楊房溝水電站拱壩9號橫縫二次張開原因及處理措施研究

王元鵬 劉濤

摘要：

為了研究楊房溝水電站拱壩橫縫灌漿后二次張開原因，采用應力狀態(tài)分析、溫度統(tǒng)計分析、施工干擾分析等方法，對拱壩橫縫接縫灌漿灌后二次張開較大的9號橫縫進行分析研究。并據此采取了科學合理的補灌處理方案。補灌后檢查孔鉆孔取芯、壓水試驗及鉆孔全景圖像檢測的結果表明：接縫灌漿質量良好，灌漿效果滿足設計及規(guī)范要求。

關鍵詞：

橫縫； 拱壩； 補充灌漿； 楊房溝水電站

中圖法分類號：TV642.4

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.008

文章編號：1006-0081（2023）S1-0026-04

1 工程概況

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內的雅礱江中游河段，是規(guī)劃中該河段的第6級水電站，上距孟底溝水電站37 km，下距卡拉水電站33 km。楊房溝水電站正常蓄水位2 094 m，水庫總庫容5.124 8億m3，調節(jié)庫容0.538 5億m3，電站裝機容量1 500 MW。水電站單獨運行時具有日調節(jié)性能，與中游河段龍頭梯級水庫兩河口水電站聯合運行時具有年調節(jié)性能。工程樞紐主要由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。水電站擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩高155 m，設置16條橫縫，分為16個灌漿層。2020年1月2日，發(fā)現9號橫縫1～3號灌區(qū)灌后出現不同程度張開。為確保拱壩安全運行，需對張開原因進行分析研究并采取相應處理措施。

2 橫縫二次張開情況檢查與分析

9號橫縫1～3號灌區(qū)的接縫灌漿分別在2019年8月21日、9月24日、11月23日完成。

2.1 檢查孔布置及成果分析

9號橫縫3個灌區(qū)分別布置6個檢查孔，共18個檢查孔，進行鉆孔取芯、全景圖像及壓水試驗，檢查橫縫二次張開情況。布孔原則為：灌區(qū)底部以上2 m靠近測縫計位置水平布置3個灌漿孔，灌區(qū)頂部以下2 m水平布置3個排氣孔，孔徑均為76 mm，開孔位置距離橫縫凈距大于80 cm，鉆孔之間凈距大于30 cm，鉆孔穿過橫縫面50 cm（沿鉆孔方向）。

鉆孔取芯芯樣顯示：各檢查孔橫縫面均有漿液結石填充，其中2～3號灌區(qū)除個別檢查孔芯樣結石填充未見飽滿、鉆孔全景圖像顯示縫面局部張開以外，大部分檢查孔芯樣結石與縫面膠結好，鉆孔全景圖像顯示縫面閉合，漿液結石填充飽滿、密實；1號灌區(qū)檢查孔芯樣結石與縫面兩側膠結好，鉆孔全景圖像顯示縫面閉合，漿液結石填充飽滿、密實。對18個檢查孔進行了壓水試驗，透水率均為0且與相鄰孔未串通。針對二次張開較大的1號灌區(qū)單獨布置1個騎縫孔進行檢查，孔徑168 mm，鉆孔穿過灌區(qū)上下層止?jié){片，芯樣顯示橫縫面水泥結石充填飽滿、密實。鉆孔取芯、鉆孔全景圖像及壓水試驗的結果表明：9號橫縫1號灌區(qū)未張開，2～3號灌區(qū)為局部張開，且局部張開的縫寬小于測縫計測值。

2.2 壩基變形、應力狀態(tài)分析

2.2.1 壩基多點位移計布置及數據分析

為監(jiān)測河床壩段壩基巖體的內部變形情況，在大壩8號、9號壩段壩基分別布置1套、2套四點式基巖位移計，鉆孔均豎直向下，錨頭深度（入基巖）均為6，16，27，40 m。

隨著大壩壩體澆筑高程升高、受壩體混凝土自重影響，8號、9號壩段壩基巖體壓縮變形逐漸增大，均呈現孔口壓縮變形較大，且基巖深度越大則壓縮變形量越小的分布規(guī)律，其中9號壩段壩基上游側（位移計1）基巖壓縮變形量明顯大于下游側（位移計2），孔口處壓縮變形量相差5.49 mm，差距較大。

截至2020年1月2日，8號壩段壩基中部1號位移計測點最大壓縮變形量為1.70 mm；9號壩段壩基上游側測點位移計1最大壓縮變形量為6.68 mm；壩基下游側測點位移計2最大壓縮變形量為1.20 mm（2019年12月6日在孔口位置測點所測數據），累計變形量為1.19 mm。各測點變形量平均變化速率為-0.002～0.010 mm/d，增速較小。拱壩8號、9號壩段壩基多點位移計監(jiān)測成果統(tǒng)計見表1。表1結果表明：總體上，各測點測值增加速率較穩(wěn)定，無明顯異常，對橫縫二次張開影響不大。

2.2.2 壩基測縫計布置及數據分析

為監(jiān)測河床壩段壩體混凝土與建基面之間的結合情況，在大壩8號、9號壩段壩基各分別布置3支測縫計，如表2所示，

拱壩8號、9號壩段壩體與建基面之間的上游側、中部和下游側接縫測點自始測后測值均為負值，即顯示接縫均處于閉合狀態(tài)。截至2020年1月2日，8號、9號壩基張開接縫各測點測值平均變化速率在0.010 7 mm/d以內。

此外，9號壩段壩基中部測點2的測值從2019年12月20日后出現一定增加，但仍為負值?？傮w上，各接縫測點測值變化無明顯異常，接縫狀態(tài)正常。9號壩段上游、中部及下游側的接縫測點測值較接近，對橫縫二次張開影響不大。

2.2.3 壩基壓應力計布置及數據分析

為監(jiān)測河床壩段壩體混凝土與建基面之間的壓應力情況，在大壩8號、9號和11號壩段壩基分別布置3支、3支、2支壓應力計。壓應力計與測縫計結合布置，兩者監(jiān)測成果可相互驗證并進行對比分析。如表3所示，

8號、9號、11號壩段壩基壓應力均處于受壓狀態(tài)，測值變化無明顯異常。8號壩段壩基上游側壓應力大于下游側，9號壩段壩基上游側與中部壓應力較接近且稍大于下游側，11號壩段壩基下游側壓應力大于上游側。各測點近30 d間的測值變化量為-0.32～0.31 MPa，平均變化速率為-0.008～0.008 MPa/d，量值較小，對橫縫二次張開影響不大。

3 橫縫開度影響因素分析研究

橫縫灌后二次張開原因復雜，以下主要從壩基變形及應力、溫度變化、施工活動、壩體自重等方面進行分析。

3.1 分析過程

3.1.1 無應力計測值分析

9號壩段高程1 950.0～1 980.0 m的無應力計測值（表4）顯示：截至2020年1月9日，除了Ndb9-1960-1測點測值為-122.41×10-6以外，其余測點實測累計微應變均為-44.57×10-6～-91.34×10-6，對橫縫二次張開影響不大。

3.1.2 氣溫分析

自2019年6月后，壩址氣溫逐漸降低，2019年12月初氣溫有一定降低，2019年11月平均氣溫為13.5 ℃，12月平均氣溫為8.7 ℃，比11月降低了4.8 ℃。因此，氣溫可能對橫縫二次張開有一定影響，但影響不大。

3.1.3 地溫分析

為監(jiān)測河床壩段壩基巖體內部溫度變化情況，在拱冠梁9號壩段基巖內，沿豎直向布置3支溫度計，入基巖深度分別為5，10，15 m。監(jiān)測結果顯示：拱壩9號壩段壩基淺層巖體溫度受外界氣溫影響，出現小幅周期變化，對橫縫二次張開影響不大。拱壩9號壩段壩基溫度計監(jiān)測成果統(tǒng)計見表5。

3.1.4 混凝土溫度分析

為監(jiān)測河床壩段壩體混凝土溫度變化情況，在大壩8，9，10，11號壩段沿不同高程的上游側、中部、下游側埋設溫度計。

如表6所示，受壩體混凝土水化熱釋放的影響，已灌區(qū)混凝土內部溫度已趨于穩(wěn)定?？傮w上，各測點溫度測值變化均較平穩(wěn)，無明顯異常，對橫縫二次張開影響不大。

3.1.5 橫縫溫度分析

2019年12月至2020年1月期間，橫縫處溫度測值緩慢降低，與外界氣溫相關性較好，可能對橫縫二次張開有一定影響，但影響不大。9號橫縫處2020年1月2日溫度監(jiān)測成果統(tǒng)計見表7。

3.1.6 施工影響分析

2019年12月6～14日進行8號壩段帷幕灌漿施工，2019年12月29日至2020年1月1日開展11號壩段接觸灌漿的灌漿施工。分析壓水、灌漿過程中壓力與流量數據均無異常變化；在擬灌區(qū)的灌前通水檢查、預灌性壓水試驗中，通過對擬灌區(qū)及已灌區(qū)測縫計實時監(jiān)測，未發(fā)現足以造成橫縫二次張開超過0.3 mm的情況，施工影響對橫縫二次張開影響不大。

3.1.7 施工期大壩應力分析

工況1：高程1 983.0 m以下已完成橫縫接縫灌漿。工況2：高程1 983.0 m以下未進行橫縫接縫灌漿。兩種工況下的高程1 947.0 m處壩基等效應力計算值見表8。工況2下的基巖部位等效應力計算值見表9。

9號壩段上、中、下游的壩基應力在2019年11月29日的實測值分別為0.76，0.92，0.30 MPa，在2019年12月14日的實測值分別為0.89，0.88，0.28 MPa，表現為上游壓應力大，下游則相對較小。實測值遠小于工況1計算值，說明拱壩受力并非懸臂梁單獨受力狀態(tài)。

3.1.8 施工期大壩位移分析

根據2020年12月底大壩澆筑及封拱灌漿施工面貌，進行三維有限元模擬計算，河床壩基的位移應力計算值統(tǒng)計見表10。

結合2.2.1節(jié)位移計監(jiān)測結果可知，實測值與計算值規(guī)律基本相符，量值差別不大。9號壩段1號位移計孔口壓縮變形量相對較大，可能與該部位巖體為Ⅲ1類且與測點上游側布置的集水井有關。

3.2 綜合分析

進入冬季尤其是12月后，9號橫縫可能受外界氣溫下降影響，混凝土收縮，進而導致橫縫局部張開；通過分析橫縫開度過程線與壩基帷幕灌漿、接觸灌漿施工的時間關系、灌漿部位，橫縫開度受灌漿施工干擾的可能性不大；通過壩基應力位移監(jiān)測及施工期大壩應力與位移計算可知：隨著大壩混凝土高度上升，壩基壓力逐漸增大，壩基巖體呈緩慢壓縮變形趨勢，且拱壩壩基存在重心靠上游側的偏心受壓狀態(tài)，導致上游變形略大于下游，因此可能導致橫縫灌漿后開度異常。

4 橫縫二次張開處理

4.1 處理措施

根據檢查孔鉆孔取芯、鉆孔全景圖像及壓水試驗成果，制定了橫縫補充灌漿處理方案，每個檢查孔均埋設雙管，即“一進一回（兼排水、排氣）”，采用環(huán)氧樹脂材料，按照11∶1的配比進行了補充灌漿，進漿壓力為0.2 MPa，排氣壓力為0.15 MPa。補充灌漿時，各孔均未串漿，各灌區(qū)回漿管返漿比重達到1.06 g/cm3，灌漿過程中2～3號灌區(qū)測縫計增開度測值均未超過0.1 mm，上下兩層灌區(qū)測縫計測值基本無變化，滿足設計要求。根據檢查孔鉆孔取芯、鉆孔全景圖像及壓水試驗成果，1號灌區(qū)未張開，因此檢查孔直接灌封處理，未進行補充灌漿。補灌灌區(qū)設計灌區(qū)面積平均值為268.93 m2，注入量換算面積平均值為16.52 m2，注入量換算面積占設計灌區(qū)面積平均值6.1%。

補灌后，張開度平均值為1.47 mm，注入量換算張開度平均值為0.07 mm，注入量換算張開度占補灌后張開度的4.8%。通過張開度及面積對比分析，橫縫二次張開應是局部張開。

4.2 處理結果分析與評價

通過4個檢查孔對2～3號灌區(qū)進行鉆孔取芯、壓水試驗及鉆孔全景圖像測試檢測，結果如下：

① 4個檢查孔縫內漿液充填飽滿、密實，結石厚度（孔向方向）最厚約1.5 mm。檢查孔芯樣整體效果較好，縫面水泥結石充填明顯且飽滿，漿液結石與混凝土膠結情況整體較好。檢查孔漿液結石無氣泡與脫空現象。② 鉆孔全景圖像成果顯示4個檢查孔縫面均閉合。③ 檢查孔孔底間距按照2 m布設，采用0.16 MPa壓力進行串通性壓水試驗，壓水流量均為0，檢查孔壓水相互不串通。綜上所述，接縫灌漿質量良好，灌漿效果滿足設計要求。

5 結 論

本文對楊房溝水電站拱壩壩基變形與應力、氣溫與混凝土溫度變化、帷幕灌漿、接縫灌漿、接觸灌漿、大壩位移等可能導致橫縫測值異常的相關原因進行了分析。結果表明：橫縫二次張開受壩基帷幕灌漿、接觸灌漿、接縫灌漿影響不大，溫度變化、自重、倒懸是橫縫二次張開的主要原因。施工中需嚴格控制大壩混凝土懸臂高度；加強冬季壩體保溫措施，減少外界溫度變化對橫縫的影響；大壩上游具備回填條件后應及時進行回填，以改善拱壩倒懸引起的壩基上游側偏心受壓狀態(tài)。