沙沱水电站340 m高程层面渗水处理

(中国人民武装警察部队 水电第三支队，广西 南宁 530222)

1 工程背景

沙沱水电站位于乌江干流，贵州省沿河县城上游约7 km处，距乌江口河道250.5 km。枢纽由碾压混凝土重力坝、坝身溢流表孔、左岸引水坝段、坝后厂房及右岸垂直升船机等建筑物组成。拦河大坝为全断面碾压混凝土重力坝，坝顶高程371 m，河床最低建基面高程260 m，最大坝高101 m，基础最宽处73.125 m，坝顶宽10 m。从左到右依次为左岸挡水坝段、厂房取水口坝段、电梯井坝段、溢流坝段、通航建筑物坝段和右岸挡水坝段。

2 渗水产生过程

右岸挡水坝段坝体为碾压混凝土，包括14～16号坝段。根据施工安排，14，15号坝段于2010年1月10日浇筑至340 m高程后暂停施工，直至2010年10月30日恢复浇筑，340 m高程层面施工停歇约10个月。沙沱大坝于2013年4月下闸蓄水，蓄水后坝体运行正常。2013年9月以后发现14～16号坝段下游坝面340 m高程开始出现少量渗水。

3 处理过程

为保证大坝安全，采用压水试验、钻孔取芯、孔内录像等措施排查了340 m高程层面结合情况。先后采取普通水泥灌浆、超细水泥灌浆和化学灌浆等方法进行处理，最终解决了渗水问题。

3.1 探 查

依据坝体上、下游面渗水情况，在坝顶有针对性地布设了6个检查孔进行压水试验检查。检查孔深入老混凝土1 m(至339 m高程)。检查结果表明：340 m高程新老混凝土缝面渗水范围进一步扩大且渗水明显。具体渗水范围：坝后为坝横0+510.0～0+557.0、坝横0+501.0～0+505.0；坝前为坝横0+512.0～0+556.0。

根据压水检查出现的340 m高程接缝渗水加剧情况，决定采取钻孔取芯和孔内录像措施，进一步查明340 m高程碾压混凝土层间结合情况，为后续制定处理方案提供依据。在坝顶布设了10个取芯孔，取芯孔深入老混凝土1 m。

从芯样情况来看，340 m高程以上芯样骨料分布均匀，结合致密。新老混凝土水平施工缝均在340 m高程断开，表明340 m高程碾压混凝土层面出现了新老混凝土水平施工缝层间结合问题。孔内录像的结果与芯样反映的情况一致。

经设计单位复核认为，施工时对老混凝土面进行了凿毛处理，层间摩擦系数有一定富余，作用水头较小，上部坝体基本满足抗滑稳定要求，大坝不受影响。但是如果渗水长期作用，混凝土会析出钙化物且伴有游离物产生，大坝混凝土受到侵蚀，降低层面抗滑稳定参数，存在长期运行安全隐患。因此，需进行渗水堵漏处理。

3.2 第一次处理

根据渗水情况及排查结果，决定于2013年年底至2014年年初，在低温季节采取普通水泥灌浆处理方案进行处理。

(1)灌浆孔布置。在坝顶沿坝体防渗区内边缘钻一排灌浆孔，孔距1.5 m，钻孔孔径75 mm，孔深穿过薄弱面150 cm。

(2)普通水泥灌浆。采用一泵一孔，单孔孔口封闭，孔内循环式灌浆工艺。灌浆压力初设为0.3 MPa，灌浆过程中逐级提升灌浆压力，最大上限压力为 0.5 MPa。

(3)灌浆结束标准。在设计压力下，不吸浆，继续灌注30 min即可结束，并闭浆2 h以上。

普通水泥灌浆后起到了一定的防渗效果，渗水量减少，但仍有渗漏。

3.3 第二次处理

2014年10月份以后，再次出现明显渗水现象，建设单位决定采用超细水泥灌浆处理。具体处理过程与普通水泥灌浆相似，处理后渗水情况得到较大改善，但坝后部分部位仍有渗漏现象。

3.4 第三次处理

针对坝后渗漏部位，根据孔内录像资料分析认为，340 m高程混凝土结合面没有明显层面裂缝和集中渗漏点，裂缝张度较小，先后两次采用普通水泥灌浆和超细水泥灌浆均不能完全封堵渗漏通道，需选用强度高、粘结力强、收缩小、对细小裂缝渗入能力强的灌浆材料进行灌浆。2015年初对340 m高程层面进行第三次处理，采取上游侧从坝顶进行化学灌浆、下游侧在340 m高程渗水点进行化学灌浆处理的方案。

(1)灌浆孔布置。在坝顶沿坝体防渗区内边缘钻一排灌浆孔，孔距1.5 m，孔深以穿过薄弱面150 cm为准。化灌段为从孔底至340 m高程薄弱面以上50 cm，该段化学灌浆在340.5 m高程以上需采取加塞封闭，防止化学浆液进入340.5 m高程以上孔内。

(2)灌浆结束标准。层面处压力不大于0.3 MPa，不吸浆，继续灌注30 min即可结束，并闭浆2 h以上。

(1)裂缝描述。通过现场勘查，在性状描述图上标注裂缝产状、走向、坐标、裂缝长度、缝口张开度、是否渗漏水和缝口有无钙化物等。

(2)刻槽。人工刻槽，槽成燕尾型，范围沿裂缝两端各延伸1 m。

(3)洗槽。用洁净的压力水将槽内粉末、碎屑冲洗干净。

(4)注浆管安装。每隔0.25 m安装1根注浆管，管长0.35 m，外露约0.2 m。

(5)封缝处理。待灌浆管安装完毕后对缝口进行封缝处理，以裂缝为中线用M30环氧砂浆进行封缝。

(6)化学灌浆。灌浆顺序：自下而上、从低往高、从一端往另一端；浆材选用CW改性环氧灌浆材料；灌浆压力初设为0.3 MPa，灌浆过程中逐级提升灌浆压力，最大上限压力为0.5 MPa；当最后灌浆孔吸浆量小于1 mL/min时，继续灌注30 min，即可结束，并闭浆2 h以上。

(7)灌后处理。灌浆完成5 d后，切除灌浆管，打磨光滑，沿缝两侧贴防污带。

经过普通水泥灌浆、超细水泥灌浆、化学灌浆等措施处理，340 m高程层面渗水得到控制，保证了坝体运行安全。

4 成因分析

14号坝段340 m高程以上碾压混凝土浇筑之前，在340 m高程坝面采取钻孔取芯方式检查了340 m高程以下大坝的质量情况。14号坝段共布置2个取芯孔，孔深分别为38.40 m和51.28 m，碾压混凝土芯样获得率达99.9%以上，芯样最大长度分别为17.08 m和15.35 m，当时芯样最大长度居国内同类坝型之首。同时，在15号坝段布置1个取芯孔，孔深17.0 m，碾压混凝土芯样获得率达99%以上，芯样最大长度10.1 m。14，15号坝段340 m高程以下碾压混凝土芯样整体表面光滑致密，结构密实，骨料分布均匀，胶结情况良好，层缝面无折裂。说明340 m高程以下碾压混凝土质量满足要求。

对340 m高程以上碾压混凝土钻孔取芯检查表明，芯样结构密实，骨料分布均匀，胶结情况良好，层间结合面无折裂现象，说明340 m高程以上碾压混凝土施工质量满足要求。

2010年10月，14，15号坝段340 m高程混凝土复工时，参建各方对高程340 m的层面处理都非常重视，采取了老混凝土面凿毛、摊铺砂浆、铺设膨胀止水条等措施。340 m高程的层面处理满足规范要求，低温季节出现渗水问题，并非因层面处理质量把关不严所致。

经施工单位、监理工程师、设计单位和建设单位多次探讨认为，340 m高程碾压混凝土层面出现渗水现象，主要原因是上部新混凝土自身体积变形和干缩相对较大(下部老混凝土变形已趋稳定，上、下层混凝土龄期相隔1 a左右，属上部新浇混凝土的强约束区)。同时，340 m高程上部坝体结构相对单薄，坝体温度变化对外界温度较为敏感，温度变化引起的坝体变形相对较大。特别是蓄水初期水库水温引起上部坝体降温明显，温度变化引起的坝体变形相对较大。因此，新老混凝土以上的变形差引起层间结合出现薄弱面，在水压力作用下，形成渗水通道并不断发展。

5 经验总结

5.1 提高层面处理技术标准

对于新老混凝土结合，长间歇，冷升层，老混凝土层面处理问题，现行混凝土规范中没有明确的要求及具体处理措施，常规处理方法难以保证层间结合。

在沙沱水电站，13号坝段由于施工导流需要作为预留过流缺口，2008年施工至297 m高程后暂停施工。根据施工进度，2012年10月恢复施工，进行缺口封堵。297 m高程层面碾压混凝土间歇达3 a之久，对于13号坝段新老混凝土结合问题，采取了一系列技术处理措施： 对13号坝段297 m高程老混凝土面进行凿毛处理，并加大凿毛粗糙度。 在297 m高程距离上游面50 cm和100 cm处各增设1道膨胀止水条及1道爬山虎止水铜片，距离下游面50 cm处增设1道膨胀止水条。 增设二级配变态混凝土过渡层。

13号坝段碾压混凝土施工完成后，钻孔取芯的芯样骨料分布均匀，结合致密，297 m高程层间结合良好，蓄水至今没有出现渗水现象。

5.2 及时采用恰当的措施

发现渗水后，虽然参建各方都很重视，及时排查分析原因，采取处理措施，但并未达到最好的效果。建设单位首先决定采用普通水泥灌浆方案，因为340 m层面裂隙很小，普通水泥灌浆效果不佳，第二年低温季节又出现渗水。再采用超细水泥灌浆，也未取得预期效果。直到第三次采用化学灌浆才彻底解决渗水问题。长时间的渗水作用将对坝体安全产生一定不良影响。如果发现渗水现象当初就采用化学灌浆的方法处理，则可以降低渗水对大坝坝体的破坏性。