某面板堆石壩周邊縫滲漏原因及處理

顧永明,周鶴翔

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

1 工程概況

某Ⅰ等大(1)型水電站，總庫(kù)容約6.0億m3，電站裝機(jī)容量1 500 MW。樞紐大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，布置在主河床。最大壩高約130 m，壩頂高程2 100.00 m高程，壩頂長(zhǎng)度約430 m，壩頂頂寬10.0 m，混凝土面板上游壩坡1∶1.4；下游壩坡1∶1.5～1∶1.3，為干砌石護(hù)坡，并設(shè)有1條“之”字形上壩公路，大壩下游綜合壩坡為1∶1.79，壩頂設(shè)有高度為5.8 m的“L”墻與面板相接。由于河谷狹窄，面板壩與電站進(jìn)水口銜接處及左壩頭溢洪道銜接處分別設(shè)有高趾墻與大壩面板相連接。

水庫(kù)于2004年首次蓄水，蓄水至2 000.00 m高程左右。運(yùn)行期庫(kù)水位變化不大，主要在2 003.00～2 005.00 m高程變化。

2 周邊縫設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)布置

從防滲的角度看，周邊縫是面板壩最薄弱的環(huán)節(jié)[1]，其止水效果的好壞涉及到大壩的安全，因此周邊縫的止水布設(shè)是至關(guān)重要的問(wèn)題。周邊縫系指趾板與面板之間的接縫以及面板與兩岸混凝土擋墻(高趾墻)的接縫。

參照國(guó)內(nèi)外已建工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程分析計(jì)算的周邊縫變位值，確定周邊縫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為張開(kāi)20 mm、沉陷40 mm、剪切40 mm。周邊縫寬設(shè)為12 mm，底部銅片止水鼻高范圍內(nèi)局部寬30.0 mm，3道止水，周邊縫縫內(nèi)充填12 mm厚的瀝青木板。頂部設(shè)GB塑性材料，外部用GB三元乙丙復(fù)合板保護(hù)，縫口設(shè)橡膠棒(直徑50 mm)。中部設(shè)橡膠止水帶，底部設(shè)“F”型止水銅片與面板垂直縫底部銅止水相接，“F”型止水銅片(厚1 mm)鼻高105 mm、鼻寬30 mm、兩翼長(zhǎng)200 mm、立腳長(zhǎng)80.0 mm，鼻內(nèi)設(shè)?30 mm橡膠棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填，底部設(shè)6 mm厚橡膠片和水泥砂漿墊層(20 cm厚，20 cm寬，后接1∶1斜坡)。“F”型止水銅片采用半硬銅，在出廠前需經(jīng)退火處理。止水銅片的焊接采用雙面黃銅焊。

面板周邊縫采用三向測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)，沿周邊縫布置三向測(cè)縫計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共布置了17套三向測(cè)縫計(jì)。面板及周邊縫測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。開(kāi)合度：張開(kāi)為正，壓縮為負(fù)；剪切：左岸相對(duì)趾板向下為正，右岸相對(duì)趾板向上為正；沉陷：相對(duì)趾板向上為正，向下為負(fù)。

圖1 面板周邊縫三向測(cè)縫計(jì)測(cè)點(diǎn)布置 單位：m

在較為陡峭的右岸延周邊縫在壩左0+000.00 m至壩左0+080.00 m共布置了8套三向測(cè)縫計(jì)。測(cè)縫計(jì)安裝位置見(jiàn)表1。

表1 右岸周邊縫測(cè)點(diǎn)位置

此外，在右岸壩左0+050.00 m位置1 921.00 m高程處周邊縫下游布置了1支滲壓計(jì)。針對(duì)右岸高趾墻施工縫布置了測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)施工縫的變形情況。測(cè)縫計(jì)布置見(jiàn)圖2。

3 周邊縫監(jiān)測(cè)成果分析

周邊縫特征值統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表2。

圖2 右岸高趾墻測(cè)縫計(jì)測(cè)點(diǎn)布置 單位：m

右岸周邊縫共布置7套三向測(cè)縫計(jì)(JB-3-01～07)，正常觀測(cè)的儀器共6套。其中，測(cè)點(diǎn)開(kāi)合度都超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(20 mm)，剪切變位都在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(40 mm)以?xún)?nèi)，4個(gè)測(cè)點(diǎn)沉陷變位超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(40 mm)。測(cè)點(diǎn)最大開(kāi)合度為3.11 cm，最大剪切變位為-2.56 cm，最大沉陷變位為-7.80 cm。

表2 周邊縫測(cè)點(diǎn)特征值統(tǒng)計(jì)

河床共布置3套三向測(cè)縫計(jì)(JB-3-08～10)，正常觀測(cè)的儀器有1套測(cè)點(diǎn)開(kāi)合度、剪切和沉陷都在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)。

左岸周邊縫共布置7套三向測(cè)縫計(jì)(JB-3-11～17)，正常觀測(cè)的儀器共6套(JB-3-11儀器壞)。其中，開(kāi)合度都在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(20 mm)以?xún)?nèi)，剪切變位都在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(40 mm)以?xún)?nèi)，3個(gè)測(cè)點(diǎn)沉陷變位超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(40 mm)。測(cè)點(diǎn)最大開(kāi)合度為1.85 cm，最大剪切變位為2.22 cm，最大沉陷變位為-4.62 cm。

右岸高趾墻部位周邊縫變形較大，多個(gè)測(cè)點(diǎn)變形超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。變形最大測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程線見(jiàn)圖3。

圖3 周邊縫三向測(cè)縫計(jì)JB-03-04測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程線

周邊縫后滲壓計(jì)分布圖見(jiàn)4，周邊縫后滲壓測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)水位變化過(guò)程見(jiàn)圖5。

圖4 周邊縫后滲壓計(jì)測(cè)點(diǎn)滲壓水頭分布單位：樁號(hào)，m

圖5 趾板后沿周邊縫布置滲壓計(jì)滲壓水位過(guò)程線

從周邊縫滲壓計(jì)測(cè)點(diǎn)水頭過(guò)程線來(lái)看：水庫(kù)蓄水時(shí)，滲壓計(jì)測(cè)點(diǎn)滲壓水頭有增大趨勢(shì)，之后基本趨于穩(wěn)定。位于右岸高趾墻上游、壩左0+050.00 m、1 921.00 m高程的PPdb-01測(cè)點(diǎn)蓄水后滲壓水頭一直有增大趨勢(shì)，最高滲壓水頭1 926.4 m，2011年4月后隨著周邊縫破損處修復(fù)后，測(cè)點(diǎn)滲壓才有所減小。

右岸高趾墻0+020.00斷面測(cè)縫計(jì)測(cè)點(diǎn)開(kāi)合度變化見(jiàn)圖6。

圖6 右岸高趾墻0+020.00m斷面測(cè)縫計(jì)測(cè)點(diǎn)開(kāi)合度過(guò)程線

各測(cè)縫測(cè)點(diǎn)都呈張開(kāi)狀態(tài)，張開(kāi)主要發(fā)生在儀器安裝前期，水庫(kù)蓄水后各測(cè)點(diǎn)仍有增大趨勢(shì)。在2011年前壩后量水堰監(jiān)測(cè)到大壩滲流量在15～20 L/s之間。從周邊縫變形、滲流及右岸高趾墻測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)成果的變化規(guī)律可以看出：

(1) 右岸周邊縫變形與滲壓計(jì)水位變化在空間分布及時(shí)間分布上存在一致性，周邊縫張開(kāi)變形指標(biāo)在右岸周邊縫區(qū)域均大幅超出了設(shè)計(jì)值。周邊縫變形導(dǎo)致的防滲結(jié)構(gòu)破壞很可能是導(dǎo)致大壩整體滲流偏大的主要因素。

(2) 左岸邊坡雖然個(gè)別測(cè)點(diǎn)測(cè)縫計(jì)高度方向錯(cuò)動(dòng)變形稍大于設(shè)計(jì)值，但滲流監(jiān)測(cè)資料并未顯示該部位周邊縫存在可能的滲漏通道。

(3) 監(jiān)測(cè)資料成果顯示，周邊縫局部滲漏可能是由右岸壩肩周邊縫超限變形引起的。

結(jié)合大壩變形資料及右岸高趾墻接縫監(jiān)測(cè)資料分析認(rèn)為，引起右壩肩高趾墻附近周邊縫變形超限的主要因素來(lái)自以下兩方面：

(1) 從壩體變形監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，面板下部堆石體變形尚未趨于穩(wěn)定，導(dǎo)致面板會(huì)進(jìn)一步發(fā)生變形。

(2) 右岸高趾墻大部分位于庫(kù)水位以下，直接測(cè)量高趾墻變形較為困難。但從右岸高趾墻施工縫測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，測(cè)縫計(jì)測(cè)點(diǎn)變形尚未趨于穩(wěn)定；另外，右岸高趾墻距5號(hào)進(jìn)水口較近，從5號(hào)進(jìn)水口基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，5號(hào)進(jìn)水口基礎(chǔ)變形仍有較小的增大趨勢(shì)。從以上分析可知，右岸高趾墻變形可能尚未趨于穩(wěn)定。

右岸周邊縫變形是混凝土面板與右岸高趾墻之間的相對(duì)變形，面板下部堆石體變形尚未趨于穩(wěn)定可能是周邊縫變形繼續(xù)發(fā)展的主要影響因素。

4 水下檢查情況

由于右岸周邊縫變形較大，且水庫(kù)蓄水很長(zhǎng)一段時(shí)間后變形未趨于穩(wěn)定。在2011年4月3日對(duì)混凝土面板堆石壩高趾墻、面板、周邊縫、垂直縫等進(jìn)行了水下檢查，主要檢查項(xiàng)目有：① 右岸高趾墻與堆石壩面板周邊縫及面板表面裂縫水下檢查與錄像；② 堆石壩面板延伸至2 001.59 m以下的6條面板裂縫檢查(5號(hào)、21號(hào)、23號(hào)、33號(hào)、34號(hào)、35號(hào)面板裂縫)，并選擇典型裂縫測(cè)量縫寬、縫深、縫長(zhǎng)；③ 檢查堆石壩河床壩段面板壓性縫4條，檢查深度至水下47 m處，壓性縫總長(zhǎng)度263 m，檢查面板有無(wú)錯(cuò)動(dòng)、翹起現(xiàn)象，要求定量測(cè)量面板平整度、面板夾角和面板錯(cuò)動(dòng)沉陷量值；④ 右岸高趾墻3條施工縫檢查。

水下對(duì)面板大部分區(qū)域的檢查中，面板的平整度、夾角、錯(cuò)動(dòng)、翹起等多項(xiàng)指標(biāo)均未出現(xiàn)明顯異常，面板裂縫也未出現(xiàn)貫穿情況。

在對(duì)堆石壩3號(hào)面板周邊縫進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在高程1 966.82～1 967.72 m處緊挨周邊縫止水材料左側(cè)鋼壓條處長(zhǎng)約1.5 m混凝土露出粗骨料，最大寬度38 cm，最大翹起5 cm，鋼板尺斜插入33 cm，噴墨水，有較為明顯的吸水現(xiàn)象。如圖7所示。

圖7 3號(hào)面板周邊縫缺陷

在3號(hào)面板JB-03-04測(cè)縫計(jì)(1 959.23 m高程)處發(fā)現(xiàn)面板裂縫，露出面板粗骨料，裂縫最寬處34 cm。裂縫邊沿長(zhǎng)度1.06 m，并延伸入JB-03-04測(cè)縫計(jì)。裂縫面錯(cuò)臺(tái)高度2.5 cm。鋼板尺從裂縫側(cè)向周邊縫止水材料斜插入34 cm，用墨水噴灑，有輕微吸入現(xiàn)象。缺陷如圖8所示。

水下檢查的情況與監(jiān)測(cè)指標(biāo)揭示的面板各區(qū)域運(yùn)行情況高度一致。因此，可以初步判斷，面板右側(cè)周邊縫局部超限變形是引起周邊縫滲漏的主要原因。

圖8 JB-03-04三向測(cè)縫計(jì)(高程1959.23m)處缺陷

5 處理措施

(1) 1 966.80～1 967.72 m高程混凝土面板缺陷部位淤積物清理

對(duì)3號(hào)面板缺陷周邊5～6 m范圍淤積物、剝落、脫開(kāi)的散裝混凝土塊進(jìn)行清理，直至缺陷部位沒(méi)有散裝混凝土塊，邊沿修理整齊，無(wú)毛刺；取出混凝土裂縫中封堵的材料，并用細(xì)砂紙棉毛巾等清理，直至混凝土面沒(méi)有殘留物；按照缺陷部位封閉面積，預(yù)先粘接止水蓋片(大止水蓋片、缺陷部位止水蓋片)。

(2) 1 966.82～1 967.72 m高程混凝土面板缺陷第一道止水處理

缺陷第一道止水處理(滲水止水處理)：

第1步,向清理干凈的混凝土面板缺陷縫隙內(nèi)靠滲透水吸力注入細(xì)砂，直至缺陷處沒(méi)有流速為止。

第2步,將SR止水材料[2-3]從上至下壓入混凝土缺陷裂縫，直至沒(méi)有壓入量為止。用噴墨法檢查混凝土缺陷裂縫有無(wú)吸水現(xiàn)象。

第3步,使用水下封邊膠將混凝土面板缺陷表面從周邊縫左側(cè)止水鋼條向缺陷左側(cè)部位完全抹平，使抹膠后的混凝土缺陷部位平面與混凝土原面板平齊。

第4步,封邊膠涂刷后靜置18～24 h后，在混凝土缺陷面邊沿向外延伸60 cm矩形區(qū)域涂刷厚度不小于5 mm底膠，鋪設(shè)SR止水材料，形成中間高、周邊低的鼓包，鼓包高度在11～14 cm之間。

第5步,在SR止水材料上部鋪設(shè)止水蓋片，蓋片平整地覆蓋在SR止水材料鼓包之上，保證蓋片與SR止水材料之間密實(shí)、無(wú)空隙。鼓包邊沿止水蓋片與混凝土面板用底膠可靠粘接。

第6步,在蓋片邊緣位置使用底部涂刷底膠的?14錨栓把不銹鋼壓條把緊，并對(duì)止水蓋片周邊用膠密封，確保止水蓋片內(nèi)部處于完全封閉空間。

(3) 1 966.82～1 967.72 m高程混凝土面板缺陷第二道止水處理

為保證周邊縫在一定的變形范圍內(nèi)仍能有足夠的止水效果，在第一道止水處理的外沿，制作范圍較大的第二道止水，將第一道止水和原周邊縫止水材料包裹起來(lái)。先在堆體面涂刷厚度不小于5 mm的底膠，再鋪設(shè)SR止水材料，覆蓋住原周邊縫及新處理缺陷的止水蓋片，形成中間高、周邊低的鼓包，鼓包高度在15～18 cm之間。隨后按照第一道止水處理工序?qū)R材料進(jìn)行覆蓋及封邊。具體周邊縫面板裂縫修補(bǔ)示意如圖9所示。

圖9 右岸周邊縫面板裂縫修補(bǔ)示意

6 處理后情況

圖10中壩后量水堰反映滲流量數(shù)據(jù)來(lái)看。處理后滲流量有明顯的減小趨勢(shì)，滲流量由原來(lái)的15～20 L/s減小到5.8 L/s左右，基本恢復(fù)到2005年水平，處理效果顯著。

圖10 壩后量水堰滲流量變化過(guò)程線

7 總 結(jié)

(1) 本案例中面板處理后大壩滲流量的變化可以說(shuō)明，該周邊縫缺陷正是造成滲流量增大的主要原因，這與利用監(jiān)測(cè)資料及水下檢查成果得出的結(jié)論是一致的。

(2) 從防滲的角度看，對(duì)于混凝土面板堆石壩，陡峭河岸部位周邊縫是面板壩薄弱的環(huán)節(jié)，周邊縫滲漏主要是由于右壩肩周邊縫的超限變形引起。

(3) 在本案例中，引起右岸周邊縫變形的部分因素來(lái)自其相鄰高趾墻及進(jìn)水口壩段。周邊縫變形除來(lái)自壩體及面板本身外，也可能受到其周邊建筑物的影響。設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮其受附近建筑物影響的可能性，并針對(duì)這些建筑物加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)。

(4) 針對(duì)面板周邊縫局部破壞，采用SR止水材料進(jìn)行2次止水修復(fù)，方案切實(shí)有效，起到預(yù)期的防滲效果，值得大范圍推廣。