(山西省東山供水工程建設(shè)管理局，山西 太原 030001)

小寨水電站混凝土面板堆石壩滲漏處理

劉雨雨

(山西省東山供水工程建設(shè)管理局，山西 太原 030001)

混凝土面板堆石壩滲漏問題日漸成為水利工程人員的關(guān)注對象。本文以山西省晉中市小寨水電站混凝土面板堆石壩為研究對象，分析其滲漏原因及防治措施，采用排空水庫、利用儀器無損檢測滲漏等方法，進行了針對性的處理。半年后蓄水檢驗，滲漏情況完全符合要求。

混凝土面板堆石壩；滲漏；處理

混凝土面板堆石壩壩體滲漏情況較為常見，其危害不僅對大壩安全造成極大隱患，而且增加了大壩維護成本，縮短運營時限。

本文以山西省晉中市小寨水電站為研究對象，分析其滲漏原因及防治措施。以期為類似的水利工程滲漏問題治理提供經(jīng)驗。

1 工程概況

小寨水電站位于山西省晉中市，大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂長202.8m，壩高最大處118m，整個大壩坡比1∶1.3，用灰?guī)r料填筑形成壩體。水庫庫容85億m3，平常蓄水量70m3，調(diào)節(jié)庫容45億m3。水電站裝機容量40MW，年均發(fā)電量180億KW·h，主要承擔當?shù)氐乃Πl(fā)電任務(wù)。大壩自2012年滲漏量增加，到2016年8月滲漏量高達1388L/s，急需處理。

借助新型水下聲納滲漏檢測技術(shù)測定大壩具體滲漏部位，依據(jù)滲漏部位制定水庫放空方案，研究大壩滲漏治理措施。經(jīng)專家討論，最后確定選擇水下起吊封堵門與水下堵頭巖塞爆破等多種方式結(jié)合貫通原來導(dǎo)流洞放空水庫方案。其大壩滲漏治理措施采用多元化技術(shù)，根據(jù)滲漏實際情況選擇混凝土面板塌陷修復(fù)、面板裂縫修復(fù)、面板脫空測定、灌漿、止水修復(fù)等技術(shù)措施。

2 壩體滲漏檢測

受壩體材料影響，高面板堆石壩滲漏檢測困難。借助水下聲吶滲漏流速檢測技術(shù)，結(jié)合水下高清攝像追蹤技術(shù)，準確測定滲漏部位。滲漏流速檢測精度可以達到10-4mm/s，可在水下350m工作。水下高清攝像和動態(tài)追蹤技術(shù)能夠復(fù)現(xiàn)滲漏集中點形態(tài)與滲流運動情況，同時可以檢測到滲漏點與下游出口的貫通性。水下聲吶滲流流速檢測采用4m×4m的間隔布設(shè)檢測點，對于流速高的部位采用1m×1m的間隔布設(shè)。通過精密檢測，壩體滲漏主要集中在大壩左下側(cè)面板與趾板位置。集中滲漏點經(jīng)統(tǒng)計共有8個，其中三處最大的集中滲漏點1、2、3處流速依次是0.68m/s、0.36m/s、0.26m/s。對1、2、3處3個集中滲漏點采取水下高清攝像與噴墨追蹤檢測結(jié)合方式進行檢測，3處覆蓋層細顆粒被水流沖走，充分證明滲漏通道的存在。在3處滲漏入口借助軟管放置高濃度追蹤紅色液體，2.5h后，大壩下游出口處水體變紅，其顏色逐漸加重，充分表明大壩上游滲漏處和下游滲漏通道出口處存在良好的連通性。

3 排空水庫

3.1 導(dǎo)流

山西省晉中市小寨水電站原有的導(dǎo)流隧洞全長708.6m，在0+452.3和泄0+113.6處相交，銜接段長度為264.5m。其斷面是6m×6.5m的城門洞形。導(dǎo)流隧洞從進口開始分別是進口閘門、臨時堵頭、永久堵頭、三岔口堵頭，具體分布如圖1所示。

圖1 導(dǎo)流隧洞分布

該水庫隧洞僅把水庫水位降到470.00m，剩余的50m無法通過原有隧洞排空。為解決此難題，研究決定采取繞過三岔口堵頭的旁通洞方案，也就是靠近山體測開挖一條旁通洞，避開三岔口堵頭，旁通洞上游與下游與原有導(dǎo)流隧道重疊。這樣可以有效降低巖塞爆破難度，減少施工成本，縮短工期。在水庫水位到達470.00m時，按照程序?qū)?dǎo)流洞進口封堵閘門開啟、將永久堵頭炸開、水下炸開臨時堵頭、排空水庫余水。為了防止水庫排空時水流過快造成下游發(fā)生洪澇，在導(dǎo)流隧洞尾部設(shè)置一段控泄堵頭，水庫排空后再將其拆除。

3.2 開啟原導(dǎo)流洞進口封堵閘門

因原導(dǎo)流洞進口封堵閘門處于水下，常年不見陽光并有大量雜物淤泥等堆積，吊耳與埋件生銹嚴重，其開啟工作具有挑戰(zhàn)性。考慮到爆破拆除危害性大、后期修復(fù)成本高等缺點，選擇采用架設(shè)水上浮臺起吊、水下潛水人員輔助相結(jié)合的方式進行，并隨之準備把每節(jié)疊梁門切割后分塊吊起。

水上平臺的穩(wěn)定性十分重要，為了保證閘門吊起順利，將鋼管焊接形成平臺，并由兩艘拖船在兩側(cè)提供動力。在開啟閘門時，水上平臺人員將鋼絲繩施放到水里，水下潛水人員拖拽鋼絲繩并穿過閘門吊耳固定，做好相應(yīng)防護措施后方能起吊。

3.3 導(dǎo)流洞巖塞拆除

導(dǎo)流洞巖塞拆除重點對象是臨時堵頭，采用埋設(shè)炸藥的方式進行。臨時堵頭爆破拆除難度高，需要一次性爆破貫通，且不能破壞襯砌和圍巖。為了確保爆破精準成功，首先進行試驗研究。確定選用三號巖石乳化炸藥，爆破網(wǎng)絡(luò)選擇非電導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)延時起爆網(wǎng)絡(luò)。臨時堵頭在2016年10月成功爆破拆除，水庫排空順利。

4 面板堆石壩壩體存在的不足分析

山西省晉中市小寨水電站水庫排空后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)面板堆石壩存在下列問題：?L3、L4面板在高程500.00m處存在40m2的塌陷區(qū)；?L2、L3、L4、L5面板在高程400.00m左右存在240m2的塌陷區(qū)，塌陷深度高達2.5m；?頂部止水老化；?裂縫嚴重，尤其是高程550.00m以上；?周邊縫底部銅止水拉裂(見圖2～圖5)。

圖2 500.00m高程處L3、L4面板破損

圖3 426.00m高程L2～L5面板塌陷實景

圖4 高程550.00m高以上的裂縫掃描

圖5 壩底銅止水拉裂實景

5 面板堆石壩壩體處理

清理壩前防滲區(qū)域的黏土與蓋重，查看面板與趾板破損狀況，采用的加固方案是：對混凝土面板破損裂縫等進行修補；對混凝土面板脫空病害及疏松墊層料采用灌漿方式進行加密處理；更換底部止水；防滲帷幕處理采用灌漿技術(shù)。

5.1 面板脫空治理

混凝土面板和堆石兩者的彈性模量相差懸殊，在大壩運行中，極易造成面板脫空。經(jīng)過檢測，混凝土面板脫空多出現(xiàn)在高程約550.00m，脫空深度多為4cm。面板脫空破壞了原來鋼筋混凝土面板受力平衡狀態(tài)，造成面板裂縫現(xiàn)象增多。水庫排空后，在面板中間部分沿坡安置8排鉆孔，其高差控制在12m以內(nèi)。鉆孔采用手風鉆進行，脫空灌漿采用自流式灌漿。

灌漿材料必須保證漿液流動性強、穩(wěn)定性好、強度適宜。最后確定灌漿材料為粉煤灰水泥砂漿，結(jié)石強度控制在2MPa ，彈模低于2000MPa。為了適應(yīng)現(xiàn)場施工情況，水灰比設(shè)定3組：1∶1、0.75∶1、0.5∶1。開灌比例為水：水泥粉煤灰=1∶1，其中水泥與粉煤灰比例為1∶2.5。在灌漿過程中應(yīng)根據(jù)脫空情況調(diào)整濃度與壓強。

5.2 加密治理

面板下面墊層與過渡區(qū)因墊層顆粒受滲水沖刷被帶走，引發(fā)面板脫空，造成大壩密實度低。為了修復(fù)面板破損處，首先借助核子密度儀獲得其密度。利用改性墊層料充填面板底部空洞，填充完畢后對其墊層料與過渡料以加密灌漿方式提高其密實度對于面積較大的缺失區(qū)域，盡量選擇與相鄰墊層性質(zhì)相同的墊層料填筑。

加密灌漿選擇面板垂直鉆孔灌漿方式，鉆孔不得鉆穿過渡層?？讖酱笥?cm，梅花形分布。漿液具體配合比、壓強等參數(shù)見下表。

相關(guān)參數(shù)要求表

灌漿后經(jīng)檢測合格方能進行下一工序。

5.3 止水處理

采用中部止水方式，通過加強頂部止水方式處理面板止水問題。

將全部老化的頂部止水進行替換。選擇縫口設(shè)橡膠棒、上部填筑塑性材料、表面鋪設(shè)不銹鋼壓條錨固的止水結(jié)構(gòu)。

因周邊縫是面板接縫中最易發(fā)生形變的部分，對止水結(jié)構(gòu)配兩道封閉止水帶，以提升其防滲能力。當面板有形變破損時，應(yīng)采用止水結(jié)構(gòu)進行加固。

5.4 裂縫修復(fù)

考慮到該水電站面板裂縫是常年積累而成，且形變情況也較多的實際情況，裂縫修復(fù)采用變形能力較強的柔性材料。對550.00m高程以上的裂縫借助非金屬超聲波檢測儀與裂縫測寬儀獲得裂縫位置、長度、寬度、深度、方向等信息。依據(jù)上述信息將裂縫分為3類。寬度大于0.3mm的裂縫，采用貼嘴灌漿方式填充裂縫后進行封閉處理。

表面處理材料經(jīng)SR防滲蓋片與噴涂聚脲對比后，確定采用噴涂聚脲，其噴涂規(guī)格為寬500mm、厚0.2cm。其強度大于15MPa，伸長率大于400%，與混凝土黏結(jié)強度高于2.6MPa。

5.5 破損混凝土面板處理

用電動液壓切割機將需要拆除的混凝土面板切成長1.2m、寬0.8m的矩形運送到坡底后，破碎成容易運輸?shù)乃槠宄?。新舊混凝土結(jié)合處處理成臺階，之間以雙層雙向方式由鋼筋銜接。

6 結(jié) 語

山西省晉中市小寨水電站大壩滲漏治理工程歷經(jīng)7個月(2016年9月至2017年4月)，經(jīng)過滲漏措施處理后的大壩，雨季水位達到550.00m，半年后監(jiān)測，大壩滲漏量小于40L/s，滲漏情況完全符合要求，表明大壩滲漏治理效果明顯。

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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