南亚某水电站副坝漏水原因及整治方案

任梦宁, 吕兴民

(机械工业勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710043)

南亚某水电站副坝漏水原因及整治方案

任梦宁, 吕兴民

(机械工业勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710043)

南亚某水电站副坝为混凝土面板堆石坝,高77 m,坝基为侏罗系砂泥岩,当水位蓄至50多米时,坝体发生漏水,最大漏量达15.28 m3/s,临时采取坝前抛倒石块、砂砾石进行封堵,继而放空水库。漏水原因主要是趾板基础岩体风化严重,软弱,强度低,又未进行很好灌浆,致使趾板与岩体接触处发生接触冲刷,形成孔洞,导致面板开裂变形,造成渗漏。处理措施是封堵孔洞,修复面板和趾板,对坝体进行探查和补强灌浆,在趾板前增设齿槽。经过处理后，渗漏问题得到彻底解决，坝体再无渗漏点。

面板堆石坝;严重渗漏;原因分析;整治措施

1 工程概况

1.1 工程简介[1]

南亚某水电站副坝为混凝土面板堆石坝,坝高为77 m,坝顶长639.38 m。水库正常设计水位为215.0 m,死水位为180 m。于2010年5月开始施工,2015年2月基本完成;2013年2月13日开始进行面板施工,2013年6月9日结束,历时4个月。2013年11月26日基本建成并下闸蓄水。

1.2 坝体漏水简况

2014年7月1日—8月7日,库水位在196.77～200.066 m之间徘徊,受突降暴雨影响,8月8日凌晨库水位暴涨至202 m时,在坝后坡脚及其附近突然出现多处漏水,水质特别浑浊。9月16日下午水位达到196.20 m时,漏量达到15.28 m3/s。于是对大坝进行全面检查,10月4日完成了坝前面板及趾板的水下全面检查,发现面板局部出现裂缝有漏水外,在左岸趾板下部还发现有扁平形空洞,形成了主要渗漏通道,给大坝的安全稳定带来不利。为确保大坝安全和雨季发电,坚持反滤堵漏原则,在空洞正上方偏上游,采取定点抛投块石、碎石和砂,使粒径逐渐减小的堵漏方案。通过在2014年10月6日—2014年12月4日,抛投砂、石(散料及袋装)累计总量约2 500 m3。效果较为理想,使坝后漏水量减少为2 m3/s左右。

通过利用副坝放空洞将剩余库水降至155.50 m高程后,共发现三处渗漏通道(图1),其中两处紧靠趾板底部,发生接触冲刷、流土破坏;而另一处位于趾板下部的全、强风化长石石英砂岩上部顶面,发生了接触冲刷、流土和管涌破坏;最大铅直宽度在0.5～1.5 m。均由初期封堵材料人工碎石、编织袋等充填。

2 坝体漏水原因

2.1 坝基岩体特性

坝址河床宽约107.73 m,高程148.57 m,近河床两岸基岩裸露,主要由长石石英砂岩、泥岩及泥质粉砂岩组成,以长石石英砂岩为主,次为泥质粉砂岩、泥岩,层理较发育,裂隙发育程度与岩性有关,岩石强度越高裂隙越发育。在两岸坡顶及靠近河床附近有第四系残坡积和崩坡积土分布,厚度依次<4～8 m。

2.2 地质、设计对坝基要求

2.2.1 设计要求[2]

《达岱河水电站坝基及边坡开挖与支护技术要求》规定:趾板范围内,应将表面覆盖层及冲积层挖除至强风化岩层中部,避免有高度>0.5 m的陡坡(陡于1∶0.25)和反坡,基础开挖面必须清洗干净。

2.2.2 地质要求

根据趾板基础出露的地层岩性和风化程度以及工程地质特征的不同而决定趾板建基面的高程。要求趾板基础岩石要有一定的强度、刚度(变形特征)和完整性。因此,对本工程趾板基础作如下规定:

图1 副坝左岸趾板渗漏段工程地质示意剖面图Fig.1 Schematic section of engineering geology about leakage segment of toe slab of left auxiliary dam1.侏罗系中统沉积岩;2.长石石英砂岩;3.泥岩;4.泥质粉砂岩;5.渗漏通道;6.全风化界线/强风化界线/弱风化界线；7.投影孔。

2.3 施工情况

在施工过程中严格执行设计和地质人员的要求,开挖基础为强风化中部或弱风化顶板(照片1)。但是,在趾板水平距离162.3～236.6 m(平面图桩号0+086.8～0+160.6)分布有全—强风化砂岩(照片2),该段由于建基面为全—强风化砂岩,地质人员多次要求必须挖掉,基础开挖到强风化岩石的中部,但是最终还是把趾板置于全风化岩石基础上(照片2)。趾板岩石未达到要求,同时基础灌浆未达到要求。趾板下的全、强风化长石石英砂岩水力破坏坡降较小,难以抵抗库水压力,因此造成在高压水流渗流的作用下,产生了接触冲刷、流土和管涌渗透变形破坏。经高压水流侵蚀冲刷,趾板地基内渗漏通道是越冲越大,使渗漏通道所处范围的趾板处于架空状态。大坝堆石体内部细颗粒被带出,块石、碎石向下游发生位移,形成渗流通道和空腔。在库水压力、自重作用下,趾板发生折断,失去对面板的支撑作用。加之面板下面堆石体密度减小或有空腔存在,难以抵抗面板的变形压力,使面板发生裂缝、脱空。当放空水库后,发现41#～47#面板在177.79～187.76 m高程以下都发生了沉陷变形,变形量>10 cm。尤其在43#～45#面板下部变形最为明显(图2),最大变形量达到65.7 cm,以其为中心,周围变形量逐渐变小。趾板底部出现孔洞,顺趾板轴线方向长度约7～8 m,最大竖向高度0.5 m。面板出现变形拉裂现象(照片3、照片4)。

照片1 弱—微风化长石石英砂岩建基面情况Photo 1 Weak-slightly weathering feldspar-quartz sandstone in construction section

照片2 162.3～236.6 m段趾板建基面全风化长石石英砂岩Photo 2 Toe slab of whole-weathered feldspar-quartz at 162.3～236.6 m in base-plate

图2 43#～45#面板裂缝示意图Fig.2 Schematic diagram of 43#～45# faceplate crack

照片3 大坝趾板底部孔洞Photo 3 Hole of bottom toe slab of dam

通过以上分析,大坝主要存在二类缺陷:

(1) 在渗漏通道入口处周围,垫层料(也可能有部分过渡料)大部分被带走,形成较大的孔洞、空腔,造成面板变形、开裂、错台,趾板及面板悬空脱落。

(2) 大坝堆石体,经过8月8日以来几个月渗漏、冲刷,细颗粒被带走,形成渗漏通道,这些部位的堆石料有可能被架空,形成空洞,影响大坝整体稳定,危及大坝的安全。此次大流量长期渗漏未造成垮坝实属万幸。

照片4 面板变形及裂缝发育情况Photo 4 Face deformation and fracture development

3 坝体整治方案

经设计、施工、业主等各方讨论形成如下处理方案:

3.1 坝体整治

面板工程处理方案见图3。

3.1.1 面板

把破坏严重的混凝土面板全部拆除,拆除方法分为人工凿除和机械拆除。原则上有铜止水部位的混凝土应人工凿除,凿除过程中尽量保证面板垂直缝和周边缝的铜止水完整,人工凿除范围为距离周边缝1.0 m、垂直缝0.5 m的面板混凝土,其它部位可采用机械拆除。

对于面板破坏处的垫层料及过渡料的处理措施采用充填补强法。本方法对于垫层料及过渡料的处理是尽量不进行大面积的开挖,不扰动没有发生渗透破坏的坝料,采用改性堆石料或堆石混凝土充填、灌浆补强。

图3 面板工程处理方案示意图Fig.3 Schematic diagram of treatment scheme of face project1.补强灌浆边界线;2.土工膜敷设范围边界线;3.面板凿除范围线;4.面板沉陷等值线;5.趾板凿除范围线。

混凝土面板下的挤压墙强度不高,受到渗漏水流冲蚀和面板的挤压,可能已经不再完整,损坏严重,应全部予以拆(凿)除,后期可采用无砂混凝土替代恢复。

松动的垫层料和过渡料挖除。挖除时,要保证下游及两侧边坡的稳定。开挖坡比平行坝坡,并在边坡上喷一层5 cm厚的素混凝土。边坡喷护工作随着坝料开挖及时跟进,裸露边坡高度不应>2 m。

坝料充填只能处理浅层的孔洞、空腔,对于深层的孔洞、空腔采用灌浆补强的方法。同时在处理孔洞、空洞时,应先清除周边的编织袋、树枝等杂物。

充填补强工作完成后,在无砂混凝土表面铺设一层土工布,主要起到减小无砂混凝土对混凝土面板的约束和一定的反滤作用。最后根据原设计要求浇筑面板混凝土。

面板裂缝处理:①面板表面裂缝(缝宽<0.3 mm)。缝面打磨、冲洗,刷粘结剂,贴玻璃丝布或者其它防水材料,再涂刷防水涂料。②表面裂缝>0.3 mm而未贯穿面板。凿除裂缝处的混凝土直至裂缝底部,形成“ V ”型槽,冲洗,槽内表面涂刷粘结剂,回填SR填料,表面贴三元乙丙橡胶防渗盖片,再涂刷防水涂料。③贯穿性裂缝。凿除裂缝处的混凝土,形成“ U ”型槽,冲洗,槽内表面涂刷粘结剂,槽底部布设沥青木板条,Φ50复合橡胶棒,回填SR填料,表面贴三元乙丙橡胶防渗保护盖片,再涂刷防水涂料,缝的两面打斜孔(穿透裂缝),磨细水泥灌浆。

3.1.2 坝体

首先通过物探测试手段,配合风压冲击回转钻孔确定空腔的大小、分布范围等;然后进行回填砂砾石料。填充完成后再用水泥砂浆进行回灌,以保证回填的密实度。

3.2 坝基处理

拆(凿)除Y8～Y9有渗漏通道的趾板混凝土,挖除该部位的全强风化岩石至强风化下限,拆除过程中尽量完整保留原安装的止水设施。趾板下部采用同标号混凝土回填,至原设计建基高程后,按照原设计体型和断面配筋浇筑趾板。布置固结和帷幕灌浆孔,进行灌浆。对该河两岸,坝前铺盖顶面以上灌浆帷幕进行定点、定距离检查,若基岩透水率不满足设计要求(>5 Lu),则进行补充帷幕灌浆和固结灌浆。

在Y7～Y13趾板上游面处增设齿墙(照片5),基础开挖至完整的弱风化基岩,浇筑混凝土截渗墙墙厚1.0 m,深6 m,与趾板相连接。

4 结语

该工程发生的严重事件,说明对面板坝趾板基础的处理要极为重视,基础岩体一定要为弱风化岩体,或者岩石强度为较高的强风化岩体的下部,并做好固结灌浆和帷幕灌浆,以防发生接触冲刷破坏。

照片5 正在施工中的面板与齿墙(钻机所在位置)Photo 5 Fale slab and toothed walls in construction

建议按有关规范和技术要求,由第三方对副坝所有建筑物进行全面检查,特别是趾板地基质量的检查。

建议增补观测系统,要建立和完善副坝的渗流和地下水动态观测,对大坝存在隐患的地方及时进行工程处理,防止大坝处理后再次出现漏水情况。

[1] 任梦宁,杨稳仓，戴彦雄,等.南亚某水电站工程地质勘察报告[R].西安:机械工业勘察设计研究院,2011.

[2] 韩建波.南亚某水电站坝基及边坡开挖与支护技术要求[R].西安:中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,2011.

(责任编辑：陈文宝)

Leakage Reason and Improvement Method for Auxiliary Damof a Hydropower Station in South Asia

REN Mengning, LV Xingmin

(ChinaJikanResearchInstituteofEngineeringInvestigationandDesign,Co.,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710043)

The auxiliary dam of a hydropower station,which is concrete face rock-fill dam with a height of 77m,is based on the Jurassic sandstone and mudstone. When pool level exceed 50m,the leakage occurred,with maximum amount of 15.28m3/s. After taking the temporary treatments of filling stone and sand gravel in front of the dam,water of the reservoir is all discharged. The causes of leakage including:basement of the dam is intense weathered rock with weak strength;Without high quality grouting construction to prevent the contact erosion between toe slab and rock.At last,it leaded the deformation and cracking of the concrete face. The final improvement method for leakage is to block the pores,repair the concrete face and toe slab,investigate the dam and strengthen with grouting,and construct additional sockets in front of the toe slab.

concrete face rock-fill dam; serious leakage; reason analysis; improvement method

2015-04-21;改回日期:2015-05-11

任梦宁(1966-),男,高级工程师,水文地质与工程地质专业,从事工程地质工作。E-mai:renmengning@126.com

TV698.2+3

A

1671-1211(2016)01-0091-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601016

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.1333.038.html 数字出版日期:2015-12-17 13:33