燕京，何錄合

（大唐碧口水力發(fā)電廠，甘肅隴南746412）

1 工程概況

碧口水電站位于甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)上游3 km的白龍江干流上，裝機(jī)容量3×100 MW，為大（2）型工程。樞紐工程由土石壩、溢洪道、右岸泄洪洞、左岸泄洪洞、排沙洞、引水洞、調(diào)壓井、鋼管道、廠房和開關(guān)站等組成。大壩為壤土心墻碾壓式土石混合壩，最大壩高101.8 m，壩頂高程711.8 m，壩頂長度297.36 m，壩頂寬7.6 m，設(shè)有L型鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻頂高程715.30 m，壩頂構(gòu)造見圖1。壩殼由砂礫石、堆石、石渣、碎石渣、卵漂石、含泥砂礫石等填筑。壩基砂礫石沖積覆蓋層有寬1.3 m和寬0.8 m的兩道混凝土防滲墻，兩岸為混凝土齒墻與心墻接觸。壩址基本烈度為7度，設(shè)防烈度為8度。

圖1 壩頂剖面圖（單位：m）Fig.1 Profile of the dam crest

碧口水庫設(shè)計(jì)正常高水位704 m，校核洪水位708.8 m，總庫容為5.21億m3。1992年大壩首次定檢后核定校核洪水位為710.1 m，2007年第三次大壩定檢核定校核洪水位為709.84 m。

2 “5·12”地震對碧口大壩的破壞

碧口大壩壩址距離“5·12”震中汶川293 km，地震對樞紐建筑物影響較大，各建筑物受到不同程度的損壞，大壩壩頂、上、下游護(hù)坡、壩體與兩岸連接處均受到不同程度的損壞。大壩壩頂部位發(fā)生了較大的變形，壩體708 m高程相對最大沉降量達(dá)249 mm，向上游相對最大水平位移量159 mm。根據(jù)中國地震局公布的烈度調(diào)查結(jié)果，地震對電站壩址的影響烈度達(dá)到9度，超出了設(shè)計(jì)時(shí)的地震烈度8度。

“5·12”地震后也產(chǎn)生了大量余震，2008年對碧口電站影響烈度大于5度的地震有5次[1]，分別為2008年5月18日震級為6.3的余震、2008年5月25日震級為6.6的余震、2008年5月27日震級為6.0的余震、2008年7月24日震級為6.3的余震和2008年8月5日震級為6.4的余震。這些余震對樞紐建筑物產(chǎn)生了一定影響，直接影響到大壩壩頂防浪墻、防浪墻與心墻頂接縫、心墻與兩岸接觸面這些防滲結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，也直接影響著高水位時(shí)大壩的安全穩(wěn)定。

2.1 地震前后水庫運(yùn)行狀況

“5·12”地震前，碧口水庫為配合早成線檢修，5月初提前將庫水位降低至691 m左右。5月12日14時(shí)，碧口水庫運(yùn)行水位691.46 m。地震發(fā)生后，發(fā)電設(shè)備、水庫大壩和送出線路均受到了一定程度的破壞，機(jī)組被迫停機(jī)，水位逐步上升，5月13日8時(shí)達(dá)693.53 m。為確保大壩安全，根據(jù)《碧口水庫地震后臨時(shí)運(yùn)用方案》和《水庫泄空應(yīng)急預(yù)案》，開啟排沙洞降低庫水位運(yùn)行，庫水位控制在693.00～693.90 m之間運(yùn)行。5月18日后庫水位逐步下降，5月21日達(dá)到最低690.53 m。為保證抗震救災(zāi)供電工作需要，庫水位控制在691 m附近運(yùn)行。6月12日后，在汛期實(shí)際調(diào)度運(yùn)用中，將庫水位控制在693～694 m之間運(yùn)行。

2.2 大壩受損情況[2]

壩頂下游磚砌擋墻從左岸至河床部位倒塌。防浪墻橫縫有受到擠壓或張開的變形跡象，部分橫縫內(nèi)瀝青有外流現(xiàn)象。右岸壩頂與溢洪道引橋、左岸交通洞與左壩肩開裂。防浪墻有向上游的位移。大壩上游面右側(cè)混凝土護(hù)板沿溢洪道邊墻處有下沉現(xiàn)象，左側(cè)護(hù)板部位局部開裂，左側(cè)防浪門與壩體接觸處開裂。上游壩坡防浪墻邊緣與混凝土板連接處接縫張開，寬度約1～2 cm。

壩下0+007.8、高程708 m，混凝土面板與壩頂下游邊墻接觸處下沉、面板開裂。下游壩坡左側(cè)671～691 m高程的混凝土方格梁局部出現(xiàn)拱起、斷裂。

691馬道、670馬道、壩腳排水溝上游擋墻錯位。

3 大壩的加固處理

3.1 處理的必要性

碧口大壩壩址工程場地位于青藏高原東北部地震亞區(qū)的龍門山地震帶內(nèi)，未來百年內(nèi)，龍門山地震帶的地震活動水平比較高[3]，“5·12”地震后，仍不能排除該地震帶發(fā)生7級以上地震的危險(xiǎn)性。碧口大壩防浪墻為大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的抵抗變形能力，與防滲心墻及壩殼堆石體的變形具有不協(xié)調(diào)性，外力作用下易發(fā)生變形。大壩防浪墻的鋼筋混凝土與防滲心墻及壩殼堆石體兩種材料可能產(chǎn)生不均勻變形，變形部位有可能形成滲漏通道。

如果庫水沿防浪墻與防滲心墻裂縫處發(fā)生滲漏，滲透水流將沖刷防滲心墻頂部，形成滲漏通道，破壞防滲結(jié)構(gòu)的整體性，對大壩安全造成嚴(yán)重威脅。為了提高大壩防滲效果，確保大壩安全運(yùn)行，對壩頂防浪墻底與防滲心墻之間的裂縫及壩體與兩岸連接處的裂縫進(jìn)行灌漿處理，對上、下游壩坡混凝土護(hù)面裂縫進(jìn)行灌漿處理，以解決震后碧口大壩裂縫、滲漏、不均勻沉陷等問題。

3.2 防浪墻與防滲心墻的接縫處理

防浪墻與防滲心墻的接縫處理采用水泥灌漿和LW水溶性聚氨化學(xué)灌漿相結(jié)合的方法。為防止漏漿、串漿，保證灌漿質(zhì)量，處理之前先進(jìn)行防浪墻底部裂縫的封堵處理[5]。將防浪墻底部角緣與其相連接的混凝土護(hù)板邊緣鑿毛，鑿毛面與水平面夾角70°，見圖2。鑿毛后采用砂漿回填，為補(bǔ)償砂漿本身產(chǎn)生的收縮，減小新舊混凝土結(jié)合面裂縫，砂漿中外摻氧化鎂3%（重量比）。

圖2 防浪墻底部裂縫鑿毛圖Fig.2 Chiseling of the bottom of wave wall

壤土心墻壩頂混凝土防浪墻與防滲心墻頂部，只允許將混凝土層鉆穿并入心墻30 cm，防滲心墻與兩岸接觸部位鉆孔時(shí)穿過心墻至基巖。為了防止心墻在灌漿過程中因灌漿壓力過大而變形，對壤土心墻造成施工損傷，產(chǎn)生新的裂縫和滲漏點(diǎn)，采用下保護(hù)套管的方法保護(hù)心墻，并在套管底部半米內(nèi)梅花型布設(shè)6 mm孔，便于漿液順利流出套管進(jìn)入壩體縫隙。

3.3 上、下游壩坡混凝土護(hù)面裂縫處理

上、下游壩坡混凝土護(hù)面裂縫兩側(cè)10 cm的混凝土以45°角鑿毛，采用砂漿回填，砂漿中摻氧化鎂3%（重量比）（見圖3）。

3.4 灌漿孔布置

3.4.1 壩頂鉆孔布置

灌漿孔布置于壩頂公路上，共兩排水泥灌漿孔和一排化灌，分為上游排、中間排和下游排，排距1 m，鉆孔布置為梅花型。下游排距壩頂公路下游邊緣2.5 m，為垂直孔，深入防滲心墻0.3 m；中間排化灌孔布置于兩排水泥灌漿孔間，傾向上游，頂角13°，深入防滲心墻0.3 m；上游排灌漿孔傾向上游、頂角24°，深入防滲心墻0.3 m。灌漿孔剖面圖見圖4。

圖3 壩坡混凝土護(hù)面處理示意圖（單位：m）Fig.3 Concrete protective face for the dam slope

圖4 灌漿孔剖面圖（單位：m）Fig.4 Grouting holes

鉆孔時(shí)，先進(jìn)行第一排孔序的鉆孔灌漿工作，待第一排灌漿完畢后進(jìn)行第三排孔序的鉆孔灌漿工作，待這兩排水泥灌漿結(jié)束14 d后，進(jìn)行第二排孔序的化學(xué)灌漿。在各排灌漿過程中，采用分序灌漿的方式進(jìn)行。施工次序與灌漿次序一致，同一次序灌漿孔可同時(shí)施工，下一次序孔待上一次序孔灌漿結(jié)束后方可開鉆。

3.4.2 與右岸溢洪道側(cè)墻連接處的灌漿孔布置

溢洪道混凝土左側(cè)墻外側(cè)與防滲心墻之間采用齒墻連接，齒墻頂寬50 cm，高2.0 m左右。兩排灌漿孔布置于齒墻兩側(cè)，化灌孔布置于兩排水泥灌漿孔之間，灌漿孔的布置見圖4。

3.4.3 與左岸岸坡連接處的灌漿孔的布置

防滲心墻與左岸岸坡齒墻連接處灌漿孔布置同右岸，兩排灌漿孔布置于齒墻兩側(cè)，化灌孔布置于兩排水泥灌漿孔之間，灌漿孔布置見圖4。

3.5 水泥灌漿參數(shù)

水泥灌漿孔孔徑為?56 mm，取芯檢查孔孔徑為?76 mm。防滲心墻與兩岸接觸部位的每個(gè)灌漿孔分兩個(gè)灌漿段，第一個(gè)灌漿段為防浪墻與防滲心墻結(jié)合面，鉆孔穿過結(jié)合面0.3 m，第二個(gè)灌漿段為防滲心墻與兩岸的結(jié)合面，鉆孔打到齒墻混凝土或基巖終孔，不再入巖。

灌漿施工時(shí)先進(jìn)行上游排水泥灌漿，再進(jìn)行下游排水泥灌漿，最后進(jìn)行中間排的LW化學(xué)灌漿，采用孔內(nèi)循環(huán)法。灌漿材料采用42.5號普通硅酸鹽水泥，水泥細(xì)度要求通過80 μm方空篩的篩余量不超過5%。集中制漿站宜制備水灰比為0.5∶1的純水泥漿液，輸送漿液速度宜為1.4～2.0 m/s，水泥灌漿最大壓力應(yīng)控制為0.2 MPa，控制抬動觀測變形值△≤0.2 mm。當(dāng)起始漿比的注入量達(dá)到300 L以上或灌漿時(shí)間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率無改變或改變不顯著時(shí)，改用1∶1的水灰比漿液。在設(shè)計(jì)最大壓力下，注入速率量小于0.4 L/min時(shí)，再繼續(xù)灌20 min即可結(jié)束水泥灌漿。

3.6 LW化學(xué)灌漿參數(shù)

水泥灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行LW化學(xué)灌漿，順序?yàn)橄娶裥?、再Ⅱ序。LW化學(xué)灌漿采用純壓式灌漿法，栓塞卡在防浪墻混凝土與心墻結(jié)合面以上10 cm處，最大灌漿壓力0.2 MPa。在設(shè)計(jì)壓力下單位注入率＜0.2 L/min時(shí)，持續(xù)灌注20 min即可結(jié)束。化學(xué)灌漿孔孔徑為?40～56 mm；取芯檢查孔孔徑為?76 mm。防滲心墻與兩岸接觸部位的每個(gè)灌漿孔分為兩個(gè)灌漿段，第一個(gè)灌漿段為防浪墻與防滲心墻結(jié)合面，鉆孔穿過結(jié)合面0.3 m；第二個(gè)灌漿段為防滲心墻與兩岸的結(jié)合面，鉆孔打到齒墻混凝土或基巖終孔，不再入巖。

4 加固處理效果

加固處理工程于2008年11月3日開工，2009年1月12日結(jié)束。灌漿耗用42.5號普通硅酸鹽水泥174 t，LW水溶性聚氨酯10 t[4]。加固處理后，對大壩水平垂直位移、浸潤線、繞壩滲流等項(xiàng)目進(jìn)行了加密測量。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，監(jiān)測數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)無異常，垂直位移呈減小趨勢，變化穩(wěn)定，水平位移變形相對較小，變化比較均勻，大壩浸潤線及繞壩滲流沒有發(fā)生明顯突變。

2008年汛后10～12月，在壩頂灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固施工過程中，庫水位維持在699.50 m左右運(yùn)行。2009年1月，大壩補(bǔ)強(qiáng)加固結(jié)束后，庫水位逐步蓄至正常蓄水位704 m，并維持高水位運(yùn)行近三個(gè)月，最高蓄水位為2009年1月28日704.98 m，其中庫水位高于正常蓄水位704 m的天數(shù)達(dá)50多天。2009年10月16日最高蓄水位706.45 m，大壩、庫區(qū)等檢查均無異常，說明碧口大壩補(bǔ)強(qiáng)加固效果良好，大壩又恢復(fù)到了一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語

“5·12”地震對碧口大壩造成了不可忽視的缺陷及安全隱患，經(jīng)過對碧口大壩采取補(bǔ)強(qiáng)加固、裂縫處理、壩面保護(hù)、壩基防滲、邊坡防護(hù)、溢洪道加固、監(jiān)測設(shè)施改造等一系列的工程措施,全面改善了大壩安全狀況。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，大壩運(yùn)行穩(wěn)定，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會效益。施工中使用的LW可溶性聚氨酯化學(xué)材料能夠快速固化堵漏，聚合后的固結(jié)體有良好的延伸性、彈性及抗?jié)B性，在水中永久保持原形，漿液對水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)[4]。補(bǔ)強(qiáng)加固后，碧口水庫高水位運(yùn)行驗(yàn)證了大壩在補(bǔ)強(qiáng)加固后高水位情況下的安全狀況?！?/p>

[1]大唐碧口水力發(fā)電廠.碧口水電站大壩特檢專題報(bào)告：“5·12”地震后施工竣工總結(jié)報(bào)告[R].2009，11.

[2]聶廣明，何雷霆，謝霄易，等.碧口水電站大壩“5·12”地震后的應(yīng)急檢查概況[J].大壩與安全，2008（3）：3～6.

[3]蘭州地震工程研究院.碧口水電站壩址工程場地安全性評價(jià)報(bào)告[R].2008.

[4]中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院.白龍江碧口水電站震損建筑物修復(fù)設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告[R].2009，11.

[5]何錄合，王文安.“5·12”地震對碧口水電站大壩影響分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2009（8）：60～62.