混凝土面板堆石壩面板抬動(dòng)及修復(fù)處理分析

摘要：某抽水蓄能電站下庫(kù)面板在施工期遭受極端暴雨天氣，導(dǎo)致面板出現(xiàn)抬動(dòng)和集中裂縫區(qū)域，檢查面板水毀情況，分析其主要成因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件和情況，確定了相關(guān)的面板修復(fù)措施，面板經(jīng)過處理后變形及滲流穩(wěn)定，有效的處理措施和注意事項(xiàng)可供同類工程借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土面板堆石壩;變形；裂縫；灌漿

中圖分類號(hào)：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）11-0079-03

Analysis of Panel Lifting and Repair Treatment of Concrete Face Rockfill Dam

ZHANG Jinlai， CHEN Dongrui

（Beijing Corp.， Ltd. of China Water Resources amp; Hydropower Construction Engineering Consulting， Beijing 100024， China）

Abstract： The panel of the lower reservoir of a pumped storage power station was subjected to extreme rainstorm weather during the construction period， which led to the panel lifting and concentrated crack area. Check the panel water damage， analyze its main causes， and determine the relevant panel repair measures in combination with the actual geological conditions and conditions on the site. The panel deformation and seepage stability after treatment， and effective treatment measures and precautions can be used for reference by similar projects.

Keywords： concrete face rockfill dam; deformation; cracks; grouting

混凝土面板堆石壩作為水利工程中一種重要的壩型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、造價(jià)低廉、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。然而，混凝土面板堆石壩在運(yùn)行過程中面臨著多種潛在的風(fēng)險(xiǎn)。面板抬動(dòng)和集中裂縫區(qū)域便是其常見的破壞形式，不僅影響大壩的整體穩(wěn)定性，還可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)滲漏、鋼筋銹蝕，嚴(yán)重威脅大壩的安全運(yùn)行。該研究初步分析混凝土面板堆石壩面板抬動(dòng)的原因，并詳細(xì)介紹面板修復(fù)處理的措施。

1 工程概況

某抽水蓄能電站地處河南省南召縣馬市坪鄉(xiāng)境內(nèi)，電站規(guī)劃總裝機(jī)容量為1 200 MW，安裝4臺(tái)300 MW混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，水電站額定水頭為510 m。下水庫(kù)位于倉(cāng)房莊村，駱駝?lì)^峽谷出口處，大壩最大壩高為100.9 m，壩軸線長(zhǎng)為288.6 m，壩頂寬度為10 m。下水庫(kù)正常蓄水位為537.5 m，死水位為510 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容為1 203萬(wàn)m3，總庫(kù)容為1 634萬(wàn)m3。

下庫(kù)混凝土面板堆石壩壩頂高程為540.9 m，底部設(shè)計(jì)高程為440 m。上游壩面設(shè)計(jì)坡比為1.0∶1.4，混凝土面板共24塊面板。面板混凝土分兩期施工，一期、二期面板相連接的水平縫按施工縫處理，面板不設(shè)永久水平縫。混凝土面板堆石壩上游壩面采用翻模固坡砂漿施工，為減少翻模固坡對(duì)面板的約束，面板混凝土澆筑前，在翻模固坡砂漿表面噴涂陽(yáng)離子乳化瀝青“兩油兩砂”。大壩水平趾板部位設(shè)置反向排水花管，用于排出施工期壩體內(nèi)的水，在管口設(shè)置逆止閥，在壩前蓋重回填前向上牽引，保證壩內(nèi)排水，最終采用砂漿進(jìn)行全管封堵[1-2]。

2 面板抬動(dòng)情況及原因分析

2.1 面板抬動(dòng)破壞基本情況

下水庫(kù)大壩面板混凝土于2021年5月15日完成澆筑后，經(jīng)過面板基層聯(lián)合檢查，面板在高程464 m以下未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，開始啟動(dòng)大壩表層止水施工，2021年9月24日表層止水施工至高程472 m時(shí)，水電站所在區(qū)域發(fā)生極端暴雨天氣，短時(shí)間降雨量超過歷史極值，且河道上游出現(xiàn)暴雨天氣，導(dǎo)致短時(shí)間河道洪峰突至，河道洪水夾雜泥沙翻涌至壩前基坑，壩前水位上漲，高程為495.4 m，泥沙淤積高程約16 m，

壩基埋設(shè)的滲壓計(jì)顯示壩內(nèi)水位高程為467.7 m。此后在恢復(fù)基坑抽排水工作時(shí)，為防止反向水壓力破壞面板，控制壩體內(nèi)外水壓差不大于1.5 m，由監(jiān)測(cè)單位按照每日2次頻率進(jìn)行觀測(cè)，過程控制監(jiān)測(cè)良好。

2021年12月15日壩前水位降排至高程458.8 m時(shí)（此時(shí)壩內(nèi)水位高程為460.3 m），巡查發(fā)現(xiàn)左MB4面板周邊縫存在成股出水現(xiàn)象，經(jīng)測(cè)量觀測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘查，高程為463 m至水面高程區(qū)域內(nèi)面板混凝土出現(xiàn)抬動(dòng)，法向抬動(dòng)值在2～10 cm，具體對(duì)比數(shù)據(jù)如圖1所示，且部分周邊縫及垂直縫部位出現(xiàn)面板混凝土擠壓破壞的情況。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看確認(rèn)，后續(xù)采用在面板垂直方向間隔1 m，水平方向交錯(cuò)布置3列的面板開孔方式排水，盡量減少對(duì)面板結(jié)構(gòu)的破壞，以快速降低壩體內(nèi)水位，控制壩內(nèi)外水壓差。該方法成效顯著，壩內(nèi)外水位差得到較好的控制，基坑積水抽排按期完成。在基坑淤泥清理時(shí)，考慮到基坑淤泥含水豐富，采用索鏟抓取的方式進(jìn)行清淤，挖掘機(jī)配合出渣車輛進(jìn)行外運(yùn)，此清理方式整體進(jìn)展可靠?；忧謇硗瓿珊螅瑢?duì)面板各區(qū)域進(jìn)行了聯(lián)合檢查，發(fā)現(xiàn)面板混凝土產(chǎn)生的主要破壞現(xiàn)象如下：面板抬動(dòng)且在面板開孔降水后有明顯的回落，垂直縫與周邊縫局部擠壓破壞，在淤泥層附近以上10 m范圍的面板混凝土出現(xiàn)大量橫向裂縫。

2.2 面板破壞原因分析

在壩前基坑抽排水過程中，根據(jù)壩外觀測(cè)水位和壩基內(nèi)埋設(shè)的滲壓計(jì)讀取水位調(diào)整抽水泵投入數(shù)量，控制壩體內(nèi)外水位差未超過1.5 m，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，控制過程均滿足要求，面板破壞情況說明面板實(shí)際內(nèi)水壓力超過壩基滲壓計(jì)數(shù)值。在面板開孔排水過程中，均在剛穿透面板混凝土且未打透翻模固坡砂漿層時(shí)，孔內(nèi)即開始大量出水，出水澄清，未夾雜細(xì)顆粒料，且在高程為458.6 m開的第一個(gè)排水孔，連續(xù)排水3 d后才停止出水。經(jīng)分析，面板混凝土施工完成后，大壩填筑料經(jīng)過降雨浸水，壩體發(fā)生一定的沉降變形，相對(duì)散粒體的堆石而言，混凝土面板是一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)物，面板與堆石體是一種非線性接觸關(guān)系，二者之間的變形屬于非連續(xù)變形，由于混凝土材料與堆石材料性質(zhì)相差懸殊，其接觸面會(huì)出現(xiàn)局部錯(cuò)動(dòng)與縫隙。墊層料是過渡區(qū)保護(hù)下的第二道防滲線，在基坑積水時(shí)因表層止水未施工完成，水通過垂直縫、周邊縫缺陷部位及面板混凝土裂縫滲漏進(jìn)入壩體內(nèi)部，在壩體內(nèi)形成了向下游遞減的滲流曲線，在面板混凝土與翻模固坡砂漿之間形成夾層水。其初始水位基本與壩前基坑水位持平，遠(yuǎn)高于壩內(nèi)堆石體水位，在基坑抽排水過程中，夾層水因壩體反向滲流及向基坑排水通道有限或阻塞，水位下降速度小于基坑內(nèi)抽排水速度，其水位逐漸高于壩前基坑水位，形成較大反向水壓力，導(dǎo)致面板抬動(dòng)[3-4]。

另一方面，面板混凝土底部被基坑淤泥層約束，形成翹板，從而導(dǎo)致面板中部混凝土受拉應(yīng)力，隨著面板開孔排出夾層水，面板混凝土又出現(xiàn)回落，因此面板混凝土變形區(qū)域出現(xiàn)大量橫向短板裂縫。面板周邊垂直縫與周邊縫出現(xiàn)局部擠壓破壞，其部分原因是面板混凝土施工過程中止水V形槽局部施工尺寸較小，三元乙丙橡膠板未完全將周邊縫面兩側(cè)混凝土隔開，其頂部局部存在硬接觸，面板變形過程中兩側(cè)混凝土產(chǎn)生了擠壓，導(dǎo)致表面混凝土脫落[5]。

3 面板修復(fù)處理措施

現(xiàn)場(chǎng)開展面板開孔降水、面板混凝土下部超聲波脫空檢查、左MB4面板開窗檢查以及左MB3面板裂縫鉆孔取芯驗(yàn)證等檢查工作。檢查結(jié)果顯示：面板下部未見明顯脫空，局部有輕微脫空；左岸周邊縫附近面板抬動(dòng)最大部位底部銅止水結(jié)構(gòu)完整；面板垂直縫基本不存在錯(cuò)臺(tái)，垂直縫底部銅止水結(jié)構(gòu)完整。面板輕微抬動(dòng)未對(duì)面板本身及底部止水系統(tǒng)造成破壞，所造成的影響均為混凝土表面缺陷。主要處理方案如下。

第一，全面清除壩前淤渣，疏通全部反向排水管，面板垂直縫和周邊縫表止水按原設(shè)計(jì)要求修復(fù)。

第二，面板和趾板裂縫按原設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理，其中貫穿性裂縫均需采用化學(xué)灌漿處理。高程在453～462 m（原淤泥層頂面附近）為面板裂縫密集區(qū)。原設(shè)計(jì)該部位面板表面為刮涂聚脲封閉，為防止蓄水后面板裂縫發(fā)展破壞表層聚脲，在刮涂聚脲與面板混凝土間增加2 mm噴涂橡膠瀝青涂層吸收裂縫變形。即高程在453～462 m的裂縫密集區(qū)面板表面采用復(fù)合柔性防滲涂層體系（2 mm噴涂橡膠瀝青涂

層+3 mm雙組分刮涂聚脲）進(jìn)行加強(qiáng)防滲處理。

第三，根據(jù)面板下部脫空檢查成果，對(duì)面板下部脫空范圍采用灌漿處理，通過在面板垂直面布置鉆孔，穿過固坡砂漿，深入面板下的脫空部位，然后進(jìn)行無(wú)壓灌漿作業(yè)。

第四，周邊縫及垂直縫局部范圍存在擠壓破壞，對(duì)目前縫面已閉合的混凝土面鑿除處理，縫面需保證填縫材料三元乙丙橡膠板露出。

第五，面板所有開孔均采用環(huán)氧砂漿封堵密實(shí)。封孔前，先將鉆孔孔壁用鋼絲刷仔細(xì)刷洗干凈，然后回填環(huán)氧砂漿至孔口。左面板MB4周邊縫附近開窗位置采用環(huán)氧混凝土。

4 面板缺陷修復(fù)處理及檢查

第一，以地質(zhì)雷達(dá)為主、超聲波三維成像為輔，并結(jié)合鉆孔全景數(shù)字成像檢測(cè)面板混凝土下部脫空情況，對(duì)小范圍脫空區(qū)域采取無(wú)壓灌漿后，現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合無(wú)損檢測(cè)結(jié)果布置3個(gè)孔進(jìn)行開孔驗(yàn)證，脫空區(qū)域均填充密實(shí)，補(bǔ)充灌漿效果良好。

第二，面板密集區(qū)裂縫均采取環(huán)氧化學(xué)灌漿進(jìn)行封閉，灌漿施工完成后，分區(qū)進(jìn)行壓水質(zhì)量檢查，經(jīng)過壓水檢查，灌后透水率小于0.1 Lu，滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。并隨機(jī)抽取測(cè)點(diǎn)進(jìn)行鉆孔取芯，取芯查看芯樣完成，裂縫填充飽滿，說明裂縫化學(xué)灌漿效果良好。

第三，面板裂縫密集區(qū)采取噴涂橡膠瀝青涂層+雙組分刮涂聚脲的復(fù)合柔性防滲涂層體系，在施工前檢查基礎(chǔ)面處理情況，施工過程中檢查噴涂厚度，檢查結(jié)果滿足要求。

第四，面板所有開孔在圖上進(jìn)行標(biāo)識(shí)，逐個(gè)排查采用環(huán)氧砂漿封堵密實(shí)。封孔前，先將鉆孔孔壁用鋼絲刷仔細(xì)刷洗干凈，然后回填環(huán)氧砂漿至孔口，最終采取聚脲涂刷覆蓋。

第五，面板各區(qū)域缺陷處理完成后，組織參建各方進(jìn)行聯(lián)合檢查，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行了壩前蓋重回填，回填前先進(jìn)行了水平趾板反向排水管牽引，保證排水通暢，同時(shí)密切關(guān)注壩內(nèi)水壓力，最終采用水泥砂漿進(jìn)行封堵。

5 結(jié)論

該抽水蓄能電站下水庫(kù)混凝土面板按照確定的措施處理了面板缺陷，經(jīng)過兩年的運(yùn)行和觀測(cè)，整體情況良好，面板內(nèi)監(jiān)測(cè)儀器和缺陷部位新增的監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)反饋正常，壩后量水堰前水位穩(wěn)定，反映下水庫(kù)面板缺陷處理方案可靠，達(dá)到了預(yù)期效果，經(jīng)過兩年運(yùn)行和汛期考驗(yàn)，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。遇到同類問題時(shí)，要關(guān)注以下問題。一是壩體填筑及面板施工期間必須重視反滲水的措施，保證反向排水管暢通，壩內(nèi)外水壓力滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提前考慮反向排水管的保護(hù)和上引，避免突發(fā)狀況基坑淹沒，反向排水管堵塞。二是對(duì)于壩前出現(xiàn)積水后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和壩內(nèi)外數(shù)據(jù)情況，采取面板開孔排水等措施，以達(dá)到釋放面板內(nèi)水壓力的效果，處理完成后注意封堵混凝土質(zhì)量。三是缺陷處理過程中應(yīng)注重裂縫的質(zhì)量檢查，同時(shí)注重周邊縫面板和趾板混凝土缺陷的修補(bǔ)，保證V形槽尺寸和柔性填充，預(yù)留足夠的變形空間。

參考文獻(xiàn)

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