某高混凝土面板壩近期滲流量增大原因分析

呂高峰，朱錦杰（國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

某高混凝土面板壩近期滲流量增大原因分析

呂高峰，朱錦杰（國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

某高面板堆石壩2014年的實(shí)測(cè)總滲流量明顯大于歷史最大值。通過排除降雨量的影響，說(shuō)明降雨量不是2014年滲流量增大的主要原因。通過回歸分析和大壩下游集水井水位變化進(jìn)一步說(shuō)明滲流量并不是2014年突然增大，而是自2005年開始逐步增大的。根據(jù)水下檢查成果進(jìn)一步推斷滲流量增大的原因是面板切槽設(shè)置軟縫和垂直縫擠壓破損導(dǎo)致銅片止水與面板連接部位產(chǎn)生滲漏通道，壩體變形的長(zhǎng)期不穩(wěn)定使?jié)B漏通道逐步增大。

高混凝土面板堆石壩；滲流量；增大

1　工程概況

某水電樞紐為大（1）型工程，主要由攔河大壩、開敞式溢洪道、引水發(fā)電系統(tǒng)、地面廠房、放空隧洞等建筑物組成。某攔河大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高178.00 m，壩頂高程791.00 m，壩頂長(zhǎng)1 104.00 m，壩頂寬度12.00 m，上游壩坡1∶1.4，下游平均壩坡1∶1.25（綜合壩坡1∶1.4）。面板厚度按高程線性漸變?cè)O(shè)計(jì)，頂部厚度0.30 m，底部厚度0.90 m，共分69條塊，每條塊寬16 m，在高程680.00 m和746.00 m處分別設(shè)水平施工縫。壩體主要?jiǎng)澐譃閴|層料區(qū)、反濾料區(qū)、主堆石區(qū)和次堆石區(qū)。大壩平面布置見圖1。

該高面板堆石壩2014年實(shí)測(cè)滲流量明顯大于歷史最大值，通過相關(guān)分析明確滲流量逐步增大的本質(zhì)，進(jìn)而分析滲流量增大的原因。

2　滲流量數(shù)據(jù)分析

為監(jiān)測(cè)大壩滲流性狀，在下游壩趾布設(shè)一座標(biāo)準(zhǔn)梯形量水堰，在壩腳布置3個(gè)集水井（作為水位孔使用）。右岸地下水位較高，為降低地下水位在右岸設(shè)置排水洞，并在排水洞3和排水洞7的洞口分別設(shè)置3號(hào)量水堰和7號(hào)量水堰，用于監(jiān)測(cè)排水洞滲流量。滲流監(jiān)測(cè)儀器布置見圖1。

圖1　大壩平面布置和量水堰及集水井監(jiān)測(cè)布置Fig.1 Layout of dam,weir and water collecting well

2.1滲流量基本情況

庫(kù)水位和滲流量實(shí)測(cè)過程線見圖2。由圖可知：

圖2　降雨量、庫(kù)水位和滲流量實(shí)測(cè)過程線Fig.2 Measured rainfall,reservoir water level and seepage

（1）大壩滲流量整體與庫(kù)水位變化關(guān)系密切，隨庫(kù)水位的升降而增減。

（2）2003年7月和2004年5月面板發(fā)生兩次破損，但破損前后大壩滲流量變化不大，兩次面板破損并未完全裂穿，面板擠壓破損對(duì)大壩防滲體系未構(gòu)成明顯影響。2002～2005年，大壩滲流量比2000年和2001年大幅度減小，主要因?yàn)榇髩紊嫌螏?kù)區(qū)淤泥堆積。2006～2008年，滲漏量有一定的增大。2009年和2011年下半年～2012年上半年，因庫(kù)水位較低，滲流量不大，截止到2013年，單從過程線看，滲流量沒有明顯增大。

（3）2014年滲流量達(dá)到238.14 L∕s，超過了歷年最大值，且明顯大于前期的最大滲流量183.32 L∕s。2014年降雨量整體較大，但排除降雨影響的2014年滲漏量最大值達(dá)到190.17 L∕s，也明顯大于2014年以前排除降雨影響的最大滲流量為167 L∕s。降雨不是滲流量增大的主要原因。

（4）3號(hào)、7號(hào)排水洞口量水堰滲流量主要受庫(kù)水及降雨量影響。最大滲流量均不超過1.8 L∕s，表明右壩肩的滲流量不大，大壩沒有明顯的繞壩滲流。

2.2滲流量處于逐步增大過程

從滲流量實(shí)測(cè)過程線看，滲流量呈現(xiàn)2014年突增的現(xiàn)象。但2014年大壩運(yùn)行環(huán)境未發(fā)生本質(zhì)變化，大壩也沒有明顯新增缺陷，其中面板也沒有發(fā)現(xiàn)新的擠壓破損。表1是滲流量回歸分析成果表，圖3是滲流量回歸分析成果圖，由圖表可知，滲流量回歸分析擬合度很高，從滲流量時(shí)效分量中也可發(fā)現(xiàn)滲流量是逐步增大的，而不是2014年突增的。

表2是集水井年最大值統(tǒng)計(jì)表，由表可知：集水井水位在2004年以前整體較為穩(wěn)定，但2004年后集水井水位逐步增長(zhǎng)。排除庫(kù)水位的影響，例如庫(kù)水位在2008年、2010年和2014年整體差別較小，但在這幾年間，集水井的水位仍有明顯增大。綜上所述，從2005年開始，集水井水位一直在逐步增高，進(jìn)一步印證了大壩滲流量在逐步增大。

表1　滲流量回歸分析成果表Table 1 Results of regression analysis on seepage

圖3　滲漏量回歸分析成果圖Fig.3 Results of regression analysis on seepage

表2　集水井年最大值水位統(tǒng)計(jì)表（單位：m）Table 2 Statistics of annual maximum level of water collection well(unit:m)

3　滲流量增大原因分析

大壩滲漏量在2014年庫(kù)水位上升后有明顯增大，超過了歷年最大滲漏量，且滲流量是逐步增大的。在排除降雨和右岸繞壩滲流等因素外，可以判定滲流量增大主要由大壩本身引起。面板、止水結(jié)構(gòu)、趾板和帷幕灌漿等組成了面板壩的防滲體系。前期面板本身有較多裂縫，但都已修補(bǔ)，后期面板裂縫沒有新的發(fā)展，面板裂縫導(dǎo)致后期滲流量增大的可能性不大。結(jié)合面板運(yùn)行情況和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，初步推斷大壩滲流量增大的原因是面板切槽設(shè)置軟縫和垂直縫擠壓破損導(dǎo)致銅片止水與面板連接部位產(chǎn)生滲漏通道，壩體變形的長(zhǎng)期不穩(wěn)定使?jié)B漏通道逐步增大。

壩體變形后面板中部凹向下游，河谷中間的面板變形性態(tài)將導(dǎo)致壓性縫兩側(cè)的面板呈現(xiàn)表面接觸、底部張開的形式，面板之間巨大的壓應(yīng)力不能均勻地分布在壓性縫兩側(cè)，面板表面承受更為巨大的壓應(yīng)力，導(dǎo)致擠壓破損從面板表層開始。面板擠壓破損主要發(fā)生在面板表面，擠壓破損造成了SR止水破壞。該工程面板在2003年5月和2004年8月發(fā)生兩次大的擠壓破損，在這兩次擠壓破損過程中，大壩總滲流量未發(fā)生明顯增大，主要因面板底部銅止水未發(fā)生破壞。

原面板垂直縫之間為硬接觸，垂直縫內(nèi)未嵌填其他材料，兩側(cè)面板直接接觸。為避免面板進(jìn)一步發(fā)生擠壓破壞，2004年對(duì)L3∕L4的746 m高程以上、L1∕L2和L5∕L6的746～787.3 m高程進(jìn)行切縫改造。2005年6～8月對(duì)R1∕R2、L8∕L9的787.3～731 m高程進(jìn)行切縫改造，2005年切縫改造詳圖見圖4和圖5。在切除混凝土條帶內(nèi)，嵌入2 cm的橡膠板，在縫頂作SR材料鼓包，混凝土表面鋪貼SR防滲蓋片，蓋片延伸至混凝土邊界50 cm，用不銹鋼扁鋼及膨脹螺栓（間距30 cm）固定防滲蓋片，并用環(huán)氧材料進(jìn)行封邊壓實(shí)。2005年切縫在厚度方向從表面一直到面板底部，2004年切縫改造與2005年切縫改造類似，但切縫未到面板底部。面板切槽改造過程直接影響面板底部的止水銅片與面板混凝土的連接效果，容易使面板和止水之間產(chǎn)生小的滲漏通道。

圖5　填縫構(gòu)造詳圖（單位：mm）Fig.5 Details of joint construction(unit:mm)

河谷中間斷面布置在壩頂?shù)?個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降速率見表3，從表中可以看出，截止到2014年，最大沉降速率達(dá)到10.30 mm∕年，壩體變形一直未完全穩(wěn)定。壩體的長(zhǎng)期變形不穩(wěn)定使面板進(jìn)一步擠壓破損（2005年、2008年、2009年、2011年和2012年均有擠壓破損）。

切縫改造過程中，止水銅片與面板連接附近的混凝土極有可能受到損傷，甚至產(chǎn)生局部的脫空，從而產(chǎn)生滲漏通道，大壩總滲流量在切縫改造后增大。同時(shí)切縫設(shè)置軟縫后，面板本身受力變化，設(shè)

置軟縫處的受力減小，沒有設(shè)置軟縫的低高程面板將承受更大的應(yīng)力。大壩變形的長(zhǎng)期不穩(wěn)定使面板進(jìn)一步擠壓破損，垂直縫處的滲漏通道逐步增大，表現(xiàn)為滲流量和集水井水位在切縫改造之后逐步增大。2012年5月底（當(dāng)時(shí)庫(kù)水位740.2 m）水下檢查發(fā)現(xiàn)，L3∕L4垂直縫的L3面板716.16～706.56 m高程、L8∕L9垂直縫的L8面板731.26～726.26 m高程（該部位混凝土破損面比較新鮮）發(fā)生局部破損，局部吸墨現(xiàn)象明顯，也說(shuō)明擠壓破損的垂直縫產(chǎn)生滲漏通道（2012年之前未進(jìn)行吸墨試驗(yàn)，面板擠壓破損產(chǎn)生滲漏通道的時(shí)間不確定）。綜上所述，面板的切縫改造和多次的擠壓破損使面板垂直縫止水結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲漏通道，大壩變形的長(zhǎng)期不穩(wěn)定導(dǎo)致滲漏量逐步增大。

4　結(jié)語(yǔ)

該高面板堆石壩2014年實(shí)測(cè)滲流量明顯超過以往最大值。通過滲流量回歸分析和集水井水位變化可知，滲漏量不是2014年發(fā)生突增，而是自2005年開始在逐步增大。降雨量對(duì)滲流量有較大影響，但降雨量不是2014年滲流量增大的主要原因。右岸排水洞滲流量不大，右岸繞壩滲流也不是滲流量增大的主要原因。在排除降雨和右岸繞壩滲流等因素外，可以判定滲流量增大主要由大壩本身引起。面板本身裂縫主要發(fā)生在前期，且已修補(bǔ)，面板裂縫沒有新的發(fā)展，面板裂縫導(dǎo)致后期滲流量增大的可能性不大。大壩滲流量增大主要因?yàn)槊姘迩胁墼O(shè)置軟縫和垂直縫擠壓破損導(dǎo)致銅片止水與面板連接部位產(chǎn)生滲漏通道，壩體變形的長(zhǎng)期不穩(wěn)定使?jié)B漏通道逐步增大。

[1]呂高峰,朱錦杰,王玉潔.天生橋一級(jí)水電站水工建筑物安全監(jiān)測(cè)資料分析報(bào)告[R].杭州：國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心,2015.

[2]呂高峰,王玉潔,朱錦杰,張猛.某大壩右岸覆蓋層內(nèi)滲流性狀和防滲缺陷分析[J].水力發(fā)電,2015,41(11):47-50,54.

[3]呂高峰,王玉潔,朱錦杰.某面板堆石壩垂直縫破損滲漏量估算方法的適用性分析[J].水電能源科學(xué),2015,33(5): 65-68.

[4]呂高峰,朱錦杰,王玉潔,等.某大壩右岸新增防滲排水措施效果分析[J].人民珠江,2016,37(1):68-71.

作者郵箱：lv_gf2@ecidi.com

Title:Reason analysis for seepage increase of a high concrete face rock-fill dam

by LV Gao-feng and ZHU Jin-jie∕Large Dam Safety Supervision Center,National Energy Administration

The measured total seepage of a high concrete face rock-fill dam in 2014 is significantly larg?er than in history.The increase of rainfall in 2014 is not the main reason by excluding its impact.By re?gression analysis and study of the water level change of collecting well downstream the dam,the conclu?sion is obtained that the seepage increase is not in a sudden but a gradual increasing process since 2005.Based on the underwater inspection results,it is gotten that the reasons for seepage increase are as following:cutting groove and setting soft seam on concrete face,as well as extrusion damage of verti?cal seam which leads to the leakage channel between the copper water-stop and concrete face.

high concrete face rock-fill dam;seepage;increase

表3　典型測(cè)點(diǎn)沉降位移在近8年的變化速率(單位:mm/年)Table 3 Change rate of settlement at typical monitoring points in recent 8 years(unit:mm/year)

TV698.1

B

1671-1092（2016）04-0040-04

2016-06-16

呂高峰（1987-），男，浙江臨安人，工程師，碩士，主要從事大壩安全監(jiān)測(cè)和巖土工程數(shù)值計(jì)算工作。