唐家山堰塞湖泄洪对通口水电站设计的全面检验及通口水库的滞洪作用

杨光伟,李西瑶

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川 成都 610072)

1 工程概况

1.1 工程简介

2008年 5月 12日 14时 28分四川汶川发生8.0级地震,导致通口河中上游山体垮塌,在唐家山形成特大型堰塞湖,交通中断。建于典型的岩溶地段的通口水电站大坝在堰塞湖下游约 23km处,电站位于涪江右岸一级支流通口河中游末段的北川羌族自治县通口镇上游 2km,左岸属江油市,右岸属北川县,与北川县城及江油市均有公路相通。

坝、厂区河道平均比降为 5‰,坝址多年平均流量为 93.4m3/s。枢纽工程主要由拦河坝、右岸引水系统、地面主(副)厂房和升压站等组成,电站主要任务是发电。工程等别为Ⅲ等,主要永久性建筑物按 3级设计,次要建筑物按 4级设计。水库正常蓄水位 598.00m,总库容 3610万 m3,调节库容 97万m3,具日调节性能。电站设计水头 48.0m,引用流量 106.504m3/s,电站装机 45MW,保证出力9.60MW,多年平均发电量 2.31亿 kW·h,年利用小时数 5133h。上游干流上的漩平水电站年调节水库建成后,通口水电站的年发电量将增加到 2.972亿 kW·h,年利用小时数增为 6604h。

通口水电站于 2002年 9月 8日正式开工建设,2004年 8月第一台机组发电,2004年 12月第二台机组发电,2005年 5月工程全部完工。

1.2 地震对河段与电站的影响

通口水电站位于前龙门山褶断带中段北端,北川映秀断裂与江油、灌县断裂挟持的断块上,区域稳定属次稳定区,工程区历史地震主要受茂汶、北川、江油三个震源区的影响。据国家地震局 1990年的1∶400万《中国地震烈度区划图》标定及绵阳地震局复核,工程区地震基本烈度为Ⅶ度,枢纽建筑物按Ⅶ度设防。2008年 5月 12日的汶川大地震后,根据GB 18306-2001《中国地震动参数区划图》第 1号修改单,工程区地震基本烈度达Ⅷ度。经震后检查和安全评估,电站为轻微震损,主体结构没有受到损坏,且震后很快就恢复了发电,大坝、厂房一些部位的次要结构、附属结构和部分填充墙受到了损坏,但对发电没有影响。

汶川大地震在唐家山形成了特大堰塞湖,5月14日上级要求通口水电站停止发电并放空水库为唐家山泄洪预留滞洪库容。6月 10日堰塞湖泄洪时洪水超过了百年一遇的洪水,电站承受了这次大洪水考验,泄洪洪峰过后,电站即蓄水发电,经检查坝前无淤积,泄洪消能系统完好。震后基础廊道集水井渗水量增加,现场检查发现增大渗水主要来自两岸及下游反渗,未形成上、下游贯通的渗水通道。

唐家山堰塞湖泄流过程中夹带大量崩塌物沿河道下泄至通口电站水库内,加上河道沿岸在地震中的垮塌物也冲入库内,通过通口电站冲沙底孔及表孔下泄。泄洪后检查电站坝前及取水口前基本没有淤积物,未形成淤积堆积,表明冲沙底孔及束水墙的拉沙效果和冲沙效果显著。

2 电站设计特点

工程设计的技术水平和难点主要体现在岩溶地区基础处理和泄洪消能设计理念等方面,以及对地下岩溶通道的探查、防渗线路布置走向、对岩溶通道的封堵、泄洪消能工的布置、戽式消力池的参数拟定、上下游水面的衔接等方面进行综合研究。

2.1 设计基本条件

通口水电站修建在四川典型的灰岩岩溶地质区,溶洞、溶槽、溶沟、落水洞、溶隙发育,连通性好,给防渗布置设计和防渗施工均带来很大难度,技术设计以坝工专业为主对坝基基础处理、开挖基面和开挖坡面处理作了大量设计研究工作,对防渗方案经过了多次调整,根据岩层的走向、相对隔水层的位置、岩溶发育的特点,确定左岸防渗线向下游转向,右岸防渗线向上游转向,以较短的防渗线和防渗工程处理量截断渗漏通道。

根据工程枢纽河段的地形、地质条件,坝址布置可选择的范围相当有限,坝后紧邻河弯处,下泄水流受弯道影响,对河岸冲刷影响很大,经河岸阻挡后折冲水流对电站尾水渠出流影响很大,且易在尾水渠出口范围形成冲积堆积。溢流坝采用挑流消能,虽结构相对简单,但易使厂房尾水波动加大,淤积加重;如采用底流消能,消力池长度较长,无法合理布置。经多方案比较研究和综合考虑后,采用了宽尾墩加台阶和戽式消力池方案。

2.2 基本资料

通口水电站控制流域面积 3989km2,通口河洪水由暴雨形成,流域中上游地处龙门山暴雨区,洪水过程具有陡涨陡落的特点,一次洪水过程线多为单峰型,历时 3～5日。坝址处多年平均输沙量 515万t,多年平均含沙量 1.45kg/m3,多年汛期平均含沙量 2.25kg/m3,汛期输沙量占全年输沙量的 72.2%。

大坝设计洪水重现期为 50年,相应洪水流量6240m3/s,水库水位 596.31m;校核洪水重现期为500年,相应洪水流量 9700m3/s,水库水位 601.01m,坝前最大壅水高度 68.0m,水库回水长度 13.8 km。厂房设计洪水重现期为 50年,相应洪水流量6240m3/s,河床水位 568.15m;校核洪水重现期为100年,相应洪水流量 7290m3/s,河床水位570.39m。消能防冲建筑物的洪水重现期为 30年,相应洪水流量为5480m3/s。电站引用流量为110 m3/s。

2.3 首部枢纽布置设计

通口河为多泥沙河流,电站库容相对较小,坝体溢流堰顶相对较高,水库因淤积而寿命较短,枢纽布置考虑水库排沙和引水防沙措施,以延长水库运行寿命和减小过机泥沙含量。结合本工程的入库水沙特性,确定首部枢纽建筑物布置遵循汛期设置汛限水位,降水冲沙。电站进水口设置拦沙坎、冲沙道,并结合冲沙底孔的布置,确定电站引水防沙、水库冲沙的枢纽布置原则和水库合理运行调度原则。

根据地形、地质条件,在选定坝址位置布置拦河碾压混凝土重力坝,大坝由溢流坝段与非溢流坝段组成,在右岸挡水坝前布置取水口,取水角为 110°。枢纽建筑物布置见图1。坝顶高程 601.50m,坝轴线总长 220.69m,最大坝高 71.5m。溢流坝段泄水建筑物由 5孔开敞式表孔组成,底部顺水流向长56.0m,堰顶高程 583.50m,表孔弧形工作闸门正常挡水高度 14.5m,宽度 14.0m,具有一定超泄能力。溢流坝典型断面见图2。

根据地形条件,布置底流消力池的场地条件有限,为减短消力池的长度、增强消能效果,在每个闸孔两侧的闸墩上布置了宽尾墩结构型式,将闸墩尾端加宽,闸室出口缩窄,达到使坝面水流沿横向收缩和竖向扩散,形成三元水流以达到增强消能的目的。水工模型试验研究了多种形式的宽尾墩,最后确定本枢纽宽尾墩体型的几何参数为:闸孔收缩比 β=0.5,宽尾墩长度 L=9m,闸室末端宽度 B'=7m,尾端折角θ=21.25°,始扩点位置参数 ξ1=0.34、ξ2=0.22。

2.4 引水防沙

根据电站首部枢纽处通口河河段的水、沙基本资料,坝前设置冲沙道,首部枢纽布置主要需解决引水防沙与泄洪冲沙的问题。根据地形条件,采用“侧向取水、正向攻沙”的引水防沙结构布置形式。取水口前缘进口底板高程 571.00m,束水墙顶高程为 567.00m,厚度 3.0m,长度 26.3m,冲沙道底板上游侧高程为 557.00m,下游端与冲沙底孔底板相接,高程为 556.00m。束水墙与水流方向约 9.2°夹角,冲沙道上游侧宽 9.0m,下游侧与冲沙底孔宽度一致,以利于束水冲沙效果,库区溯源冲刷。

紧邻右岸挡水坝段设 1冲沙底孔坝段,冲沙底孔底板高程 556.00m,宽 5.0m,孔高 5.0m。冲沙底孔坝段顺水流向长 58.0m,坝段总宽 11.0m,最大高度 66.5m。底孔后部设一道弧形工作闸门,门后为明流泄槽。冲沙底孔兼顾冲沙、泄洪和水库放空的多重作用。冲沙底孔弧门后为长约 90.72m的排沙消能泄槽,宽 5.0m,底板高程为 540.00m,尾部设挑流坎,坎顶高程 545.00m。

图1 枢纽建筑物布置平面

图2 溢流坝典型断面

经模型试验验证和历年的运行检验,以及 2008年 5·12地震后唐家山堰塞湖泄洪过程中的考验,未见泥沙进入取水口,均证明首部枢纽设计采用“侧向取水、正向泄洪冲沙”的布置及运行方式是正确合理的,整个引水防沙效果较好。

2.5 泄洪消能设计

电站采用宽尾墩、台阶溢流面与戽式消力池联合泄洪消能效果明显。

由于受地形、地质条件限制,枢纽总体布置位置选择余地不大,场地紧张,尽管进行了多方案布置比较,但坝轴线与下游主河槽夹角仍较大,下泄水流受左岸坡影响,易形成横向折冲水流,使下游水流混乱、紊动强烈,引起厂房尾水波动较大,并易使尾水渠出口形成河床冲刷质堆积。

在后期设计过程中,对方案进行了研究调整。经过多次现场综合查勘研究,根据坝区河床两岸特点,确定坝区地形条件不适合修建拱坝,应选择重力坝方案和底流消能较为合适。

2.5.1 泄洪消能布置多方案研究

电站下泄流量大,进口单宽流量达 138.6m2/s,下游水位变幅大,泄洪消能和泄洪水位的衔接是技术难点,在四川这类联合消能方式应用还不多。通口河洪水过程具有陡涨陡落的特点,洪水过程历时短。受地形限制坝址布置可选择的范围相当有限,坝后紧邻河弯处,河道向右转,下泄水流受弯道影响,冲刷左岸并易在尾水渠出口范围形成冲积堆积,挑流对电站尾水渠出流影响很大。

早期设计的泄洪消能型式为挑流消能,结构相对简单,但经水工模型试验验证其与宽尾墩加戽式消力池对比,表明采用宽尾墩加跌坎和戽式消力池的泄洪消能方式,能较好地解决消能率、池内流态、出池流速等问题。消能防冲按 30年一遇洪水设计,下游水位为 566.00m。采用宽尾墩加跌坎和戽式消力池方案,消力池长度减至 45m。

根据泄洪、冲沙和消能防冲要求,戽式消力池结构顺水流向长 44.5m,消力池底高程 540.00m,底板基础高程 535.00m,底板厚 5.0m,消力池末端设有1∶2.5的反坡尾坎,坎顶高程 545.00m。

2.5.2 消能效果显著

经模型试验验证和运行情况表明,采用阶梯式溢流坝面与宽尾墩和戽式消力池共同构成的大坝泄洪消能系统设计合理,阶梯式溢流坝对中小流量有良好的消能特性,流量增大时受宽尾墩的作用,闸室尾部水面壅高,水面切线与坝面的夹角逐渐增大,水流沿竖向扩散,底部高速水流受戽式消力池尾坎的阻挡,紊动更加强烈,消力池尾端呈现戽式水流特有的涌浪,尾端以下河道流速迅速减小。在各级流量下,消力池内水流扩散均匀,消能效果良好,出池水流平稳,基本不对河床和河道两岸边坡产生冲刷,电厂尾水平稳,不受泄洪消能的影响,保证了发电机组的稳定运行和机组出力。经过 5年的洪水期运行实际考验,证明这种消能方式成功地解决了各流量等级下泄洪消能的问题,很好地解决了在山区受地形、地质条件限制给枢纽布置带来的矛盾和困难。

在唐家山堰塞湖泄洪过程中,通口电站的过坝流量超过了设计洪水,并夹带大量漂浮物和泥沙,经泄洪后检查,库内坝前和取水口前没有淤积,泄洪系统和消力池没有受到破坏,尾水出口没有出现因泄洪导致淤积的情况。

2.6 典型岩溶地区的基础防渗处理设计与效果

首部枢纽拦河坝最大高度 71.5m,坝基以上最大壅水高度 68.0m,正常运行工况时上、下游水头差为50.31m。

通口水电站修建在灰岩岩溶地质区,溶洞、溶隙发育,左右岸溶洞存在联系,溶洞分布广泛,分布高差大,连通性好,给防渗布置设计和防渗施工均带来很大难度。

2.6.1 坝区防渗设计

根据岩溶发育情况,对左、右岸防渗轴线布置的走向均进行了向下游转向、与坝轴线一致、向上游转向等多方案比较研究。经反复论证,最终确定将右岸防渗帷幕线转向上游,左岸帷幕向岸坡内延伸一定长度后折向下游,两者均与岩溶不发育的相对隔水层相接。

库区广泛分布碳酸盐岩,岩溶较为发育。为查明岩溶水库渗漏问题,地勘、科研人员进行了库水渗漏岩溶水文地质研究。结合各类资料和现场情况,认为水库的邻谷渗漏问题总体上不影响水电站的建设,在后期则应加强监测。在施工期间,设计人员及时对现场揭示情况和物探资料进行研究分析,并比照防渗设计方案,对特殊孔段的设计参数进行适时调整,验证防渗设计方案的准确性。对枢纽区的溶洞特别是下游 2km内的几处大型溶洞进行了检查和实测,未发现水量增大。经运行后 4年多的蓄水考验,至今未发现库水存在渗漏的通道。

2.6.2 大坝防渗系统防渗效果显著

为检验帷幕灌浆的最终效果,在灌浆结束后 14天进行检查孔压水试验,共布置 25个检查孔。试验表明,各灌浆单元的全孔透水率 1.0～2.9Lu,平均透水率 1.35～1.89Lu,防渗效果达到设计要求。

经 5个汛期的考验,大坝枢纽、引水发电系统运行正常,坝体及基础渗漏量总体较少,据现场实测,其渗漏总量不足 18m3/h,两岸边坡无渗流出现。坝基础防渗帷幕设 1排灌浆孔,为减少坝体基础和消力池基础内的渗透压力,在坝体廊道内设有主、副排水孔。运行表明,防渗排水处理措施效果良好。

在汶川特大地震中,建在典型岩溶地段的通口电站大坝防渗系统未受到破坏,震后检查表明,廊道内帷幕后的排水孔排水量、渗压未增加,排水廊道增加的水量为帷幕后两岸地下水及下游反渗,与库水没有联系,对发电及发电效益没有影响,经必要的常规处理后即可恢复到与震前情况一样。

3 通口水库在唐家山堰塞湖泄洪过程中所起的作用

3.1 滞洪作用

地震引起通口河右岸唐家山山体整体下滑,堆积于通口河河谷,堵塞通口河而形成唐家山堰塞坝,堰塞湖蓄积水量达 2.5亿 m3,严重威胁下游沿岸和城市人民的生命、财产安全。在唐家山堰塞湖形成后,电站距堰塞湖较近约 23km,是堰塞湖泄洪经下游的第一个在地震后能发挥作用的电站,在唐家山堰塞湖泄洪过程中,通口水库的滞洪作用对下游沿岸和城市的保护起了很大的作用。

3.2 遭遇洪水后的大坝安全问题分析

由于通口电站空库预留滞洪库容,库内没有蓄积库水,堰塞坝溃坝下泄洪水进入通口电站库内,坝前水位上升较快,洪水可能翻坝,坝顶设施设备、泄洪消能系统可能受到破坏,大量漂浮物可能危及坝体结构的安全,

按照唐家山堰塞坝溃坝分析,当溃口形状、起始溃决水位相同时,溃决历时越短,溃坝洪峰流量越大,沿程衰减也越快。如 1/3溃坝方案,1小时溃决溃口流量为 28503m3/s,基本为 6小时溃决的 1倍以上,传播至涪江桥,1小时溃决流量衰减了约55%,而 6小时溃决仅衰减了 11%。按 1小时溃决则在通口坝址处的洪峰流量为 21144m3/s。

如果溃口历时、起始溃决水位相同时,溃决口门越大、溃口底高程越低,溃坝洪峰流量就越大,沿程衰减也越快。如溃决历时考虑 2小时,1/3溃坝方案溃口处流量为 22554m3/s,基本为半溃方案的42%,为全溃方案的 29%。如果溃决起始溃决水位不同、其它溃决条件相同时,水位越高,蓄水量越大,溃决风险也越大,形成的溃坝洪峰也越大。如溃决历时考虑 2小时,从 752m高程全溃时,溃口处流量为 76699m3/s,为从 730m高程开始全溃的 1.86倍。按 2小时溃决则在通口坝址处的洪峰流量为70776m3/s。

堰塞坝全溃、半溃、1/3溃决的洪水均远大于通口电站大坝的校核设计洪水流量,对大坝构成严重威胁,如经电站水库滞洪调峰后按 12800m3/s过坝流量考虑也远超过校核洪水流量,洪水将漫过坝顶。根据计算,在这一流量下,从溃坝开始约 1小时洪水将漫过通口坝顶,对大坝及其附属建筑物均存在很大的潜在威胁。

3.3 唐家山堰塞湖泄洪过程及通口坝址洪水情况

3.3.1 溃口溃决过程验证

根据实测溃决过程,唐家山堰塞坝溃决开始时间约在 6月 10日凌晨 4～5点,至 14点形成宽145m、底高程为 721.4m的最大矩形口门。溃决历时约 10小时。由于 6月 10日前后的天然河道来流量在 50～100m3/s左右,鉴于此种情况,考虑通口河入库流量为 100m3/s,涪江桥 6月 10日 8点时流量为 192m3/s,因此考虑涪江天然河道的来流量为192m3/s。

算得模型溃口处最大峰值流量为 6637m3/s,与实测值 6500m3/s比较接近,仅偏大 2.1%(见图3)。

图3 唐家山溃坝溃口处洪水过程线比较

从图3可以看出,溃口的实测流量上涨较计算值略偏后,消落也偏慢,但总体过程还是基本接近。溃决初期流量上涨偏后的原因,主要是模型中采用的溃口形成过程为直线型均匀溃决,而实际堰塞坝为非均质体,碎砾土中夹有部分大孤块石,这些大孤块石抗冲能力较强,致使初始溃决时较为缓慢。

3.3.2 坝址处洪水情况

在6月10日唐家山堰塞湖流量开始增大,13:40左右电站库内水位开始迅速增高,冲沙底孔泄洪,至 14:15库内死库容蓄满,溢流表孔开始泄洪,初期叠加了区间的 4座小堰塞湖洪水,入库洪峰流量远大于堰塞体泄口处的峰值流量,经通口电站水库滞洪后过坝洪水流量超过工程设计洪水标准,并夹杂大量漂浮物,坝址处实测的最大洪峰流量超过6680m3/s。

4 滞洪作用分析

4.1 洪水历时

唐家山堰塞湖溃坝洪水演进验证计算结果见表1。在洪水演进计算中,河道糙率根据 6月 10日实际的溃坝沿程水位及洪水演进时间综合率定,其值为0.036～0.08。因河谷较窄,河道沿程摊化洪峰流量较弱。计算中未考虑叠加 4个小堰塞湖的水量。

表1 唐家山堰塞湖溃坝验证计算结果

实际记录表明,6月 10日洪峰从溃口传播至通口水文站历时 2小时 54分,从通口水文站传播至涪江桥历时 2小时 54分。而在验证计算中,洪峰从溃口传播至通口水位站历时 1小时 18分,从通口水文站传播至涪江桥历时 3小时 30分。

4.2 洪峰入库情况

由于电站水库空库预留了滞洪库容,当 6月 10日电站泄洪前堰塞湖下泄流量并叠加区间 4个小型堰塞湖洪水后,电站入库洪峰大于堰塞体泄口处峰值流量,水库死库容很快蓄满。在 10日 13:28左右,水库水位急剧上涨,经冲沙底孔有限下泄后半小时库内蓄至死水位,并在半个小时内就涨满了电站水库 1806万 m3的死库容,闸门全部打开泄洪,14:10左右开始泄洪,通过表孔下泄洪水,水位逐步上升至高程 596m以上,泄洪水雾扬起上百米高,14:30观测到 10日的最大水流量为 6680m3/s。经过水库的滞洪调峰作用,大坝对洪水进行了有效拦阻。

4.3 滞洪作用分析

洪峰传播至通口水文站的时间计算值与实测值差 1小时 36分,差异较大。在溃口至通口水文站29.5km的河段内,实测传播速度为 2.83m/s,计算传播速度为 6.3m/s,唐家山至通口水文站河段平均比降为 4.44‰,一般同类山区河道的洪水传播速度在 4～6m/s左右,分析两者差别的原因,主要是通口电站水库、唐家山至通口水文站河段上由于地震形成的 4个小堰塞湖,对减缓洪水传播速度起到了很大的作用,为下游沿岸和城市的群众、财产转移、其他事件处理赢得了宝贵时间。

5 震后及滞洪后的安全检查

5.1 震后检查情况

根据震后检查和评估,电站主体结构完好,仅是局部次要结构和附属结构如坝顶栏杆、坝顶桥面板两端路面层、填充墙及表面装饰、坝顶监测设备松动、生活区瓦屋顶、部分砖砌围墙等受到轻微损坏;除库尾左岸边坡原有滑坡区出现垮方外,坝区和库区两岸边坡没有垮方,库尾的垮方除减小一点库容外对水库运行没有影响;因此电站工程为轻微震损,地震和唐家山堰塞湖泄洪对通口电站主体结构和发电没有造成大的影响,在电站蓄水恢复发电的同时进行必要的修复后即可达到原设计要求。

5.2 经历洪水后的检查情况

唐家山堰塞湖 6月 10日泄洪的特大洪水超过了电站建成后历年的洪水,初期叠加区间 4个小堰塞湖的洪水后,入库洪峰流量大于堰塞体泄口处峰值流量,经通口电站水库滞洪后过坝洪水流量仍超过工程设计洪水标准,电站承受了这次特大洪水考验。唐家山堰塞湖泄洪洪峰过后,再次空库对坝前及库内淤积情况进行检查,发现与泄洪前空库情况没有差别,与模型试验情况对比也很吻合,坝前及取水口前没有淤积物,随即电站水库开始蓄水。

电站于 6月 14日蓄水恢复发电,水库在正常蓄水位 598.00m运行,两台机组满发供电四川主网。发电后抽排坝体廊道积水后,对坝体主体结构进行了全面检查,大坝主体结构和消力池完好。

5.3 复核计算情况

在地震后对电站溢流坝段、底孔坝段、挡水坝段三个典型坝段的洪水漫顶、正常水位运行遇Ⅷ度地震、正常水位运行而防渗排水全部失效、正常水位运行 +防渗排水全部失效遇Ⅷ度地震时四种工况的稳定、应力进行了复核计算。当洪水刚漫顶时,上游水位为坝顶高程,通过水位—流量关系曲线查得下游水位为 578.08m;防渗排水全部失效时扬压力不折减,参考实测资料,通口电站在大地震后防渗未遭破坏,其余工况扬压力折减系数仍按 0.25控制。

据对计算结果分析,通口电站的抗滑稳定仍有一定的安全裕度,即使考虑洪水漫顶、排水失效、Ⅷ度地震等情况叠加后,溢流坝段、底孔坝段、挡水坝段的安全系数仍大于 1.0,满足规范要求。

6 处理措施

6.1 加固处理的必要性

大地震对通口水电站造成了轻微震损,虽然电站主体结构没有受到损坏,且震后很快就恢复了发电,但大坝、厂房一些受损的次要结构、附属结构和部分填充墙,以及要使电站今后能长期安全运行,对坝基渗漏量增大等均需要进行必要的处理。地震后用于大坝监测的设备已有震动位移、松动和脱落等现象,应及时重新调试投入运行,对大坝加强测压管水位、应力应变、引张线上下游位移、绕坝渗漏、坝基渗漏等的检测,并作好观测记录,与震前数据对比分析,发现异常应及时分析原因,采取措施。

6.2 补强及修复处理方案

由于“5·12”大地震并未对通口电站大坝结构造成破坏,坝体的受力条件也没有发生根本变化,对大坝安全影响不大,故本次加固设计主要针对坝体内部排水廊道渗水加大的情况及厂房尾水导墙处的施工缝开裂等情况进行灌浆处理。

通过地震后的一段时间的观测发现,排水廊道中排水孔渗水量的大小与上游库水位的升降的关系不大,但与降雨和下游水位有较为密切的联系。由此可以肯定大坝帷幕在这次地震中并未受到大的影响,但坝体与基础的结合紧密度较地震前有所削弱,排水孔中渗水量增大部分主要来源于山体坡面渗水和下游河道渗水。针对这种情况,在纵向排水廊道和下游排水廊道外侧增设一排帷幕灌浆,帷幕灌浆孔距 1.5m,孔深按深入基岩 30m控制,其中一部分孔利用原排水孔进行扫孔后继续下钻至设计孔深成孔。由于纵向排水廊道中原排水孔与竖向成 10°交角 ,为方便钻孔成孔因此在纵向排水廊道中新增的帷幕灌浆孔也与竖向成 10°交角。

由于新增帷幕已将原基础排水通道侵占,故需在新增帷幕后方增设一排排水孔,排除基岩渗水、减小基础扬压力。排水孔参数仍参照原设计排水孔,孔距 3.0m,固结灌浆范围内的排水孔深入基岩13m,固结灌浆范围外的深入基岩 10m,孔径100mm。排水孔应在帷幕施工完成后再行施工。排水孔应埋孔口管,孔口管顶部应高出孔口 20cm。

右岸 4号与 5号溢流坝下游排水廊道约 0+061.40m附近廊道顶有几处漏水,漏水均在原大坝纵向结构缝位置,估计是地震造成了结构缝局部拉开,止水松动,使渗水量有所加大。采取在缝两侧打斜孔灌浆处理,灌浆孔布置在距缝 30cm处,在缝两侧交错布置,孔距 1.0m,孔深 3.0m,灌浆孔与混凝土面呈 25°交角,并穿过混凝土结构分缝。此外,对冲沙底孔与溢流坝结构缝应进行坝顶灌浆处理,在坝顶结构缝位置原竖向止水上游侧钻竖向孔进行灌浆,并保证灌浆深入基岩一定深度。

对左岸交通联系廊道约(坝)0+014.00m处廊道顶拱预制板与边墙相接处漏水也进行灌浆处理,以漏水点为中心,布置一定数量的灌浆孔进行灌浆,间、排距 1.0m,灌浆深度 10m,深入基岩 6m。

对厂房第一副厂房、第二副厂房、吊物竖井等损坏的填充墙建议拆除后重新装修,抹灰层在满足规范要求情况下宜尽量薄,表面采用涂料或轻质抗震材料。对震损破坏的填充墙、玻璃窗、外墙砖、坝体栏杆应进行修复。损坏的坝顶路面装修层需进行修补,在结构缝处应留接缝,并用沥青填实。

6.3 施工进度计划及施工技术要求

为了降低在雨季大坝基础的排水量,减轻排水压力,保证电站第二年汛期能够安全度汛,灌浆施工安排在枯期进行,即在第二年汛前施工完成。大坝灌浆施工顺序为:先行对渗水部位较大的排水孔和廊道边墙进行灌浆处理,再行系统地进行帷幕灌浆施工,最后为排水孔的施工。

廊道内帷幕灌浆钻孔设备主要为 XU-100型地质钻机,采用分段灌浆并按分序加密的原则进行,使用 YBS-250/120型灌浆泵灌浆;廊道边墙灌浆采用手风钻钻孔、BW-200/40灌浆泵分段灌浆。

栏杆、填充墙等部位的修复则安排在灌浆补强时一同进行或在灌浆补强完成后进行。

7 结论及建议

模型试验和运行情况表明,本工程采用阶梯式溢流坝和宽尾墩与戽式消力池共同构成的大坝泄洪消能系统设计合理。采用宽尾墩后,消力池由原来的长 100m左右的底流消力池减短至 45m,在各级流量下,消力池内水流扩散均匀,消能效果显著,下游水面衔接平顺,对左岸冲刷轻微,对厂房尾水渠水流基本无影响,消力池内也没有残留物,池内磨损轻微。在 2006年年初放空库后进行检查和检修,大坝没有发现异常情况,坝前及取水口前没有淤积。唐家山堰塞湖泄洪后库内未产生淤积。

通口水电站经 5年多的运行历经 6个汛期和堰塞湖泄洪的考验,大坝枢纽、引水发电系统运行正常,坝体及基础渗漏量总体较少,现场实测资料表明,渗漏总量不足 30m3/h,大坝防渗效果明显。

通口水电站按Ⅶ抗震设防,坝址处实际烈度达到了Ⅸ度,电站经受了这次特大地震的考验。在唐家山堰塞湖形成后,电站空库为堰塞湖泄洪预留了滞洪库容,在唐家山堰塞湖泄洪过程中,通口电站大坝不仅承受住了大地震后第一次 6680m3/s的洪水考验,而且通过大坝调节洪峰,缓解了洪水对下游的压力。通口水库的滞洪削峰作用对下游沿岸和城市的保护起了很大的作用,堰塞湖泄洪后电站即蓄水至正常蓄水位发电。

经过汶川特大地震和唐家山堰塞湖泄洪的考验,表明大坝稳定安全能经受强震检验,电站引水防沙效果良好,泄洪消能建筑物经受了设计洪水的考验。在唐家山堰塞湖泄洪过程中,电站对泄洪洪水的滞洪、削峰作用明显,对下游沿岸和城市的保护以及人员财产转移发挥了很大的作用。电站除发电创造了很好的经济效益外,也发挥了巨大的社会效益。

在这次特大地震中,通口水电站大坝工程经受住了远超设防标准的强震考验,说明采用现行水电工程设计理论和方法进行的设计是成熟的、安全可靠的,在复杂地质条件下、高烈度地区建坝是可行的;电站工程经得起设计洪水和 8级地震的考验,成为在岩溶地区修建高坝大库的典型成功实例。

经过这次特大地震,水电工程的设计将更加注重细节上的完善,建议对主体结构的次要建筑物和附属建筑物应尽量采用轻质牢固的材料,特别是上部建筑物更应采用高强、轻质、整体性好的结构及材料;在坝和厂区应配备性能良好、足够容量的备用供电设备,确保应急条件下使用;坝址应尽量选在断裂的下盘,并远离存在较大地质危害隐患的边坡,近坝库岸的边坡应较稳定或得到有效的必要的处理。