铜街子水电站大坝廊道结构缝漏水分析与治理

黄会宝，沈定斌，罗正英，江华贵

（国电大渡河流域水电开发有限公司库坝管理中心，四川乐山 614900）

0 引言

目前，混凝土坝结构缝漏水较为常见，处理方法也较多，通常最有效的方法是截断渗水途径。水工建筑物结构缝漏水部位不同，漏水形式与漏水原因多种多样，漏水具有相对独特性，需根据不同的漏水情况采用不同的施工方案和工艺流程才能达到较好的效果。以铜街子水电站大坝10～11号坝段结构缝渗漏水治理为例，通过分析研究结构缝止水结构、漏水量、漏水源、漏水途径及所处环境等要素，研究制定既经济又合理的施工方案，控制施工关键点，很好地解决了自工程投入运行以来的漏水问题。处理后该结构缝未见渗水，消除了长期遗留的工程隐患。

1 工程概况

铜街子水电站位于大渡河中游，是一座以发电为主、兼有漂木和改善下游通航效益的二等大（2）型水利枢纽工程。枢纽工程由拦河坝（由左岸钢筋混凝土面板堆石坝、河床混凝土重力坝、右岸钢筋混凝土心墙堆石坝组成）、河床式厂房、筏闸等部分组成。大坝总长为1 084.59 m，最大坝高82 m。

工程自1994年蓄水发电以来，423 m高程观测廊道10～11号坝段结构缝漏水较大，且挟带大量泥沙。工程施工单位曾多次对该结构缝漏水进行水泥灌浆止漏处理，均未成功，成为施工期遗留下的工程隐患。2010年铜街子大坝安全第二次定期检查，专家组十分关注该安全隐患，为此运行单位联合浙江华东建设工程有限公司对该结构缝漏水进行了研究和治理，解决了长期遗留的工程安全隐患，成功实施了堵漏治理。

2 结构缝漏水成因分析

2.1 漏水量分析

铜街子水电站大坝廊道10～11号坝段结构缝在423 m观测廊道处漏水量较大，据调查水库初期蓄水至459 m高程时首次出现漏水且渗漏量较大，历史最大漏水量达308.53 m3/d，后经工程处理有所减少但未完全实现堵漏。运行单位通过量水堰观测渗流量，资料显示至2003年渗漏量呈现增大趋势且以压力流方式流出，漏水常年携带泥沙，汛期渗水混浊，初步分析认为与库水存在一定的连通性，统计2007～2010年四年平均渗流量，占坝基总渗流量的28%左右。

大坝廊道10～11号坝段结构缝漏水量过程线见图1。

图1 423 m高程观测廊道10号与11号坝段结构缝漏水量过程线Fig.1 Graph of seepage from structural joints of gallery on 10#and 11#dam block on the elevation 423 m

2.2 漏水来源分析

将该结构缝漏水上部封挡，下部修建接水池对其长期观察，发现集水池内有大量沉积物，池外顺水流方向的排水沟内也有沉积物。为确定沉积物的来源，对池内、外及坝前库底沉积物的化学成分进行试验检测，检测成果（见表1）显示，结构缝漏水携带出的沉积物与坝前库底沉积物化学成分及含量基本相同，推断沉积物来源于库内。另外，通过水样检测氡气的浓度为861 Bq/m3，远小于坝基排水孔出水中氡的浓度含量，与廊道内的空气本底值818 Bq/m3在允许误差范围内，可认为是相同的。即结构缝处漏水无深部地下水。综上推断该结构缝与坝前库水存在连通性，漏水源于库水，结构缝的最大宽度处只能允许粉粘粒（＜0.075 mm）颗粒通过或结构缝漏水部位高于水库淤积高程，分析认为漏水为结构缝止水设施存在局部缺陷的可能增大。

2.3 漏水部位分析

首轮定检报告中水下检查结果显示，坝前100 m范围内左、右底孔前淤沙分别形成漏斗状，其最低点高程为429.47 m和428.65 m，均低于底板高程430.00 m；发电进水口坝前都在437 m高程以下。该廊道上游10 m左右同高程的基础灌浆廊道（见图2）结构缝没有任何漏水现象，结合漏水量、压力及结构缝止水设施等判断，坝体427.00 m和448.50 m高程止水结构转折变化（见图2）处可能是最薄弱部位，止水存在缺陷的可能性大，漏水点位置在434～448.50 m高程之间，也不排除水平施工缝穿越结构缝止水从结构缝漏出，这种漏水集中于结构缝附近，漏水范围相对有限。

表1 结构缝漏水池内、外沉淀物质与坝前库区沉积物化学成分检测成果对比Table 1 :Results of chemical constituents test of the sediments in the seepage pool and in the reservoir area

铜街子大坝10～11号坝段结构缝剖面图见图2。

图2 铜街子大坝10号与11号坝段结构缝剖面图Fig.2 Profile of the structural joints on the 10#and 11#dam block of Tongjiezi dam

3 结构缝漏水治理方案

3.1 漏水治理方案比较

大坝结构缝漏水处理主要有结构缝坝前上游面处理、坝顶钻孔灌浆处理、廊道内钻孔灌浆处理等方法。

（1）结构缝坝前处理法：在大坝上游面结构缝位置进行水下检查，查明漏水位置和范围，对检查发现的及可能的漏水点和缝表面进行封闭处理，形成结构缝表面止水。水下部位处理采用水下施工技术，对渗漏水部位进行凿槽嵌缝，粘贴一层防渗材料，并埋设灌浆管，对从止水片到上游面的结构缝区，灌化学材料充填封闭漏水缝面，形成一道新的止水带，联合阻止库水进入结构缝，进行彻底封闭处理。该方案需水下作业，安全风险较大，施工质量不易保证，同时本次漏水结构缝作业部位为机组进水口区域，水下作业期间机组必须停机，影响机组发电，工程费用高。

（2）坝顶钻孔灌浆法：该方法是在坝顶二道止水片间钻垂直骑缝孔，然后对该骑缝孔进行弹性聚氨酯灌浆，使浆液填充该骑缝孔，封堵渗水通道，形成弹性止水塞。该方案优点是钻孔工艺简单，灌浆量易控制，治漏造价相对较低；缺点是钻孔精度要求较高，一旦发生偏离，易破坏原止水设施，造成堵漏失效或产生新的渗漏点。

（3）廊道内钻孔灌浆法：在大坝廊道内对结构缝位置钻骑缝孔，化学灌浆使浆液充填钻孔及二道止水片之间的结构缝缝面，封堵渗水通道。由于结构缝面的串通性较好，需对结构缝表面进行灌浆前止浆封闭处理，钻止浆孔需严格放样，严格控制钻孔偏差，同时确保钻孔不破坏大坝止水结构。该方法的优点是灌浆易控制；缺点是骑缝钻孔难度大，廊道施工场地狭小，不便于施工。

3.2 治理方案的选择

根据该工程大坝结构缝止水结构特点及工程漏水情况，上游面水下处理需停机，影响发电运行加上并非明确是否是结构缝漏水与漏水部位较低，水下处理方案受限，实施困难。由于结构缝止水结构为二道止水片，有转折且之间加沥青井，沥青井占据可能的钻孔位置，成孔困难，坝顶骑缝钻孔处理方案也无法实施，放空水库进行处理既不经济也不可行。因此本工程结构缝漏水相对适宜的处理方案为在廊道内对漏水进行化学灌浆封堵。

3.3 灌浆材料的选择

结构缝漏水灌浆材料选择主要应考虑亲水性能好、有弹性和膨胀性，能适应伸缩缝反复开合变形，在水中可快速凝固，不被渗流水冲蚀带走。为此经对多种灌浆材料性能进行对比分析，选用杭州国电大坝安全工程公司生产的LW/HW型水溶性聚氨酯灌浆材料。该两种型号的灌浆材料具有良好的亲水性能，浆液遇水后可以分散乳化，进而凝胶固结，且两者能以任何比例混合使用，以配制不同强度和不同水膨胀倍数的材料。其主要性能指标见表2。

表2 LW/HW型水溶性聚氨酯灌浆材料主要性能指标Table 2 :Main properties of the LW/HW soluble polyurethane

3.4 主要处理工艺与要点

廊道内钻孔灌浆处理方案的主要处理工艺与要点如下。

（1）灌浆孔设置：根据渗漏区高程预判，在廊道结构缝位置钻2～3个灌浆孔，孔径30 mm以上，孔深100 cm左右，全孔需始终确保骑缝。

（2）封孔埋管：孔口埋设灌浆管并安装控制阀门，封闭漏水结构缝缝面。

（3）骑缝止浆孔钻孔灌注：在廊道下游侧无漏水部位骑缝钻设止浆孔，采用纯压式低压灌浆先行灌注LW水溶性聚氨酯，封闭结构缝缝面。

（4）闭水试验及压水检查：待止浆孔浆液固结后，先后关闭其它灌浆孔孔口阀门，接入压力表测量渗漏水压力变化，为下一步灌浆收集必要资料、数据。

（5）灌浆：采用大流量灌浆泵进行纯压式灌浆。灌浆材料使用LW/HW水溶性聚氨酯化学浆液，灌浆压力原则根据灌浆时库水位情况控制在0.6 MPa左右，该灌浆压力为初选的灌浆压力，实际可根据灌浆前检查数据综合分析后进行调整。

（6）灌浆结束标准：在规定灌浆压力下注入率不大于0.2 L/min时，继续灌注15 min，即可结束该孔段灌浆。

（7）封孔：浆液固化后，清除孔口灌浆管，修复廊道混凝土面。

3.5 漏水治理难点分析

3.5.1 解决施工场地狭小问题

结构缝漏水点位于厂房坝段423 m高程观测廊道内，廊道尺寸2.0 m×2.5 m（宽×高），结构缝铅直度偏差约±8 cm，另在廊道内上游侧布置有一条φ219 mm的真空激光准直管道，占据约0.6 m的廊道宽度，施工场地非常狭小，施工机具难以布置。故采取在廊道和坝后平台两个作业面进行施工。

3.5.2 降低机组安全运行风险

结构缝漏水部位距厂房机组设备较近，易产生施工渗水漏浆途径，对厂房机电设备安全运行存在很大的安全风险，也是长期以来迟疑未决的原因之一。因此需改进漏水部位检测方式方法，在各薄弱部位留人观察压水检测及灌浆过程，遇到异常立即停止或进行相应处理。

3.5.3 解决压水试验难于控制问题

常规结构缝漏水治理需做压水试验检查，考虑压力较大对厂房机组运行构成安全隐患且难于控制，该结构缝漏水具体位置和范围难以探明，故改压水试验为闭水试验进行漏点检测。

3.5.4 解决骑缝钻孔精度控制问题

由于结构缝漏水部位结构缝铅直度偏差大约±8 cm，且廊道空间狭小，骑缝钻孔孔径较大，钻孔精度难于控制，施工难度极大。为此改骑缝钻孔为斜钻孔技术实施。

4 关键工艺施工情况要点

4.1 表面封堵

在423 m高程廊道清除10～11号坝段结构缝表层嵌填物，安装1孔φ50 mm排水管、2孔φ30 mm灌浆管及1孔安有压力表的测压管，采用堵漏材料嵌填结构缝进行表面堵漏，见图3。

4.2 止浆孔钻孔与低压灌浆

因廊道内空间狭小，骑缝钻孔难度大，止浆孔移至大坝与厂房间的坝后453.9 m高程平台。止浆孔位于斜坡下游侧2 m处，因结构缝偏移较大，骑缝钻孔无法实施，止浆孔采用斜孔与结构缝相交技术（为确保钻止浆孔时厂房内不漏水，先在止浆孔下游侧1 m处钻深1.0 m预灌浆孔进行预灌浆，灌浆量350 kg）。止浆孔实际完成共3个，止浆孔1号在449 m高程与结构缝相交，缝面有浆液未灌浆；止浆孔2号在434 m高程与结构缝面相交，灌浆量600 kg；止浆孔3号至445 m高程与结构缝面相交，灌浆量550 kg。预灌浆孔与止浆孔采用低压灌浆技术，灌浆压力在0.15 MPa左右，同时采用定量灌浆，止浆孔布置见图4。

图3 大坝423 m高程廊道结构缝止漏灌浆施工布置图Fig.3 Grouting construction for the structural joints of the gallery on the elevation 423 m

图4 大坝453.90 m高程平台钻孔施工布置图Fig.4 Distribution of boreholes in construction platform on elevation 453.90 m

4.3 闭水试验

通过在423 m高程廊道结构缝上关闭埋设的管路球阀开关进行闭水试验，通过测压管上的压力表观测和记录压力测值，并设专人监视各薄弱部位渗漏水变化情况，一旦有任何异常现象，可立即打开423 m高程观测廊道结构缝上埋设的管路球阀开关排水减压，防止厂房内机电设备发生安全事故。通过该方法查找漏水点位置，并确定缝面止浆效果。

4.4 灌浆堵漏

在坝后453.90 m高程平台布设3孔结构缝止浆孔，灌注LW型灌浆材料约1 500 kg。闭水试验厂房内结构缝不漏水的情况下，在423 m高程观测廊道10～11号坝段坝体结构缝上进行压力灌浆。采用大流量灌浆泵进行纯压式灌浆，灌浆压力根据库水位情况控制在0.6 MPa左右，并以最大进浆速度灌浆，等灌浆量达到4 000 kg后，根据漏水与漏浆情况确定灌浆速度，共分别灌入LW型和HW型灌浆材料5 000 kg和500 kg，灌浆用时约4 h，灌浆孔布置见图3。

5 漏水治理效果与结论

铜街子水电站大坝423 m高程观测廊道10～11号坝段结构缝处理前漏水量为180 L/min，2011年3月处理后漏水量为0，结构缝无任何渗水现象，大坝其它部位渗漏量无异常现象，且经历了一个汛期的考验，堵漏效果显著，表明采取该技术进行结构缝堵漏是合理的，成功解决了铜街子大坝长期遗留的安全隐患。

在充分研究论证大坝结构缝漏水成因的基础上，针对廊道施工场地狭小，漏水部位距离厂房机组较近、结构缝铅直度偏差较大等特点，通过闭水试验、止浆孔骑缝钻孔压力灌浆改为斜钻孔低压与定量灌浆技术，有效解决了结构缝铅直度偏差大、造孔精度难以控制的施工难点。该工程选择了资质齐全、经验丰富的专业队伍，深入分析缺陷产生的原因并研究优化处理方案，并在施工过程中及时调整与完善施工工艺，值得总结和推广。

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