吳衛(wèi)新，吳俊杰

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

我國混凝土面板堆石壩建設經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，成績顯著。然而，此類大型水電站也面臨著諸多滲漏問題[1-3]。由于土料的非線性、多維度，加之基礎灌漿、壩料碾壓、現(xiàn)場管理等施工質(zhì)量管理問題，導致多種滲漏形式及種類，這給大壩滲漏檢測及修復帶來巨大挑戰(zhàn)[4-8]。根據(jù)大壩運行情況，專業(yè)技術(shù)人員通過多次檢測及水下修復，但效果不佳。根據(jù)近期檢測發(fā)現(xiàn)大量滲漏區(qū)域，最終選擇降水處理，但降水后發(fā)現(xiàn)面板破損嚴重且較之前處理后有明顯加劇情況。鑒于前兩次采用柔性防護處理效果不好，最終采用高于原設計強度一個等級的混凝土進行大面積修復破損混凝土[9-12]。本工程位于高緯度寒冷地區(qū)，冬季時間漫長，修復時間已經(jīng)進入冬季，晝夜溫差達20℃，而且在斜面施工大型機械無法使用。因此，選擇合適的施工方案對面板能否成功修復至關重要。

1 工程概況

某高寒區(qū)水電站主要任務是發(fā)電，正常蓄水位752 m，年平均發(fā)電量5.24×108kW·h，屬大(Ⅱ)型Ⅱ等工程，主要由面板堆石壩、表孔溢洪洞、深孔泄洪洞、發(fā)電洞與發(fā)電廠房等建筑物組成。據(jù)當?shù)厮恼?957-2005年和當?shù)貧庀笳?957-2003年氣象資料統(tǒng)計，多年平均氣溫為4℃，極端最高氣溫36.4℃，極端最低氣溫-40℃。最大凍土深度1.7 m。樞紐平面布置見圖1。

圖1 工程平面布置圖

2 大壩運行情況

2015年5月29日，庫水位在747.3 m，大壩下游坡腳出現(xiàn)滲水，量水堰滲漏量增大，發(fā)電尾水渠邊墻排水孔排水量明顯增大，量水堰出口監(jiān)測的滲漏量增加至230 L/s左右，尾水擋墻所有排水孔估算在800 L/s左右。尾水渠邊墻排水孔及廠房后邊坡總體的滲水量初期沒有明顯的變化，后期略有增加。庫水位變化時，滲水量看不出明顯變化。當庫水位大于743.0 m高程后，廠房后側(cè)邊坡逐漸出現(xiàn)濕潤區(qū)域。當庫水位低于741.0 m后，廠房后邊坡滲水區(qū)域逐漸消失。大壩蓄水以來的滲漏量監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在2015年4月之前滲漏量維持在70 L/s左右，當4月底庫水位從736 m增至748 m后，滲漏量也迅速增大，至2015年6月時已上升至250 L/s左右(不包含尾水渠邊墻排水孔滲漏量)，之后隨庫水位下降而減小至174 L/s。

2015-2016年，采用水下檢測查明大壩左岸19#面板高程690 m附近存在一處集中滲漏區(qū)；2016年10月至2017年4月，對集中滲漏區(qū)采用水下加固方式進行應急處理。經(jīng)水下應急處理，大壩滲漏量大幅降低；2017年4月下旬，庫水位743.0 m時，大壩總滲漏量(不包括尾水邊墻排水孔)約200 L/s。2018年高水位運行時，大壩滲漏量有所增大，水下檢查發(fā)現(xiàn)19#面板出現(xiàn)新的滲水裂縫。2018年11月至2019年5月，對新發(fā)現(xiàn)的滲漏裂縫再次采用水下加固方式進行處理；2019年5月12日全部完工，在同等水位727.30 m情況下處理前后滲水量從265.08 L/s只降低至237.92 L/s，滲水量只減少27 L/s，效果不明顯。

2020年3月10日，檢測公司再次進場開展檢測工作，截至2020年5月8日基本完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。本次共發(fā)現(xiàn)19個高電流密度異常區(qū)，編號為①-⑩和M1-M9，均為滲漏入水口的反映。水電站大壩面板滲漏源檢測成果圖見圖2。

圖2 水電站大壩面板滲漏源檢測成果圖

從國內(nèi)外100～200 m級同類型混凝土面板堆石壩滲漏量統(tǒng)計情況來看[13-14](表1)，類似本工程的大壩滲漏量400 L/s左右。本工程2015年5月29日庫水位在747.3 m，量水堰出口監(jiān)測的滲漏量增加至230 L/s左右，尾水擋墻所有排水孔估算在800 L/s左右，初步估算在1 000 L/s以上。同時，結(jié)合工程在后期運行時統(tǒng)計每年最大滲漏量值來看，與國內(nèi)外同類工程相比，水庫滲漏量總體偏大，且未掌握實際滲漏量。大壩下游壩坡堆石體變形偏大，且尚未完全收斂。鑒于前兩次水下處理不全面，且后期均有發(fā)現(xiàn)面板破損區(qū)域增大現(xiàn)象，本階段采取降低庫水位，進行修補處理。水位降落至695 m高程，2020年9月30日在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)18#、19#面板前期處理的防滲蓋片已經(jīng)脫離面板，其防滲作用已失效，見圖3。之后拆除18#、19#面板表面蓋片及土工膜，露出面板破損范圍，見圖4。

表1 國內(nèi)外同類型級別面板堆石壩滲漏量統(tǒng)計

圖3 18#、19#面板前期處理的防滲蓋片脫離

圖4 18#、19#面板前期處理的防滲蓋片拆除

3 設計及施工方案

3.1 普查成果及方案

2020年9月30日庫水位降至695.00 m處，現(xiàn)場組織潛水員先對18#、19#水下面板進行清淤排查。2020年10月15日清淤至686.00 m高程，根據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)果，18#面板686～703 m高程裂縫分布集中，19#面板水上695～703 m高程混凝土擠壓破損，見圖5。

圖5 18#、19#面板破損范圍示意圖

鑒于前兩次采用柔性防護處理效果不好，本次根據(jù)設計要求對19#面板為左側(cè)6 m范圍，18#面板為大部分，水上部位處理范圍703～695 m，采用水上澆筑混凝土的方式修復面板強度，修復范圍見圖6。

圖6 18#、19#面板破損范圍修復示意圖

由于面板壩坡為1∶1.5坡面較陡，自動化重機械無法停留在面板上，無形中給現(xiàn)場施工增加了難度。因此，根據(jù)混凝土破損及裂縫分布情況，人員和設備位于小型三角操作平臺上，由卷揚機控制操作平臺的升降進行施工。施工程序分為8個步驟：①施工準備→②操作平臺搭設→③混凝土鑿除、鑿毛→④插筋施工→⑤鋼筋網(wǎng)制安→⑥模板施工→⑦混凝土澆筑及養(yǎng)護→⑧表止水安裝。其中③-⑦具體要求為先采用風鎬進行混凝土的鑿除，手持電鎬進行混凝土鑿毛?；炷凌徝嬖O置直徑25 mm插筋，采用風鎬或電鎬進行造孔，深入混凝土30 cm，間排距均為40 cm，植筋膠進行安裝；鋼筋由人工沿上游坡面倒運至澆筑倉面進行人工綁扎，混凝土頂面5 cm處設置直徑16 mm、間距20 cm的鋼筋網(wǎng)，水上面板破損處理橫剖面圖見圖7。混凝土采用哈巴河縣購買成品骨料，2 m3裝載機15 t自卸汽車運輸40.0 km至工地現(xiàn)場拌制。人員和設備位于操作平臺上，由卷揚機控制操作平臺的升降進行施工。采用人工配合風鎬進行混凝土的鑿除，人工入倉澆筑混凝土，振搗器振搗。

圖7 水上面板破損處理橫剖面圖

3.2 面板修復后效果

2020年9月30日降水，10月12日檢查發(fā)現(xiàn)18#、19#面板破損較為嚴重，在設計方案的基礎上提出修補施工方案，703～695 m高程18#、19#部位已于2021年11月4日全部修補完成，并進行保溫養(yǎng)護。水上面板破損部位修復施工過程圖見圖8。

圖8 面板破損部位修復施工過程圖

根據(jù)混凝土試驗28 d試驗成果可知，本次所采用的混凝土抗壓強度均滿足設計指標，具體試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 混凝土立方體抗壓強度試驗數(shù)據(jù)匯總表

4 結(jié) 語

1) 由于本工程防滲體結(jié)構(gòu)破損較為嚴重，壩體滲漏量相比同類型工程都較大，對于高寒區(qū)斜坡面上大面積混凝土破損修復困難較大。目前雖然面板修復取得一定的效果，庫水上升26 m保持在死水位711 m進行發(fā)電，但是壩體內(nèi)部與外部變形還在繼續(xù)，尚未收斂，面板內(nèi)部的受力情況也未改變。通過低水位運行讓壩體沉降一段時間后，再進行修復。

2) 面板壩由于壩體沉降變形過大且變形尚未收斂，導致混凝土面板擠壓破壞及斷裂發(fā)生漏水的工程較多。對于水下破損部位，由于施工困難、采用柔性防滲處理的效果不好，建議降水后采用提高一個等級混凝土恢復破損部位面板結(jié)構(gòu)及強度，并對新修部位進行適當分區(qū)設置結(jié)構(gòu)縫及表止水適應面板變形。