某高拱壩異常滲漏部位檢測及工程處理

劉 慧

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 工程概況

某水電站樞紐為一等大(1)型工程，總裝機容量為240MW，水庫總庫容為12.17億m3，正常蓄水位為872.00m，是一座以發(fā)電、防洪為主，兼顧灌溉的水利樞紐工程。工程主要由混凝土雙曲拱壩、引水系統(tǒng)及地面廠房組成?；炷岭p曲拱壩最大壩高為110m，壩頂中心線弧長472.00m，從右至左一共分為26個壩段，拱冠梁壩底寬23.01m，厚高比為0.21，河床壩段布置3個泄洪表孔，河床表孔中墩部位布置2個放水深孔。引水系統(tǒng)布置在左岸山體內(nèi)，地面廠房位于大壩下游左岸，距壩軸線約170m。工程于2008年2月8日實現(xiàn)截流，同年9月河床壩段混凝土開始澆筑，2010年7月壩體混凝土全部澆筑完成，2010年4月導流洞下閘，水庫正式蓄水，2010年6—10月3臺機組相繼投產(chǎn)發(fā)電。

2 工程處理前壩體滲漏異常情況

2.1 大壩滲流量監(jiān)測布置

為觀測大壩總滲流量變化情況，在基礎廊道2個集水井內(nèi)分別設置1臺流量儀，定時自動采集大壩滲流量數(shù)據(jù)。

2.2 大壩滲流量監(jiān)測資料分析

水庫于2010年4月開始蓄水，2012年至今上游水位基本在死水位到正常蓄水位之間運行，未發(fā)生過超高水位或超低水位運行工況。從2013年開始，大壩總滲流量與上游水位之間存在明顯的相關性，基本呈線性正相關。2013年汛期，上游水位上升約29m，大壩總滲流量增加了約15L/s，汛后上游水位位于死水位左右時，大壩總滲流量仍有15L/s，相比于同類工程而言，該拱壩滲流量明顯偏大，可見在運行初期大壩壩體或壩基就存在一定的滲漏通道。2013—2019年，每年汛期高水位時，大壩總滲流量從30L/s逐漸增大到74L/s，滲流量已遠超正常范圍；死水位時，大壩總滲流量也從15L/s逐漸增大到30L/s。圖1為不同時間段大壩總滲流量與上游水位過程線，由此可見，大壩滲流量與上游水位基本成線性關系，2019年大壩滲流量隨上游水位增長的速率明顯大于2014年。壩體在死水位上下均存在著一定的滲漏通道，且這些滲漏通道隨著運行時間的增長而逐漸增大，對工程的安全運行不利。

圖1 大壩總滲流量與上游水位過程線

2.3 現(xiàn)場檢查情況

2020年5月，上游水位為845.43m，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，大壩842m高程處廊道內(nèi)環(huán)境總體較好，壩體滲水很小。803m高程處廊道內(nèi)壩體滲水量較大，這主要來自右岸約5～10個壩體排水孔的排水，其中比較突出的有2個排水孔，分別位于9#和10#壩段，這2個出水孔均位于橫縫附近的第一個排水孔；壩基灌漿廊道有上層803m高程處廊道滲水的匯入，廊道環(huán)境較為潮濕，但該廊道的壩體排水孔和壩基排水孔出水均不明顯，析出物較少，壩基未見較大的集中滲漏點。

3 壩體滲漏異常原因分析及示蹤檢查

3.1 壩體滲漏異常原因分析

電站運行初期，死水位時的大壩滲流量就達到15L/s，表明在死水位845.00m以下存在一定的滲漏通道。由圖1可以看出，2014年和2019年在上游水位從死水位上升至正常蓄水位的過程中，滲流量與上游水位基本成線性關系，說明842m高程以上沒有新增的明顯滲漏通道，滲漏通道主要集中在842m高程以下，這與現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的803m高程處廊道滲漏明顯，其余廊道滲漏較小的現(xiàn)象基本吻合。由此可以推測，壩體滲流量偏大的原因是大壩803～842m高程部分壩段存在缺陷，運行初期就存在一定的滲漏通道，隨著運行時間的增長，混凝土在水流的作用下逐漸被沖蝕，滲漏通道逐漸增大，其中9#和10#壩段尤為突出。

3.2 示蹤檢測

大壩滲漏點主要集中大壩803～842m高程處，采用溫度示蹤、水化學示蹤、水動力測試和連通試驗等探測方法綜合判定滲漏點的位置。

依據(jù)靜止庫水水體相同高程上溫度相同、滲水點附近一定存在溫度異常的特點[1]，2019年3月4日(上游水位為866.66m)通過觀測不同壩段、不同高程的庫水溫分析庫水溫分布情況，得到5個溫度異常點，分別位于8#和9#壩段分縫處840～842m高程、10#壩段835～838m高程、12#壩段828～832m高程、16#壩段832m高程、17#壩段826～829m高程，這五個點正好位于803～842m高程。

對各層廊道內(nèi)典型部位排水的電導率和pH值進行測定，結(jié)果見表1，由表1可見，803m高程廊道滲水的電導率小于基礎廊道排水孔的電導率，這說明了803m高程廊道滲水的滲徑短，主要來源于庫水通過壩體的直接滲漏；基礎廊道排水孔的滲徑長，主要來自庫水沿壩基防滲帷幕的滲漏[2- 3]。803m高程廊道滲水的pH值也明顯小于其他部位滲水的pH值，pH值的大小與庫水的滲透路徑、水的流動性等有關，庫水直接透過壩體并一直處于流動狀態(tài)，其pH值普遍較小，接近庫水的pH值；庫水通過壩基防滲帷幕過來的滲水，或庫水透過壩體進入排水孔后不再流動的水，其pH值一般較大[4]?？傮w來看，大壩滲流量主要集中在803～842m高程，壩基未發(fā)現(xiàn)有集中滲漏通道，壩基帷幕的防滲性能較好。

表1 不同高程典型部位排水的電導率和pH值測定表

根據(jù)庫水溫、電導率和pH值的測定成果，大壩上游面主要存在5個疑似滲水點，分別位于8#和9#壩段分縫處840～842m高程、10#壩段835～838m高程、12#壩段831～832m高程、16#壩段832m高程、17#壩段826～829m高程。為進一步驗證這5個滲水點位置的可靠性，進行5組連通試驗，示蹤劑為食鹽，采用定深度投源技術，將10kg食鹽溶解后準確投放到842m高程的水中。投放過程大約持續(xù)20min，當食鹽示蹤劑投放將近一半時，開始在803m高程廊道中對主要漏水點連續(xù)采集水樣并進行電導率觀測。通過觀測可知，食鹽投放后，疑似滲水壩段排水的電導率明顯升高，周邊部位排水的電導率也有一定的波動，表明這5處滲水點處的排水與投源點之間存在水力聯(lián)系，進一步驗證了滲水點的位置[5]。

4 工程處理及效果分析

4.1 滲漏點復核與定位

由于庫水溫、電導率和pH值的測定成果僅能推斷滲漏點的大概位置，且存在誤判的可能性，因此，為了確保滲漏處理的有效性和經(jīng)濟性，需對滲漏點的具體位置進行核實與準確定位，并固定參照物獲取影像資料，測量滲漏點的尺寸。滲漏點的核實采用潛水員水下噴墨檢測的方式[6]，滲漏點的影像數(shù)據(jù)采用水下固定參照物，利用高清晰度水下彩色錄像設備進行采集，滲漏點尺寸的測定通過塞尺法測量縫寬、皮尺或鋼卷尺測量縫長，滲漏點位置的確定采用隨身攜帶的測深表測量水深和滲漏部位距離大壩中心線的距離。

通過對5處疑似滲水點進行復核，發(fā)現(xiàn)10#壩段在830m高程附近存在明顯滲漏，在830.4m高程中心線左側(cè)4.5m處有明顯滲漏，裂縫長2.8m；在830m高程中心線左側(cè)3m處有明顯滲漏，裂縫長5.8m；在829.4m高程層間縫附近有明顯滲漏，裂縫長10.8m；具體位置如圖2所示。10#壩段實際滲漏位置在高程上與10#壩段疑似滲水點相差了5～8m，其余疑似滲水點處均未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏或局部擴大滲漏點。另外，在9#壩段816、832、835m高程，10#壩段808、813.7m高程，13#壩段837、839m高程，14#壩段841m高程處均發(fā)現(xiàn)有一定的滲漏現(xiàn)象。由此可推測，大壩右岸803m廊道約有5～10個壩體排水孔出水量比較大，滲水入口主要來源于以上滲漏點，其中10#壩段上游壩面已形成空腔，滲漏通道較大，可能在壩體內(nèi)部分叉后通向不同排水孔。

圖2 10#壩段830m高程滲漏部位平面示意圖

4.2 工程處理措施

根據(jù)水下檢查成果，壩體表面滲漏點主要集中在10#壩段830m高程，9#壩段816、832、835m高程，10#壩段808、813.7m高程，13#壩段837、839m高程，14#壩段841m高程處也有一定的滲漏現(xiàn)象，采用水下化學灌漿的方式對上述壩體滲漏點進行封堵處理。

(1)滲漏點清洗

潛水員下水對滲漏部位表面覆蓋物進行擴大清理，探明缺陷部位的現(xiàn)狀，包括位置、尺寸、邊界、方量等信息，采用鋼絲刷或液壓旋轉(zhuǎn)動力刷對整個縫面和局部滲漏點及兩側(cè)混凝土表面再次進行打磨清洗，徹底清除滲漏裂縫或局部滲漏點及兩側(cè)混凝土表面的附著物和松散層，寬度為滲漏裂縫或局部滲漏點兩側(cè)各約50cm[7]。

(2)水下切槽及鑿除

騎縫切“V”形或“U”形槽，分別在滲漏裂縫或局部滲漏點兩側(cè)開始切槽，槽寬約2cm、深3cm，切槽須跨縫準確，并采用液壓設備鑿除“V”形或“U”形槽內(nèi)的混凝土。

(3)鉆灌漿孔

沿水平層間縫采用液壓鉆在水平滲漏裂縫或局部滲漏點上下兩側(cè)約20cm處交錯鉆斜孔，斜孔與上游壩面呈45°角，孔距間隔100cm左右，孔徑為14mm，深約35cm。

(4)埋灌漿管

鉆孔完成后采用水下密封劑封孔，灌漿管孔徑為14mm，管長50cm，埋深10～20cm，待各穿縫灌漿管埋設完成后，均對各孔進行逐一編號，按穿縫孔分別編號，每條滲漏裂縫或局部滲漏點均各自編號，同一條滲漏裂縫或局部滲漏點穿縫孔均自滲漏裂縫或局部滲漏點的一端依次向另一端進行編號。

(5)嵌壓塑性止水材料

沿開槽切縫嵌壓塑性止水材料，止水材料尺寸為2cm×3cm，沿槽將塑性止水材料嵌入并鋪平壓實。

(6)封縫

縫面采用水下密封劑封閉，岸上輔助人員拌和形成水下快速密封劑，按水下實際滲漏裂縫或局部滲漏點切槽的情況，先在壓板上鋪成條狀或塊狀，包上塑料布，扎好后吊放到水下施工部位，大約在凝固前5min由潛水員將其坎入滲漏裂縫或局部滲漏點中進行塞壓，然后去掉壓板，隔著塑料布繼續(xù)壓實，并將周邊抹平，直到凝固為止[8]。封縫完成后，可采用連續(xù)噴墨的方式檢查水下封縫質(zhì)量，若噴墨檢查發(fā)現(xiàn)有吸入，則鑿除該段，重新按上述工藝施工。

(7)灌漿

灌漿材料選用水下專用LW- 4聚氨脂灌漿材料與環(huán)保型水下環(huán)氧化學灌漿材料?；瘜W灌漿遵循從底部向頂部逐進行，采取錯孔灌漿，灌漿孔間距控制在100cm，灌漿壓力控制在0.5MPa左右，由小至大分級升壓，灌漿分為一序孔和二序孔，采取并灌的方式。

(8)拆除灌漿管

待漿液固化后，潛水員拆除灌漿管，采用水下密封劑封堵灌漿管孔口。

(9)粘貼防滲保護材料

分段粘貼寬度不大于50cm的防滲保護材料，相鄰防滲保護材料搭接長度為10cm；用3～5mm厚的不銹鋼壓條對防滲保護材料進行壓邊固定，并采用水下射釘槍或水下鉆孔固定不銹鋼壓條，壓條按照50～70cm間距打孔。

(10)噴墨檢查

防滲蓋片固定后，對防滲保護材料周邊進行系統(tǒng)的噴墨檢查，潛水員近觀目視，并對噴墨進行全程水下攝像。

4.3 處理效果分析

壩體滲漏點灌漿處理工程從2020年5月31日開始，6月26日結(jié)束，均在水下完成，施工期間上游水位接近死水位845.00m。圖3為滲漏處理后大壩總滲流量測值過程線，由圖3可見，施工期間上游水位變化不大，但大壩滲流量減小明顯，待汛期上游水位上升至正常蓄水位時，大壩總滲流量有一定的增大，但增量較小，2021年上游水位再次上升到正常蓄水位時，大壩總滲流量與2020年相當，未出現(xiàn)滲流量增大的現(xiàn)象。圖4為不同時間段大壩總滲流量與上游水位相關圖，由圖4可見，壩體滲漏處理后，大壩總滲流量隨上游水位的增長速率明顯減小，可見壩體滲漏封堵處理效果明顯。目前上游高水位情況下，大壩總滲流量最大值為8.04L/s，與國內(nèi)同類工程相比略偏大，但處于可控范圍以內(nèi)。

圖3 大壩總滲流量測值過程線(滲漏處理后)

圖4 不同時間段大壩總滲流量與上游水位相關圖

5 結(jié)語

(1)庫水溫、電導率和pH值的測定成果以及滲流量監(jiān)測成果均可以用于推斷滲漏點的大概位置，為水下噴墨檢測提供指導，縮小水下檢測范圍，降低成本，提高效率和準確性。

(2)滲漏量偏大的主要原因是803～842m高程壩體局部存在缺陷，運行過程中混凝土在水流的作用下逐漸沖蝕，滲漏通道增大，導致滲流量不斷增大，遠高于同類工程。

(3)拱壩壩體滲流量偏大會降低混凝土的耐久性，影響工程的安全運行，以現(xiàn)有的水下灌漿技術可以實現(xiàn)良好的水下封堵效果。

(4)本工程經(jīng)過壩體滲漏封堵后，大壩總滲流量明顯降低，量值處于可控范圍內(nèi)，但仍與上游水位存在一定的相關性，后期應繼續(xù)加強監(jiān)測。