三岔河水電站一期面板反向水壓力破壞處理

楊 旭，張小剛(中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

三岔河電站位于云南省保山市騰沖縣猴橋鎮(zhèn)，為檳榔江梯級的龍頭水庫，為二等大(2)型工程。工程采用混合式開發(fā)，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站裝機(jī)容量3×24 MW，水庫正常蓄水位1 895 m，總庫容2.74億m3，具有年調(diào)節(jié)性能。壩址區(qū)場地的地震基本烈度為Ⅷ度，基準(zhǔn)期50年超越概率10%基巖場地水平加速度峰值為0.19g。

大壩為混凝土面板堆石壩[1-2]，最大壩高94 m，趾板建基面高程1 806 m，壩頂高程1 900 m，壩頂長331 m，壩頂寬度8 m；壩體上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.6及1∶1.4[3]；大壩壩體分區(qū)從上游至下游依次為墊層區(qū)(2A區(qū))、過渡區(qū)(3A區(qū))、上游堆石料區(qū)(3B)、下游堆石料區(qū)(3C)和下游排水堆石料區(qū)(3D)，面板上游為鋪蓋區(qū)(1A)及蓋重區(qū)(1B)。大壩總填筑方量約160萬m3。

大壩混凝土面板按12 m間距分縫[4]，共有面板25塊，其中河床部位面板編號為10～13號；混凝土面板厚度采用頂部向底部增厚的形式[5]，頂部厚度0.3 m，底部厚度為0.62 m。面板混凝土強(qiáng)度等級C25，抗?jié)B等級不低于W12，抗凍等級不低于F100，水灰比不大于0.5，塌落度3～7 cm；水泥采用GB175-85“硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥”，二級配混凝土，摻15%～25%的Ⅰ級粉煤灰[6]和聚丙烯纖維0.9 kg/m3?；炷撩姘宀捎秒p層雙向配筋，每向配筋率0.4%。

1 面板破壞的發(fā)生

大壩混凝土面板分兩期施工，一期面板施工高程為1 807～1 860 m；大壩一期面板于2015-04-01日開始澆筑，5月17日全部澆筑完成。6月11日前業(yè)主、監(jiān)理及施工單位對面板進(jìn)行巡視檢查，均未發(fā)現(xiàn)任何異常。6月11日～6月23日，工程區(qū)發(fā)生持續(xù)強(qiáng)降雨，河道水位大幅上漲。6月24日降雨減小，施工方準(zhǔn)備面板表層止水施工，對河床趾板段壩前積水進(jìn)行抽排，抽排后發(fā)現(xiàn)12號面板與河床趾板交接處有抬動變形錯(cuò)位現(xiàn)象，見圖1，經(jīng)測量右側(cè)(靠13號面板)抬動6 cm，左側(cè)(靠11號面板)抬動4 cm，且右側(cè)拐角及12號面板底部周邊縫有反向滲水溢出，其流量在0.3 L/s左右；6月24日后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)12、13、14號面板有裂縫產(chǎn)生，均為水平向貫穿性裂縫[7]，其中12號面板有5條，13號面板有2條，14號面板有3條，裂縫分布高程為1 820～1 836 m。

圖1 12號面板上抬破壞照片

2 原因分析

大壩于2013-11-26日開始填筑，2014-09-20日大壩整體填筑至1 860 m高程，大壩一期面板于2015-04-01日開始澆筑。大壩一期填筑完成至一期面板開始澆筑，大壩壩體沉降時(shí)間超過6個(gè)月；澆筑一期面板前大壩各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，大壩沉降已趨于收斂；因此可基本排除大壩壩體變形導(dǎo)致面板破壞的可能性。

經(jīng)參建各方討論分析，面板破壞的主要原因：河床段面板高程較低，布置于河床部位的反向排水管封堵[8]時(shí)間過早，在尚未進(jìn)行壩前蓋重料回填壓重前，遭遇持續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致下游河道水位大幅上漲，面板上下游形成反向水頭差過大，在反向水壓力[9]的作用下，導(dǎo)致面板發(fā)生抬動錯(cuò)位等破壞。

3 處理方案

基于處理方案應(yīng)不致對工程及工期造成較大影響，處理方案分為兩步：一期處理方案和二期處理方案。

3.1 一期處理方案

12號面板發(fā)生抬動錯(cuò)位，底部接縫多處有滲水溢出，且滲水量隨水下游水位降低呈逐漸減小趨勢；由于面板后反向水壓力得以釋放，面板暫時(shí)處于安全狀態(tài)。一期處理方案主要處理破壞最為嚴(yán)重的12號面板，并根據(jù)12號面板部分鑿除后的揭露的情況進(jìn)一步制定處理方案。

具體方案：根據(jù)12號面板抬動位移情況，確定對12號面板底部范圍變形部位進(jìn)行鑿除，為保證后期新老混凝土縫面良好接合，要求鑿除部位的縫面型式為“楔型”縫面。面板鑿除時(shí)，順坡向上下兩層鋼筋須保留長度1 m以上，以確保新老面板混凝土結(jié)合面形成的施工縫，鋼筋過縫。為避免下部面板鑿除可能會造成上部面板向下滑動的不利影響，面板鑿除分左右各半幅分期施工。在鑿除前首先從面板中間位置切割，然后按左、右兩側(cè)各6 m(各一幅)寬來處理，按要求處理完一幅，面板混凝土滿足強(qiáng)度要求后，再進(jìn)行另一幅施工。

3.2 二期處理方案

2015年7月，12號面板底部右半幅(靠13號面板側(cè))鑿除后，見圖2，揭露的情況為：擠壓邊墻坡面往壩前有輕微抬動變形；12號與13號面板交接處的銅止水T型接頭左側(cè)周邊縫有撕裂滲水點(diǎn)，在焊縫左側(cè)3 cm處有一長20 cm的撕破口，周邊縫F型銅止水發(fā)生錯(cuò)動變形；垂直縫W型銅止水完好，未發(fā)生明顯變形，但下部4 m范圍止水與13號面板脫空0～2 cm；距13號面板T型接頭3.3 m和6 m處周邊縫銅止水鼻子處各有一砂眼滲水點(diǎn)。

圖2 12號面板底部破壞照片

2015年8月，12號面板底部左半幅(靠11號面板側(cè))鑿除后，揭露的情況為：擠壓邊墻坡面往壩前有輕微抬動變形；垂直縫W型銅止水完好，未發(fā)生明顯變形，但下部4 m范圍止水鼻子與11號面板脫空0～2 cm；距11號面板T型接頭0.11 m及1.1 m處周邊縫銅止水各有一砂眼滲水點(diǎn)，1.35 m處周邊縫銅止水翼緣有長約1 cm裂縫。

2015年8月，對一期面板進(jìn)行脫空檢測，檢測總面積約11 854 m2。檢測成果為：第11、12、13號面板底部(河床趾板)以上斜長2 m范圍內(nèi)存在脫空或不密實(shí)現(xiàn)象。

根據(jù)12號下部面板鑿除后揭露的具體情況及裂縫、面板脫空檢測成果，二期處理具體方案如下。

1)修復(fù)破損銅止水，重新澆筑12號面板混凝土(鑿除段)。

2)對12號面板(鑿除段)底部破壞的墊層料進(jìn)行清除，并用特殊墊層料重新補(bǔ)填分層夯實(shí)。

3)裂縫處理意見：≥0.2 mm裂縫采用化學(xué)灌漿處理，表層增加防滲蓋片封閉；<0.2 mm裂縫表層增加防滲蓋片封閉。

4)對面板脫空部位進(jìn)行回填灌漿處理。

4 處理效果

面板處理于2015年10月施工完成，工程于2015年11月下閘蓄水(一期)，12月首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電；在完成大壩二期填筑及面板澆筑后，2016年汛期，水庫蓄水至正常蓄水位1 895 m高程。

本工程面板堆石壩建成蓄水后3年，量水堰實(shí)測最大滲流量為11.2 L/s，大壩各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)正常，證明針對面板破壞采取的處理方案是可靠的。

5 結(jié) 語

混凝土面板堆石壩河床段面板底部高程，一般低于下游壩基高程。由于墊層料的滲透系數(shù)較小，為半透水性，地形的高差使水流通過壩體滲透到壩基內(nèi)，在壩前形成反向水壓力；另外面板施工時(shí)壩前基坑抽水也有可能形成反向水壓力。一旦反向水壓力增大到墊層坡面無法承受的程度，超過墊層容許破壞比降時(shí)，即會導(dǎo)致墊層坡面被反向水壓破壞或者面板抬動、擠壓等破壞。

根據(jù)天生橋一級混凝土面板堆石壩的試驗(yàn)成果表明：當(dāng)面板澆筑前，出現(xiàn)反向滲壓情況下，水平寬度3 m的墊層，能承受的反向水頭僅有3.6～4.2 m，超過即有可能產(chǎn)生管涌破壞[10]。根據(jù)國內(nèi)外面板堆石壩發(fā)生墊層或面板破壞的案例顯示，破壞發(fā)生時(shí)，面板上下游反向水頭差多在3.5～5 m。因此，施工期面板上下游反向水壓力對面板堆石壩的不利影響應(yīng)引起參建各方的充分重視，建議如下。

1)壩體施工期必須采取有效的壩體排水和減壓措施，以降低反向水壓對墊層或面板的破壞，排水高程應(yīng)在不影響表層止水等的施工前提下，布設(shè)高程應(yīng)盡可能降低。尤其對河床段趾板高程與后部壩基高差較大、河床坡降較小、壩基排水[11]不暢的工程，應(yīng)予以高度重視。

2)施工期反向排水管的封堵時(shí)機(jī)應(yīng)合理選擇。面板澆筑后，須待面板混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方能進(jìn)行面板表層止水的施工，在此期間尚不能進(jìn)行壩前鋪蓋及蓋重的施工，鋪蓋及蓋重對面板和壩體的壩前土壓力尚不能形成，因此反向排水管的封堵應(yīng)選擇在面板表層止水施工完成以后進(jìn)行封堵，封堵后應(yīng)立即進(jìn)行壩前鋪蓋及蓋重的施工，迅速對面板和壩體形成反壓；同時(shí)，封堵時(shí)宜避開強(qiáng)降雨天氣，停止大壩施工用水并加大大壩下游的抽排水力度。