏量之和時，將導致發(fā)電量減少[10]。右岸滲漏處理完成后，在無特殊的情況下，水庫水位均在正常水位運行（本站水庫調洪演算的起調水位為正常蓄水位），同時全年可用于發(fā)電的水量也比以前大幅增加。從統(tǒng)計的年發(fā)電量數據來看，在上游來水量正常的年份，滲漏處理前與滲漏處理后對發(fā)電量的影響為設計年發(fā)電量的1/3 左右。

（4）總的來說，通過水電站滲漏處理可獲得以下效果：①有效提高電站運行安全。通過滲漏處理解決了電站運行中的安全問題，從電站運行人員的角度來看，有效改善了其工作條件，減少安全事故。②有效提高電站經濟效益。通過滲漏處理有效提高了電站發(fā)電量，提高了機組運行效率，實現了發(fā)電經濟收入的增加；在保證電站清潔高效的同時提高了經濟效益。③有效改善生態(tài)環(huán)境。水資源是一種清潔的可再生能源，通過滲漏處理增加了電站的發(fā)電量，則表明水資源利用率有所提升，并有效改善了能源的分配結構，對于生態(tài)環(huán)境而言有著長遠的益處，同時兼顧了經濟效益與生態(tài)環(huán)境保護[11]。

水資源是一種清潔的可再生能源，發(fā)電站將水能轉化為電能不僅不會浪費水資源，而且還能夠節(jié)省更多的生產成本，減少煤炭、礦石等不可再生資源的使用，對于環(huán)境保護來說具有頗多益處。因此，水電站在增效擴容改造后能夠進一步提升水資源的利用率，增加電量輸出，改善能源的分配結構，減輕水電站開發(fā)對于生態(tài)環(huán)境的破壞程度。增效擴容改造是建立在不破壞生態(tài)環(huán)境的基礎上進行的，只有這樣才能對生態(tài)環(huán)境有長遠的益處，能夠同時兼顧經濟效益與生態(tài)環(huán)境保護。

10 結語

黃果樹電站首部大壩右岸滲漏處理工程從2008年11 月開始準備至2010 年1 月施工結束，歷時15 個月。右岸壩基滲漏問題能按計劃成功解決，不僅與基礎資料的收集整理、合理的施工方案以及合理選用的灌漿材料有關，也離不開施工單位與業(yè)主方的通力合作。另外，解決了壩基的滲漏問題，不僅為大壩的安全穩(wěn)定運行提供了有力保證，還通過發(fā)電量的提升實現了電站經濟效益的提升。