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        高嶺頭一級水電站大壩壩基滲漏處理及效果分析

        2010-07-03 10:24:08江興南
        大壩與安全 2010年2期
        關鍵詞:基巖壩基帷幕

        江興南,李 濤

        (1.浙江省水利水電質量與安全監(jiān)督管理中心,浙江 杭州 310012;2.中國水電顧問集團華東勘測設計研究院,浙江 杭州 310014)

        1 工程概況

        高嶺頭一級水電站大壩位于浙江省文成縣石垟鄉(xiāng),距文成縣城約50 km,工程所在流域屬飛云江水系。水庫總庫容1 778萬m3,正常蓄水位793.77 m,電站裝機 16 MW,設計水頭 461 m,是一座以發(fā)電為主的中型水利樞紐工程。大壩為混凝土雙曲拱壩,最大壩高63.2 m,頂拱中心弧長220 m,拱壩厚高比0.269(見圖1和圖2)。樞紐工程等別為Ⅲ等,大壩為3級建筑物。工程于1987年11月25日開工,1995年10月基本建成,2002年通過竣工驗收。

        2 滲漏異常情況簡介

        大壩于1994年10月下閘蓄水,1995年基本建成,運行初期,大壩滲流正常。1998年2月,庫水位持續(xù)在788 m高程以上運行,又遭遇連續(xù)低溫天氣,廊道內排水孔出水量大增致使廊道被淹,總滲漏量實測最大達163.2 m3/d。經(jīng)勘探查明,河床段壩底上游側接觸面透水率普遍較大,可能已局部張開或產生裂縫,由于種種原因,2008年前并未進行處理。從1998年3月至2006年7月的監(jiān)測資料分析看,滲漏量與庫水位相關性較好,與氣溫關系不密切,庫水位在770~792.5 m之間運行, 滲漏量在 8.75~394.75 m3/d 之間變化,總體表現(xiàn)為庫水位高時滲漏量較大,庫水位低時滲漏量較小。2005年以來,實測最大滲漏量仍達 367 m3/d。

        圖1 大壩下游立視圖Fig.1 Elevation view of the downstream of the dam

        圖2 溢流壩段剖面圖Fig.2 Profile of the overflow section of the dam

        3 滲漏處理方案

        3.1 設計方案

        為提高壩基的滲透穩(wěn)定性、混凝土的耐久性和左壩肩基巖的變形模量,減少拱座的壓縮變形,提高壩體安全穩(wěn)定性,進行補強加固是必要的。根據(jù)勘探檢查報告成果分析,對左岸壩肩基巖、大壩混凝土與基巖接觸面、左岸帷幕進行灌漿處理。參照規(guī)范及其它類似工程的處理經(jīng)驗,本工程經(jīng)防滲加固處理后的透水率應在3.0 Lu以下。

        (1)左壩肩防滲加固

        左壩肩基巖加固采用水泥灌漿,灌漿材料選用42.5普通硅酸鹽水泥。①灌漿范圍:主要對左壩肩拱槽巖體、F3斷層與左拱槽之間的巖體、F3斷層混凝土洞塞區(qū)域進行固結灌漿補強,灌漿范圍處于大壩10~15號壩段下游側岸坡。②灌漿孔布置:設置3排灌漿孔,排間距為4m。③灌漿孔深度:第Ⅰ、第Ⅱ和第Ⅲ排灌漿孔孔深分別鉆至相應位置的大壩拱槽基巖面高程下的10 m、8 m和8 m。④灌漿施工:灌漿段長度不大于 5 m,灌漿壓力 0.6~1.0 MPa,按兩序孔進行。灌漿孔布置見圖3。

        圖3 左壩肩基巖灌漿孔布置Fig.3 Layout of the grouting holes on the foundation rock of left dam abutment

        (2)大壩混凝土與基巖接觸面灌漿

        壩體混凝土和基巖接觸面采用化學灌漿的方法封堵。①灌漿范圍:加固范圍為7~12號壩段,水平長度約80 m的范圍。②灌漿孔布置:沿原帷幕位置布置一排,孔斜為傾向上游3°~5°,孔距3 m。③灌漿孔深度:灌漿孔應穿過接觸面鉆至基巖面高程下2 m,必要時可加深1 m。④灌漿施工:采用全孔一次灌漿,采用LW/HW水溶性聚氨酯材料。灌漿孔布置見圖4。

        圖4 大壩混凝土與基巖接觸面灌漿孔布置Fig.4 Layout of the grouting holes on the interface between dam concrete and foundation rock

        (3)左岸帷幕防滲加固

        左岸工程地質條件較差,左岸岸坡與河床連接處范圍8~12號壩段淺層基礎透水率普遍較大,采用水泥灌漿對原大壩防滲帷幕進行加固,材料水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。①灌漿范圍:大壩7~12號壩段,與兼有13~15號壩段帷幕防滲加固作用的壩后第Ⅰ排壩基補強灌漿孔交錯、疊加。②灌漿孔布置:灌漿孔設置一排,孔斜與原帷幕灌漿一致,孔距2 m。③灌漿孔深度:參考原防滲帷幕深度,本次帷幕加固灌漿孔應深至大壩基巖面高程下10 m。④灌漿施工:采用自上而下分段灌漿,每段長度不大于5 m,灌漿深度控制在大壩基巖面高程以下,灌漿壓力 0.6~1.0 MPa,按兩序孔進行。 灌漿孔的布置見圖5。

        (4)基礎排水孔的封閉與恢復

        整個灌漿施工期間,為盡可能封閉基礎滲漏水通道,減少漿液從基礎排水孔漏失,將大壩基礎灌漿廊道內的排水孔暫時封閉,待灌漿工程結束后再恢復。根據(jù)工程特點,在廊道灌漿施工前,先對廊道拱冠軸線左側的排水孔進行水泥灌漿封閉,封閉深度控制在大壩基巖面以下,待各類灌漿加固完成后再進行掃孔、打孔,恢復排水孔的功能。

        3.2 施工處理

        圖5 大壩左岸帷幕防滲加固灌漿孔布置圖Fig.5Layout ofcurtaingroutingholesontheleftbankofthe dam

        大壩壩基灌漿補強工作于2008年12月18日正式開工,2009年1月14日完成混凝土與基巖接觸面的化學灌漿施工,2009年4月10日完成全部灌漿施工。灌漿施工過程嚴格按照設計和規(guī)范要求,壩基滲漏處理灌漿成果見表1。由表1可知,從檢查孔檢查結果看,施工質量較好,達到了預期效果。各補強加固部位具體施工情況如下。

        (1)左壩肩防滲加固

        左壩肩布置3排灌漿孔,共60個,其中第Ⅰ排27個,第Ⅱ排17個,第Ⅲ排16個,分兩序施工。左壩肩基巖單位注漿量和透水率越靠下游越大,這與原勘探成果一致,符合預期。從檢查孔檢查情況看,平均單位注漿量 8.73 kg/m, 平均透水率 0.29 Lu,均小于3 Lu,滿足設計要求。

        (2)大壩混凝土與基巖接觸面灌漿

        原設計27個灌漿孔,實際擴大處理范圍,向右岸延伸約42 m,總灌漿孔35個,其中1序孔21個,2序孔14個。從施工獲得的巖芯情況看,混凝土與基巖接觸面附近存在相對破碎的區(qū)段,相對破碎段厚度 0.2~1.0 m,從廊道左岸向右岸逐漸變薄,與前期勘探成果基本一致。從檢查孔檢查看,最大透水率 0.5 Lu,平均透水率 0.33 Lu,均小于 3 Lu,滿足設計要求。

        (3)左岸帷幕防滲加固

        左岸帷幕灌漿共布置40個孔,其中1序孔20個,2序孔20個。從檢查孔檢查情況看,平均單位注漿量 6.94 kg/m,最大透水率 0.21 Lu,平均透水率 0.19 Lu,均小于 3 Lu,滿足設計要求。

        4 處理效果分析

        多年的監(jiān)測資料表明:大壩壩基滲漏處理以前,庫水位在790 m以上時,如遇連續(xù)低溫天氣,廊道滲漏量增大,最大滲漏量為 394.75 m3/d,平均滲漏量約 100 m3/d;庫水位在 780~790 m 時,最大滲漏量為 160 m3/d,平均滲漏量約 70 m3/d;庫水位在780 m 以下時,最大滲漏量為 79.64 m3/d,平均滲漏量約20 m3/d。大壩壩基灌漿處理以后,2009年4~10月,庫水位在780 m以下時,平均滲漏量為0.3~0.5 m3/d,庫水位在 780 m 以上時,滲漏量不超過 1.0 m3/d。受臺風“莫拉克”的影響,水庫最高水位為792m,此時,滲漏量仍不超過1.0m3/d。由此可以說明,大壩壩基灌漿補強處理的措施是合適的,處理效果是顯著的。

        表1 壩基滲漏處理灌漿成果統(tǒng)計表Table 1 :Statistics of anti-seepage grouting of the dam foundation

        5 結 語

        高嶺頭水電站一級拱壩在運行3年后遭遇低溫高水位這一不利工況,致使壩踵接觸面局部張開,滲流出現(xiàn)異常,困擾電廠十余年。大壩壩基灌漿處理后,滲漏量明顯減小,處理效果顯著,水庫可恢復正常水位運行,提高了經(jīng)濟和社會效益。為確保大壩安全,今后若再遇長時段高水位低溫運行工況,仍需加強壩基滲流監(jiān)測和分析。對拱壩而言,低溫高水位和高溫低水位均為不利工況,運行中均應盡量避免,通過科學合理的調度避免上述情況的發(fā)生。拱壩本身有較高的安全裕度,局部滲流異常一般不會影響大壩的安全,但仍應及時分析成因并盡早處理,不僅可以消除缺陷,也為管理大壩積累寶貴的經(jīng)驗。

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