小寨水电站混凝土面板堆石坝渗漏处理

(山西省东山供水工程建设管理局，山西 太原 030001)

小寨水电站混凝土面板堆石坝渗漏处理

刘雨雨

(山西省东山供水工程建设管理局，山西 太原 030001)

混凝土面板堆石坝渗漏问题日渐成为水利工程人员的关注对象。本文以山西省晋中市小寨水电站混凝土面板堆石坝为研究对象，分析其渗漏原因及防治措施，采用排空水库、利用仪器无损检测渗漏等方法，进行了针对性的处理。半年后蓄水检验，渗漏情况完全符合要求。

混凝土面板堆石坝；渗漏；处理

混凝土面板堆石坝坝体渗漏情况较为常见，其危害不仅对大坝安全造成极大隐患，而且增加了大坝维护成本，缩短运营时限。

本文以山西省晋中市小寨水电站为研究对象，分析其渗漏原因及防治措施。以期为类似的水利工程渗漏问题治理提供经验。

1 工程概况

小寨水电站位于山西省晋中市，大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶长202.8m，坝高最大处118m，整个大坝坡比1∶1.3，用灰岩料填筑形成坝体。水库库容85亿m3，平常蓄水量70m3，调节库容45亿m3。水电站装机容量40MW，年均发电量180亿KW·h，主要承担当地的水力发电任务。大坝自2012年渗漏量增加，到2016年8月渗漏量高达1388L/s，急需处理。

借助新型水下声纳渗漏检测技术测定大坝具体渗漏部位，依据渗漏部位制定水库放空方案，研究大坝渗漏治理措施。经专家讨论，最后确定选择水下起吊封堵门与水下堵头岩塞爆破等多种方式结合贯通原来导流洞放空水库方案。其大坝渗漏治理措施采用多元化技术，根据渗漏实际情况选择混凝土面板塌陷修复、面板裂缝修复、面板脱空测定、灌浆、止水修复等技术措施。

2 坝体渗漏检测

受坝体材料影响，高面板堆石坝渗漏检测困难。借助水下声呐渗漏流速检测技术，结合水下高清摄像追踪技术，准确测定渗漏部位。渗漏流速检测精度可以达到10-4mm/s，可在水下350m工作。水下高清摄像和动态追踪技术能够复现渗漏集中点形态与渗流运动情况，同时可以检测到渗漏点与下游出口的贯通性。水下声呐渗流流速检测采用4m×4m的间隔布设检测点，对于流速高的部位采用1m×1m的间隔布设。通过精密检测，坝体渗漏主要集中在大坝左下侧面板与趾板位置。集中渗漏点经统计共有8个，其中三处最大的集中渗漏点1、2、3处流速依次是0.68m/s、0.36m/s、0.26m/s。对1、2、3处3个集中渗漏点采取水下高清摄像与喷墨追踪检测结合方式进行检测，3处覆盖层细颗粒被水流冲走，充分证明渗漏通道的存在。在3处渗漏入口借助软管放置高浓度追踪红色液体，2.5h后，大坝下游出口处水体变红，其颜色逐渐加重，充分表明大坝上游渗漏处和下游渗漏通道出口处存在良好的连通性。

3 排空水库

3.1 导流

山西省晋中市小寨水电站原有的导流隧洞全长708.6m，在0+452.3和泄0+113.6处相交，衔接段长度为264.5m。其断面是6m×6.5m的城门洞形。导流隧洞从进口开始分别是进口闸门、临时堵头、永久堵头、三岔口堵头，具体分布如图1所示。

图1 导流隧洞分布

该水库隧洞仅把水库水位降到470.00m，剩余的50m无法通过原有隧洞排空。为解决此难题，研究决定采取绕过三岔口堵头的旁通洞方案，也就是靠近山体测开挖一条旁通洞，避开三岔口堵头，旁通洞上游与下游与原有导流隧道重叠。这样可以有效降低岩塞爆破难度，减少施工成本，缩短工期。在水库水位到达470.00m时，按照程序将导流洞进口封堵闸门开启、将永久堵头炸开、水下炸开临时堵头、排空水库余水。为了防止水库排空时水流过快造成下游发生洪涝，在导流隧洞尾部设置一段控泄堵头，水库排空后再将其拆除。

3.2 开启原导流洞进口封堵闸门

因原导流洞进口封堵闸门处于水下，常年不见阳光并有大量杂物淤泥等堆积，吊耳与埋件生锈严重，其开启工作具有挑战性。考虑到爆破拆除危害性大、后期修复成本高等缺点，选择采用架设水上浮台起吊、水下潜水人员辅助相结合的方式进行，并随之准备把每节叠梁门切割后分块吊起。

水上平台的稳定性十分重要，为了保证闸门吊起顺利，将钢管焊接形成平台，并由两艘拖船在两侧提供动力。在开启闸门时，水上平台人员将钢丝绳施放到水里，水下潜水人员拖拽钢丝绳并穿过闸门吊耳固定，做好相应防护措施后方能起吊。

3.3 导流洞岩塞拆除

导流洞岩塞拆除重点对象是临时堵头，采用埋设炸药的方式进行。临时堵头爆破拆除难度高，需要一次性爆破贯通，且不能破坏衬砌和围岩。为了确保爆破精准成功，首先进行试验研究。确定选用三号岩石乳化炸药，爆破网络选择非电导爆管雷管孔内延时起爆网络。临时堵头在2016年10月成功爆破拆除，水库排空顺利。

4 面板堆石坝坝体存在的不足分析

山西省晋中市小寨水电站水库排空后经检查，发现面板堆石坝存在下列问题：ⓐL3、L4面板在高程500.00m处存在40m2的塌陷区；ⓑL2、L3、L4、L5面板在高程400.00m左右存在240m2的塌陷区，塌陷深度高达2.5m；ⓒ顶部止水老化；ⓓ裂缝严重，尤其是高程550.00m以上；ⓔ周边缝底部铜止水拉裂(见图2～图5)。

图2 500.00m高程处L3、L4面板破损

图3 426.00m高程L2～L5面板塌陷实景

图4 高程550.00m高以上的裂缝扫描

图5 坝底铜止水拉裂实景

5 面板堆石坝坝体处理

清理坝前防渗区域的黏土与盖重，查看面板与趾板破损状况，采用的加固方案是：对混凝土面板破损裂缝等进行修补；对混凝土面板脱空病害及疏松垫层料采用灌浆方式进行加密处理；更换底部止水；防渗帷幕处理采用灌浆技术。

5.1 面板脱空治理

混凝土面板和堆石两者的弹性模量相差悬殊，在大坝运行中，极易造成面板脱空。经过检测，混凝土面板脱空多出现在高程约550.00m，脱空深度多为4cm。面板脱空破坏了原来钢筋混凝土面板受力平衡状态，造成面板裂缝现象增多。水库排空后，在面板中间部分沿坡安置8排钻孔，其高差控制在12m以内。钻孔采用手风钻进行，脱空灌浆采用自流式灌浆。

灌浆材料必须保证浆液流动性强、稳定性好、强度适宜。最后确定灌浆材料为粉煤灰水泥砂浆，结石强度控制在2MPa ，弹模低于2000MPa。为了适应现场施工情况，水灰比设定3组：1∶1、0.75∶1、0.5∶1。开灌比例为水：水泥粉煤灰=1∶1，其中水泥与粉煤灰比例为1∶2.5。在灌浆过程中应根据脱空情况调整浓度与压强。

5.2 加密治理

面板下面垫层与过渡区因垫层颗粒受渗水冲刷被带走，引发面板脱空，造成大坝密实度低。为了修复面板破损处，首先借助核子密度仪获得其密度。利用改性垫层料充填面板底部空洞，填充完毕后对其垫层料与过渡料以加密灌浆方式提高其密实度对于面积较大的缺失区域，尽量选择与相邻垫层性质相同的垫层料填筑。

加密灌浆选择面板垂直钻孔灌浆方式，钻孔不得钻穿过渡层。孔径大于5cm，梅花形分布。浆液具体配合比、压强等参数见下表。

相关参数要求表

灌浆后经检测合格方能进行下一工序。

5.3 止水处理

采用中部止水方式，通过加强顶部止水方式处理面板止水问题。

将全部老化的顶部止水进行替换。选择缝口设橡胶棒、上部填筑塑性材料、表面铺设不锈钢压条锚固的止水结构。

因周边缝是面板接缝中最易发生形变的部分，对止水结构配两道封闭止水带，以提升其防渗能力。当面板有形变破损时，应采用止水结构进行加固。

5.4 裂缝修复

考虑到该水电站面板裂缝是常年积累而成，且形变情况也较多的实际情况，裂缝修复采用变形能力较强的柔性材料。对550.00m高程以上的裂缝借助非金属超声波检测仪与裂缝测宽仪获得裂缝位置、长度、宽度、深度、方向等信息。依据上述信息将裂缝分为3类。宽度大于0.3mm的裂缝，采用贴嘴灌浆方式填充裂缝后进行封闭处理。

表面处理材料经SR防渗盖片与喷涂聚脲对比后，确定采用喷涂聚脲，其喷涂规格为宽500mm、厚0.2cm。其强度大于15MPa，伸长率大于400%，与混凝土黏结强度高于2.6MPa。

5.5 破损混凝土面板处理

用电动液压切割机将需要拆除的混凝土面板切成长1.2m、宽0.8m的矩形运送到坡底后，破碎成容易运输的碎片清除。新旧混凝土结合处处理成台阶，之间以双层双向方式由钢筋衔接。

6 结 语

山西省晋中市小寨水电站大坝渗漏治理工程历经7个月(2016年9月至2017年4月)，经过渗漏措施处理后的大坝，雨季水位达到550.00m，半年后监测，大坝渗漏量小于40L/s，渗漏情况完全符合要求，表明大坝渗漏治理效果明显。

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SeepageTreatmentofConcreteFacedRock-fillDaminXiaozhaiHydropowerStation

LIU Yuyu

(ShanxiDongshanWaterSupplyEngineeringConstructionAdministration,Taiyuan030001,China)

The seepage of the concrete faced rock-fill dam is becoming the object of concern for water engineers gradually. In the paper, concrete faced rock-fill dam in Xiaozhai Hydropower Station, Jinzhong City, Shanxi Province is adopted as the research object. The seepage reasons and preventive measures are analyzed. Reservoir emptying, nondestructive seepage test with instrument and other methods are utilized for targeted treatment. The seepage condition is completely consistent with the requirements in the water accumulation test six months later.

concrete faced rock-fill dam; seepage; treatment

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.011.002

TV641.4

B

1673-8241(2017)011-0005-04