赵山渡引水工程泄洪闸防渗补强加固设计

沈贵华

（浙江省水利水电勘测设计院 杭州 310 002）

1 工程概况

赵山渡引水工程是以供水、灌溉为主，兼顾发电的综合利用水利工程，由引水枢纽工程和输水渠系工程两部分组成。引水枢纽工程水库总库容3414万m3，电站装机容量20MW；输水渠系工程设计引水流量36m3/s，加大引水流量39m3/s，输水干渠总长62km，年供水总量7.3亿m3。

引水枢纽位于温州市瑞安龙湖镇西北的赵山渡，距温州市87km，距瑞安市41km。主要建筑物由右岸混凝土重力坝、右岸河床式电站厂房、泄洪闸、左岸混凝土重力坝等组成。16孔泄洪闸布置在河床中间部位，总宽度 257.9m，每孔净宽 12m，总净宽 192m。泄洪闸自上游至下游由上游护坦、闸室、消力池、下游护坦、海漫及抛石防冲槽等组成。闸室均为单孔独立缝墩式结构，溢流堰与闸墩整体连接，闸基础坐落于密实砂砾卵石地基或经碾压处理的砂砾卵石地基上。

泄洪闸闸室段上游布置防渗系统，通过上游护坦将混凝土防渗墙和闸室连接。闸址基础采用封闭式混凝土防渗墙防渗，防渗墙位于上游护坦上游侧，其两端分别与电站厂房和重力坝基础防渗帷幕相连接，并结合止水系统共同形成整个引水枢纽工程的防渗体系。防渗墙水下混凝土墙身厚 0.8m，墙底嵌入弱风化基岩至少 0.5m，墙体最深50.7m。防渗墙混凝土设计指标为：抗压强度≥10MPa，抗拉强度≥1MPa，弹性模量≤1.6×104MPa，抗渗标号≥S6。防渗墙顶部1.5m高度范围为现浇200#钢筋混凝土头部，水下混凝土防渗墙11.2m高度范围墙内布置有钢筋笼，并要求顶部质量较差部分至少须凿除 0.5m后再浇筑头部。防渗墙与上游护坦的连接，采用头部和上游护坦间设伸缩沉降缝，缝内设紫铜片和橡胶止水带2道止水，经上游护坦缝内的水平止水带与闸室水平止水带相连，在各闸室缝墩内靠上游端分别设置垂直向紫铜片和橡胶止水带与水平止水形成封闭系统。

2 泄洪闸运行状况及初步补强处理

2.1 泄洪闸运行状况

赵山渡引水枢纽工程于1998年7月正式开工，2002年 7月 2期工程完工，引水枢纽整体投入蓄水运行。工程自投入运行以来，泄洪闸相继出现了多个闸墩下游伸缩缝异常渗漏水现象，尤其浅滩区闸段更为严重。2004年底首先发现个别闸墩下游伸缩缝有渗水潮湿现象，2006年底多个闸墩下游伸缩缝出现明显漏水，到 2007年底发展为个别伸缩缝出现射流状严重漏水，说明泄洪闸防渗止水系统已破坏失效，必须进行加固补强处理。

2.2 泄洪闸防渗止水系统初步补强处理

泄洪闸整个防渗止水系统是由防渗墙、上游护坦水平止水、闸墩缝垂直止水组成的封闭系统。由于系统大部分处于水下，而赵山渡引水工程又因承担温州和瑞安的城市供水任务无法放低水位检修，难于查找判断渗漏点的具体部位。故检查、补强加固工作按照先易后难，先水上后水下逐步逼近封闭的办法进行。即先水上处理闸墩垂直止水，如有效则完成处理，如效果不明显则继续查找处理上游护坦水平止水，如还不能消除异常渗漏则最后检查处理难度最大的防渗墙。

2008年 1月对 3#与 4#、6#与 7#闸室之间闸墩伸缩缝 2道垂直止水间采用骑缝化学灌浆阻渗塞方案进行处理，即在闸顶两道垂直止水之间钻垂直骑缝孔，用速凝化灌材料注入骑缝钻孔中，形成阻渗塞止水。该方案实施后，渗漏点、渗漏量均未见明显变化，并发现化灌材料从闸室下游及上游冒出现象。因此该修补方案不再继续实施，决定做进一步的后续检查。

2008年2～3月对泄洪闸进行水下摄像和水下喷墨（高锰酸钾溶剂）检查后发现：泄洪闸17个闸墩中有10个闸墩伸缩缝上游侧存在不同程度的吸水渗漏；浅滩区防渗墙上游侧与混凝土保护体之间分缝内几乎整条存在比较明显的渗漏；主槽区上游护坦伸缩缝存在多处明显渗漏。检查结果显示，防渗止水系统已部分失效，但分缝间变形是微小且均匀的，不会造成止水带拉裂。泄洪闸位移监测也显示渗漏未对闸基正常变形造成影响。

2008年6月至2009年4月，对泄洪闸浅滩区上游永久缝缝面采用 LW 双组份灌浆材料和SX防渗模块进行水下防渗补强处理，处理的部位为防渗墙头部和顶部伸缩缝、闸前护坦与防渗墙间水平伸缩缝、闸前护坦间水平伸缩缝、闸前护坦与闸室间水平伸缩缝、闸墩上游面竖直伸缩缝。泄洪闸浅滩区上游永久缝表面防渗补强处理后，经喷墨检测，处理部位表面均已不存在吸水渗漏问题，但泄洪闸基底渗透压力基本没有变化，闸墩下游侧伸缩缝漏水没有明显改善，表明泄洪闸仍然存在渗漏通道。

2009年5～7月，对泄洪闸防渗墙进行了钻孔取芯、孔内摄像和地震波CT检测，检测结果显示防渗墙存在局部团状低速区，表明局部混凝土有缺陷。

泄洪闸防渗止水系统由防渗墙和新修补的泄洪闸上游永久缝缝面止水结构共同组成。新修补的止水结构施工后均进行了检测，不存在渗漏问题，故可以判断，泄洪闸防渗墙存在渗漏通道。有必要对泄洪闸防渗墙进行补强加固处理。

3 防渗墙补强加固处理

泄洪闸防渗墙补强加固的目的是修补原防渗墙缺陷，降低泄洪闸基底渗透压力，防止砂卵石地基渗透变形，满足现行规范下的渗透稳定要求，并使闸墩下游伸缩缝渗漏量明显减少，确保工程安全运行。

3.1 防渗墙所在河床地层情况

（1）河床覆盖层上部为第四系全新统冲积砂砾卵石层，松散－稍密，粒径以3～12cm为主，含有漂石，直径20～40cm，本层厚度为5～15m，属于强透水层，渗透系数K=55～359m/d。

（2）河床覆盖层下部为第四系上更新统冲积含泥砂砾卵石层，稍密－中密，泥质胶结，粒径以3～10cm为主，部分砾卵石呈全强风化，泥含量小于 10%，含有漂石，直径 20～40cm。本层属于弱透水层，渗透系数K=0.8～3.91m/d（局部含泥量较低段K=5.8～21.7m/d）。

（3）含泥砂砾卵石层下部为强弱风化岩，属于弱－微弱透水层。

3.2 防渗墙补强加固方案

根据地质条件及泄洪闸、防渗墙结构型式，经多方案比选确定采用在原防渗墙上游侧的水下砂卵石层内新设帷幕灌浆的补强加固方案，封闭混凝土防渗墙上可能存在的渗漏缺陷，从而延长该部位渗径，降低闸基渗透压力和渗透坡降。该方案的优点是：符合防渗体尽量靠上游侧的原则；补强加固过程中相对较易确认渗漏通道位置；对防渗墙可能存在的缺陷补强作用较大。缺点是：由于强透水砂卵石石层厚，表层又有近3m厚的人工抛石，较难成孔，灌浆过程中漏浆不易控制，浆液存留难度大。

3.2.1 补强加固处理范围

根据泄洪闸的基底渗透压力监测成果及泄洪闸渗漏情况的检查结果，对原防渗墙上游侧新设帷幕灌浆补强加固的范围为1#－7#闸孔（位于浅滩区）。根据工程地质资料，补强加固帷幕灌浆深度定为防渗墙头部以下20m（该高程以下范围基本已为弱透水层）。考虑到工程本身采用防渗墙作为垂直防渗，补强加固帷幕灌浆是针对防渗墙可能存在的缺陷而实施，因此对帷幕厚度未作具体要求。在补强加固处理过程中，要求加强对泄洪闸基底渗透压力与下游闸墩分缝处渗漏情况的监测，并根据监测情况，及时调整补强加固的范围。

3.2.2 灌浆孔位布置及灌浆材料

参照砂卵石层中设置帷幕的经验，一般布置1～2排灌浆孔。针对本工程补强加固的特点，在原防渗墙上游侧设2排灌浆孔，第1排灌浆孔轴线距防渗墙上游面 1.4m；第 2排灌浆孔轴线距防渗墙上游面 0.4m。灌浆孔为垂直孔，孔距2m，按 3个次序进行加密施工，要求孔底最大偏差值小于孔间距。灌浆过程中，若第1排灌浆孔的灌浆效果能达到处理目标，则不再进行第2排灌浆；若第 2排的灌浆效果仍达不到处理目标，可考虑在相应部位布置灌浆孔进行加密。

灌浆材料采用单液水泥浆、水泥－水玻璃孔口混合双液浆、特种水泥浆液等材料。水泥为425#普通硅酸盐水泥，水玻璃M值2.4～3.4，波美度 30～45。特种水泥主要构成为还原性特制硫铝酸盐水泥，配聚丙烯酰胺絮凝剂。

3.2.3 灌浆施工方法

灌浆方式为纯压式，采用自下而上法灌浆。一次钻孔至设计深度后以每2m为一个灌浆段自孔底开始灌浆，一段灌浆完毕后进行上一个 2m段灌浆，直至孔口。

灌浆压力以低位选择较高压力、高位选择较低压力的原则，后序孔比先序孔压力稍大。低灌浆压力以可注入为控制标准，按0.1～0.3MPa控制，高灌浆压力控制在1MPa以内。

灌浆结束标准，以灌浆压力条件下灌入量小于 3L/min为终止该段灌浆的标准，如实际施工时注浆量较大，可按注浆耗灰量 2t/m为结束标准进行控制。

要求灌浆施工时先采用水泥浆单液灌注，当水泥浆注入量接近 2t/m耗灰量而灌浆压力仍低于设计控制范围时，再使用水泥－水玻璃双液灌浆，对个别渗漏量较大的部位可增加灌注特种水泥。通过以多种灌浆材料交替灌浆的方式，来解决本工程水下强透水砂卵石层和渗漏动水条件下灌注浆液的存留问题，使防渗墙渗漏封堵灌浆得以在正常工作水头下完成。防渗墙补强加固已于2010年1～6月实施完成。

4 防渗补强加固效果分析

补强加固灌浆过程中及结束后的灌浆效果，可通过对泄洪闸基底渗透压力变化、闸墩伸缩缝下游面渗漏水变化等情况分析判断获得。经复核计算，要求基底渗透压力水头（渗透压力观测孔位于闸墩上游端头部）折减系数小于0.6即可满足闸基渗透稳定要求。

防渗墙补强加固实施前后泄洪闸基底渗透压力变化见表1。

从表1中可以看出，实施防渗墙补强加固后泄洪闸基底渗透压力下降明显，渗透压力水头折减系数均<0.3，满足闸基渗透稳定要求。同时，泄洪闸闸墩伸缩缝下游面已看不到渗漏现象。由此说明，防渗墙补强加固达到了预期效果，整个泄洪闸防渗系统的补强加固是成功的。

5 结论

（1）检查和补强加固工作采用先易后难、先水上后水下逐步逼近封闭的方法是正确的，有利于逐步查清渗漏原因，彻底消除安全隐患。

（2）防渗墙补强加固设计采用墙前灌浆封堵方案合理有效。采取多种灌浆材料交替灌浆方式可确保水下强透水砂卵石层和渗漏动水条件下的浆液存留，从而实现正常工作水头下的防渗墙渗漏封堵。

表1 防渗墙补强加固前后泄洪闸基底渗透压力变化表

（3）经补强加固处理后，闸墩伸缩缝渗漏水现象消除，基底渗透压力降至合理范围，泄洪闸已处安全运行状态。

1 浙江省水利水电勘测设计院.浙江省温州市赵山渡引水枢纽泄洪闸防渗墙补强加固设计报告. 2009.

2 温州市珊溪水利枢纽管理局. 赵山渡引水枢纽泄洪闸防渗补强加固完工验收报告. 2010.