马堵山水电站坝体和坝基防渗补强处理分析

田一亩

（广东省水利电力勘测设计研究院 广东 广州 510170）

1 引言

水利工程中最为重要的问题之一就是坝基和坝体的渗漏问题，它是决定工程成败的最主要因素。因此，对水利工程坝基和坝体进行必要的防渗处理是必不可少的环节[1,2]。目前水利工程中防渗的指导思想基本遵循“上堵下排”的原则，采用帷幕等防渗措施堵水而采用排水孔等措施及时排水[3,4]。目前众多已建工程防渗系统存在某些缺陷，对现有防渗系统的补强处理成为一个常见问题。马堵山水电站一期蓄水后，坝基渗漏量较大、部分测压孔水头也较大，这对工程是不利的，有必要分析产生上述问题的原因并采取相应的处理措施。

2 工程概况和问题的提出

云南省红河马堵山水电站工程位于红河干流下游红河州的个旧市金平县境内。该工程是坝式开发的水电工程，工程任务以发电为主，为发展供水、库区航运创造条件。水库总库容5.51亿m3，调节库容2.6亿m3，具有不完全年调节性能。电站装机容量288MW，设计年发电量13.14亿kW·h。工程总投资22.37亿元。它是红河干流12级开发方案中的第10个梯级。工程总投资21.17亿元，工程总工期47个月。

本工程设计有较为完善的防渗系统，坝基在进行固结灌浆的前提下，进行系统的防渗帷幕设计，并且在坝基和坝体中均设置完善的排水孔，部分帷幕布置见表1。经过一期蓄水后验收发现，本工程坝基岩体破碎、微裂隙发育、无明显的相对隔水层。初期蓄水后，坝基渗漏量大，部分测压孔水头较大。根据初期监测成果，设计调整了排水孔深度，但效果不明显。因此有必要在二期蓄水之前进行必要的防渗措施的补强加固处理。

3 坝基帷幕灌浆设计和施工

3.1 灌浆基本设计要求

帷幕灌浆设计基本指标要求为透水率q≤1Lu。帷幕灌浆孔孔径不宜小于46mm，检查孔终孔直径不应小于100mm。钻孔灌浆分段一般以5m为宜，岩石条件较好时，孔段长度最大可延长至8m一段，岩石很破碎漏水大的部位孔段长小于5m。帷幕灌浆材料主要采用32.5或以上普通硅酸盐水泥。水泥细度的要求为：通过80μm方空筛的筛余量不应大于5%。灌浆用水可采用清洁不浑浊且无显著酸性反应的天然河水，灌浆浆液应由稀至浓逐级变换。帷幕灌浆压力在帷幕孔顶段取1.0～1.5倍坝前静水头，在孔底段取2～3倍坝前静水头，但不得抬动岩体。

3.2 帷幕灌浆参数的确定

3.2.1 单位注入量分析

不同试验段灌浆注入量对比分析结果如下：未采用湿磨机的10#坝段，Ⅰ序孔单位注入量为6.38kg/m；Ⅱ序孔单位注入量为49.80kg/m；Ⅲ序孔单位注入量为44.75kg/m；Ⅱ序孔比Ⅰ序孔单位注入量递减53.37%，递减规律明显。采用湿磨机的11#坝段，Ⅰ序孔单位注入量为135.57 kg/m（比未磨细增加了59.19 kg/m）；Ⅱ序孔单位注入量为74.33kg/m（比未磨细增加了 24.53kg/m）；Ⅲ序孔单位注入量为49.66kg/m（比未磨细增加了4.91kg/m）；Ⅱ序孔比Ⅰ序孔单位注入量递减82.39%，递减规律明显。上述对比试验结果说明，采用湿磨工艺后大大改善了基岩的吃浆效果，有利于提高帷幕的质量，说明水泥浆的细度对该部位的灌浆效果有一定的影响作用。

3.2.2 压水试验成果分析

根据钻孔取芯揭示，该部位岩石完整性较差，裂隙发育但张开度不大。试验孔灌前压水试验同样表明了这一特点，除个别孔段无法加压，透水率无法计算，其余均在100Lu以内，可计算的段数平均6.77Lu。

从检查孔压水试验成果表可以得出j1＃孔段透水率大于1Lu；j2＃孔双排帷幕内各段透水率小于1Lu，但副帷幕以下的孔段亦均大于1Lu。因此孔距2.0m不能达到设计防渗要求，而孔距1.5m亦只有双排帷幕内大部分孔段能达到设计防渗要求。从11#坝段灌浆廊道压水试验成果表可以得出，两个检查孔各段透水率在双排帷幕内均小于1Lu可以满足设计防渗要求，副帷幕底高程以下检查孔均有1个孔段的透水率未达到小于1Lu的设计标准（分别为1.12Lu、1.4Lu）。帷幕灌浆试验成果显示，采用孔距2.0m，水泥细度为通过80μm方孔筛余量不大于5%，未能达到设计防渗要求，为此过程实际决定采用孔距1.5m，排拒0.75m，水泥细度为通过40μm方孔筛余量不大于5%的湿磨细水泥。

表1 大坝坝基帷幕灌浆分布

表2 部分帷幕补强灌浆施工统计表

表3 补强措施及结果对比表

3.3 帷幕灌浆施工设计

冲孔采用脉冲冲洗的方法，冲洗压力一般为本段灌浆压力值的80%，冲洗直至回水澄清，并延续10min结束，总冲洗时间不少于20min。采用小口径钻孔、孔口封闭、自上而下分段灌浆法。浆液变换的要求及灌浆浆液的浓度，遵循由稀到浓的原则，逐级改变。各建基高程的主帷幕灌浆压力不同，建基高程为117m～154m的防渗主帷幕最大设计灌浆压力为3MPa，建基高程为154m～222.5m的主帷幕最大设计灌浆压力为2MPa。在设计压力下时，如灌浆段吸浆量小于0.4L/min，继续灌注60min，即结束灌浆。封孔材料为水灰比0.5∶1的水泥浆。

4 坝体和坝基补强帷幕灌浆的设计和施工

4.1 补强措施的设计与施工

工程初期蓄水后，发现坝基渗漏量大，部分测压孔水头较大。建议在水库二期蓄水过程中采用必要的处理措施，对此马堵山水电站运行及参建单位针对蓄水安全鉴定的建议，先后开展了帷幕灌浆质量复核、排水孔改造工作，结合大坝现已正常蓄水发电，上下游水位差较大、下游廊道帷幕未封闭、坝基廊道渗水特点等情况，采取先封闭下游廊道帷幕轴线再进行帷幕加密的方法进行渗水处理施工。

4.1.1 排水孔改造

蓄水后，发现排水孔渗漏量较大，讨论分析认为，原排水孔穿过固结灌浆深度范围相对较深，可以减小入岩深度以减小坝基排水量。后设计修改为：封堵原设计排水孔，在原排水孔孔间重新造孔。新排水孔孔径为Φ75mm，孔斜下游10°，3m间距布置，孔深不超过该部位固结灌浆深度（实际深度控制在10m左右）。河床坝段新排水孔最低底高程为110m，固结灌浆孔最深底高程为104m，新排水孔最低底高程高于固结灌浆孔最深底高程6m。原设计排水孔封堵、修改后排水孔施工完成后，从坝内渗漏量来看：排水孔改造前坝内渗漏总量40.7L/s与改造后坝内渗漏总量35.7L/s相比，有较明显减少趋势，且渗漏分布均匀。

4.1.2 坝体帷幕补强

分别对6#坝段坝体帷幕22孔、5#、6#坝段坝体结构缝补强4孔、6#、7#坝段结构缝补强8孔进行补强灌浆。注浆总进尺2111.5m，水泥用量98.0t。根据灌浆后的结果可知，实施前6#坝段161m高程灌浆廊道内的三个坝体排水孔孔出水量分别为 0.4L/s，0.28 L/s，1.8 L/s，且坝后坡混凝土水平施工缝有渗水湿印。实施后三个坝体排水孔无明显水流，该段坝体渗透量基本为零，且坝后坡没有渗水湿印。表明本次坝体补强处理达到预期效果。

4.1.3 坝基帷幕补强

坝基补强施工顺序如下：10#坝段原副帷幕试验段加密灌浆施工，然后8#、12#下游廊道帷幕轴线封闭施工，之后8#～11#坝段上游主帷幕加密灌浆施工，最后对3#～7#坝段、12#～14#坝段局部渗水处采用局部处理方案（在排水较大的孔位对应上游面帷幕轴线上进行加密或加深灌浆）。部分帷幕补强灌浆施工统计表见表2。

4.2 补强措施效果的检验

经过以上改进处理，马堵山水电站坝体及坝基渗水得到很好改善，2014年8月20日后，经观测，排水廊道集水井汇入量为6L/s～7L/s，满足坝体安全稳定要求。另外还进行了压水试验，压水试验共布设四个孔，9#和12#坝段各两个，压水试验孔径为75mm，自上而下分段进行，分段长度为2.0m。压水试验采用单点法，逐级加压。共进行压水试验154段次，压水试验最小透水率为0.00585Lu，最大透水率为1.092Lu，小于1.0Lu的153段次，占99.4%，从压水试验结果可以看出补强后整体抗渗性能较好。补强措施前后结果对比表见表3。

5 结语

本文结合马堵山一期蓄水后，坝基渗漏量大、部分测压孔水头较大的不利情况，分析产生上述问题的原因并有针对性的进行坝基及坝体帷幕灌浆补强、排水孔改造等工作。经过以上改进处理，马堵山水电站坝体及坝基渗水得到很好改善，有效地处理后满足坝体安全运行的要求。陕西水利

[1]刘加龙.岩石地基防渗帷幕设计关键问题探讨[J].广西水利水电,2014,(1):37-43.

[2]卢晓刚.山口水库坝基防渗分析 [J].水利科技与经济,2014,20(6):95-97.

[3]潘建冬.马堵山水电站进水塔设计 [J].甘肃水利水电技术,2005,41(4):356-358.

[4]曾礼成.马堵山水电站固结灌浆试验与分析[J].科技风,2010,(2).