西霞院工程右岸土石壩滲水處理措施研究實(shí)踐

謝寶豐,劉煥虎

(黃河水利水電開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司，河南 濟(jì)源 454681)

1 概 述

1.1 工程概述

西霞院工程位于黃河中下游區(qū)域[1]，是小浪底水利樞紐配套水利工程，設(shè)計(jì)庫(kù)容1.6億m3，總裝機(jī)容量14萬(wàn)MW，為大(2)型水利工程。西霞院水庫(kù)大壩分三個(gè)典型壩段，即左岸土石壩段、河槽混凝土壩段和右岸土石壩段。土石壩上游壩坡復(fù)合土工膜規(guī)格為兩布一膜[2]，復(fù)合土工膜規(guī)格為400 g/0.8 mm/400 g，下設(shè)級(jí)配砂礫石墊層、上鋪保護(hù)層，保護(hù)層上鋪設(shè)預(yù)制混凝土聯(lián)鎖板塊護(hù)坡[3]，聯(lián)鎖板間縫隙較多，聯(lián)鎖板掛鉤連接處縫隙較大，板與板之間的施工拼接縫也會(huì)有一定的縫隙，對(duì)聯(lián)鎖板及聯(lián)鎖板縫隙采用填塞方法處理[4]。西霞院工程已運(yùn)行多年，土石壩段難免會(huì)遇到局部滲漏問(wèn)題，需要對(duì)滲漏部位進(jìn)行了滲漏修復(fù)處理[5]。圖1為西霞院右岸土石壩典型剖面。

1.2 土石壩段滲水情況

巡檢發(fā)現(xiàn)西霞院右岸土石壩段下游側(cè)排水溝處有約268 m長(zhǎng)的積水，積水面平均高程123.9 m。經(jīng)勘查現(xiàn)場(chǎng)、分析原因，確定以下情況：

(1)監(jiān)測(cè)維修分公司聯(lián)合水工部，采用示蹤劑法結(jié)合水下蛙人檢查，在大壩上游壩坡采用示蹤法確認(rèn)在D2+614附近130.0 m高程的一個(gè)連鎖板縫隙有墨汁滲入現(xiàn)象，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)記。

(2)下游坡腳滲水，下游側(cè)排水溝積水區(qū)域?yàn)橥潦瘔味蜠2+354～D2+622處約268 m，水流方向自右向左。

(3)坡腳淤積及壩坡變形，從現(xiàn)場(chǎng)查勘看，在D2+622附近下游壩坡有一條帶寬約4 m左右，護(hù)坡干砌石的顏色相對(duì)較暗，有兩條可目測(cè)到的縫隙。坡腳排水溝上游側(cè)的干砌石內(nèi)有泥沙淤積。

(4)從監(jiān)測(cè)設(shè)施滲壓計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)查勘，可以看出在樁號(hào)D2+614附近130.0 m高程的土工膜可能存在滲漏通道，表現(xiàn)出自此位置下游坡腳排水溝內(nèi)有積水現(xiàn)象。

1.3 主要問(wèn)題

(1)需要盡快拆除右岸土石壩段D2+614附近、上下范圍為 EL.129.5～EL.133 m 左右區(qū)域聯(lián)鎖板、開(kāi)挖出砂礫層，檢查土工膜是否存在損壞。

(2)檢查石壩段D2+614聯(lián)鎖板下的砂礫石保護(hù)層和墊層是否存在滲漏通道。

(3)從分公司接到維修任務(wù)到6月15日大流量下泄，工期只有10 d左右，工期短、施工難度大，臨水作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大。

圖1 西霞院右岸土石壩典型剖面(單位：m)

(4)原鋪設(shè)土工膜為兩布一膜，以及設(shè)計(jì)方案建議的一布一膜，參數(shù)要求為廠家定制的，當(dāng)前不具備定制生產(chǎn)的條件，需要尋求替代提供的方案。

(5)因工期短，施工完成立即抬升水位，聯(lián)鎖板間的澆筑混凝土和砂漿填縫無(wú)養(yǎng)護(hù)期，需尋求速凝、早強(qiáng)、快干微膨脹的新型材料。

2 實(shí)施方案

2.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上原因分析和土石壩滲水實(shí)際情況，確定以下處理方案：首先需查找土工膜的滲漏部位；采用兩層兩布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)對(duì)滲漏點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)；砂礫石墊層及聯(lián)鎖板恢復(fù)；為縮短工期，混凝土澆筑和砂漿灌縫材料使用新型硫鋁酸鹽水泥材料施工。

2.2 土工膜替代方案

因原設(shè)計(jì)方案中采用0.6 mm光面膜加一布一膜(0.3 mm/350 g)，因采購(gòu)周期長(zhǎng)，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位和項(xiàng)目管理部門(mén)溝通，采用現(xiàn)有兩層兩布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)的替代方案，并在施工前進(jìn)行粘接滲水試驗(yàn)。

(1)土工膜粘接試驗(yàn)，選兩組土工膜分別用聚硫密封膠粘接一組，用KS熱熔膠粘接一組，然后做抗拉實(shí)驗(yàn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比，KS熱熔膠的黏結(jié)效果明顯優(yōu)于聚硫密封膠。

(2)兩布一膜替代試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)維修分公司根據(jù)目前條件提出采用覆蓋兩層兩布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)的方案,并采用KS熱熔膠粘結(jié)做滲水試驗(yàn)，粘貼70 cm×70 cm的封閉水袋靜置48 h未見(jiàn)滲水，證明黏結(jié)力良好，密封性良好?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果證明，方案采用KS熱熔膠和現(xiàn)有的兩布一膜(200 g/0.5 mm/200 g)，在損壞部位覆蓋粘貼兩層兩布一膜土工膜的修復(fù)方案能夠替代原設(shè)計(jì)方案。

2.3 滲水部位查找確認(rèn)

(1)首次查找范圍：暫按D2+614樁號(hào)兩側(cè)各2.0 m，高程范圍129.5 m到133.0 m。

(2)將淤積面高程面以上的護(hù)坡聯(lián)鎖板拆除，將復(fù)合土工膜上的0.20 m保護(hù)層清除干凈。

拆除聯(lián)鎖板前，先清理連鎖板縫里的混凝土，清理連鎖板鎖扣里的混凝土，然后用Z型撬杠翹掉連鎖C板，依次拆除C板內(nèi)聯(lián)鎖塊，拆除后的聯(lián)鎖塊使用小推車(chē)運(yùn)輸，人工整齊碼放至北側(cè)5 m存放范圍內(nèi)，供本工程重復(fù)使用。

(3)土工膜表面清除干凈后，查看土工膜下部是否脫空塌陷，若有脫空塌陷現(xiàn)象就需要重點(diǎn)關(guān)注，仔細(xì)查看脫空塌陷位置的土工膜是否有破損，而形成的滲漏通道。

(4)若土工膜下部無(wú)脫空塌陷現(xiàn)象，可仔細(xì)查看土工膜的顏色或表面附著泥沙的情況，若與大面積的土工膜有差異的，可重點(diǎn)再查土工膜是否有滲漏通道。

(5)若從外觀不能發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)，可在土工膜表面灑水或水中加顏料，仔細(xì)查找滲漏通道。

(6)若在此范圍沒(méi)找到滲漏點(diǎn)，再向兩側(cè)各2 m 擴(kuò)大范圍，按上述方法重新查找。

(7)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和工作安排，實(shí)際拆除聯(lián)鎖板進(jìn)行滲水檢查維修的面積為200.34 m2(18.9 m×10.6 m)，需要拆除聯(lián)鎖板約780塊。

2.4 滲水部位土工膜修復(fù)處理

(1)找到滲漏通道后，若土工膜下部脫空，需將土工膜剪開(kāi)，用粒徑范圍15 cm厚的0.1～40.0 mm的墊層料，回填并壓實(shí)至與周?chē)膲纹旅嬉恢?，墊層料適當(dāng)灑水壓實(shí)。

(2)土工膜的破損部位根據(jù)其損壞程度采取以下相應(yīng)措施。

對(duì)其表面土工布已被沖刷掉的土工膜，將原土工膜上層清理干凈露出光面膜，在其表面鋪設(shè)兩布一膜復(fù)合土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)，新鋪設(shè)土工膜周邊寬0.2 m的下層土工布剪下露出光面膜，用KS熱熔膠粘接兩膜。

(3)對(duì)土工膜破損部位(如圖2)，須粘接兩層一布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)，第一層(下層)先對(duì)破壞位置周邊各擴(kuò)大0.5 m范圍其上先鋪設(shè)一布一膜復(fù)合土工膜，將原土工膜上層清理干凈露出光面膜，在其表面鋪設(shè)兩布一膜復(fù)合土工膜，新鋪設(shè)土工膜周邊寬0.2 m的下層土工布剪下露出光面膜，用KS熱熔膠粘接兩膜涂刷。兩布一膜范圍內(nèi)均涂刷KS熱熔膠，土工布與原土工膜接觸范圍按方格形涂膠，平行壩軸線條帶間距小于1 m，垂直壩軸線條帶間距小于2 m，周邊涂刷寬度0.2 m。再對(duì)破壞位置周邊各擴(kuò)大2 m范圍，第二層(上層)再鋪設(shè)一層兩布一膜，粘貼方法同上。

圖2 滲水損壞位置土工膜修復(fù)示意圖

(4)兩布一膜土工膜的規(guī)格：200 g/0.5 mm/200 g。首層膜鋪設(shè)范圍大于損壞區(qū)0.5 m，上層鋪設(shè)范圍大于損壞區(qū)2 m。

(5)土工膜和土工布其表面須保持干凈，應(yīng)作粘接及膠接試驗(yàn)；并據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定其銜接方式及相應(yīng)工藝。

(6)對(duì)已出露的土工膜應(yīng)仔細(xì)檢查是否有漏洞、磨損破壞等現(xiàn)象。

(7)施工期間，防止對(duì)土工膜造成損壞，安排好施工程序，并注意人員安全。

2.5 砂礫石墊層及聯(lián)鎖板恢復(fù)

(1)土工膜修補(bǔ)好后，在其表面鋪設(shè)20 cm厚的礫石保護(hù)層，分上下兩層各10 cm厚。下層料粒徑范圍0.1～40.0 mm，上層料粒徑范圍5～40 mm。保護(hù)層適當(dāng)灑水壓實(shí)。

(2)在保護(hù)層上仍鋪設(shè)0.17 m厚的預(yù)制混凝土聯(lián)鎖板塊護(hù)坡，尺寸0.5 m×0.5 m?；炷谅?lián)鎖板采用人工配合機(jī)械鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)從下向上進(jìn)行施工。施工時(shí)，將混凝土聯(lián)鎖板的A、B、C和A的異形塊四種形狀通過(guò)掛鉤和槽孔依圖紙按照先后順序拼裝在一起，如圖3。

2.6 采用新型硫鋁酸鹽水泥材料施工

因拆除面積擴(kuò)大至一條混凝土帶的位置，恢復(fù)時(shí)混凝土帶采用C35商品混凝土澆筑，聯(lián)鎖板間隙采用水泥砂漿勾縫。

普通的硅酸鹽水泥和混凝土，初凝時(shí)間、強(qiáng)度上升時(shí)間都較長(zhǎng)，而且具有收縮性，不滿足工期要求，見(jiàn)表1。硫鋁酸鹽水泥的特點(diǎn)是早強(qiáng)、高抗?jié)B性、膨脹性能、低堿性，適用于搶修和搶建工程、補(bǔ)償收縮混凝土的配制和抗?jié)B工程等。

在水泥用量基本相同的條件下，硫鋁酸鹽水泥混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展比普通水泥混凝土快得多，1 d可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的88%，3 d可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的113%。也就是說(shuō)硫鋁酸鹽水泥混凝土澆筑一天后，即可進(jìn)行下道工序施工，為加快工程進(jìn)度提供了有力的保證，最終在主汛期前完成全部工作。

圖3 混凝土聯(lián)鎖板布置圖(單位：m)

表1 硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥性能

3 實(shí)施效果

(1)累計(jì)拆除聯(lián)鎖板、土工膜面積200 m2，約780塊。高程范圍為129.5～133.0 m。在拆除范圍內(nèi)多次檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯土工膜損壞和滲涌通道?？梢酝茰y(cè)，土工膜損壞部位較小、或在接縫位置，也有可能滲漏點(diǎn)不在拆除區(qū)域范圍內(nèi)。

(2)采用現(xiàn)有材料替代原設(shè)計(jì)的兩布一膜土工膜，對(duì)施工區(qū)域的土工膜覆蓋修復(fù)，提高防滲效果。

(3)施工過(guò)程中，采用具有早強(qiáng)、高抗?jié)B性、膨脹性能、硫鋁酸鹽水泥及混凝土新材料，克服工期短難題，提前完成工作，避免了對(duì)抬升水位、大流量下泄的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文中的處理措施相比采用普通材料和施工工藝，節(jié)省大量工期，西霞院上游水位低于EL129 m以下不能發(fā)電，所以在大流量下泄至少增加4臺(tái)發(fā)電機(jī)組10 d的滿負(fù)荷發(fā)電量，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)查找壩坡較大區(qū)域的土工膜及墊層的損壞和滲涌情況，排除了這一區(qū)域存在滲漏點(diǎn)，對(duì)右岸土石壩滲水情況進(jìn)行了探索，對(duì)今后如何處理這一問(wèn)題提供了借鑒，在主汛期前完成滲水檢查處理工作，對(duì)水工建筑物安全度汛提供保障，取得了較大社會(huì)效益。