盧羽平，周小來(lái)

(1.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川川投田灣河開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041)

0 前 言

卡基娃水電站位于四川省涼山州木里縣境內(nèi)的木里河干流上，系木里河干流水電規(guī)劃“一庫(kù)六級(jí)”的第二個(gè)梯級(jí)，是該河段梯級(jí)開(kāi)發(fā)的“控制性水庫(kù)”工程。水庫(kù)正常蓄水位為高程2 850 m，總庫(kù)容3.7億m3，具有年調(diào)節(jié)能力。電站采用混合開(kāi)發(fā)方式，樞紐建筑物主要由攔河大壩、兩岸泄洪及放空建筑物和右岸引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河大壩為混凝土面板壩，最大壩高171 m。電站總裝機(jī)容量452.4 MW，多年平均年發(fā)電量16.51億kW·h。

1 大壩布置與壩體分區(qū)

壩區(qū)河流流向微呈反“S”型，呈深切略微不對(duì)稱(chēng)“V”型峽谷地貌，左岸陡、右岸較緩，兩岸基巖多裸露，局部為陡崖地形。壩軸線(xiàn)布置于峽谷最窄處，左岸為凸岸，右岸為凹岸，右岸上游、左岸下游分別發(fā)育有深切的則窩溝和卡基娃巨型古滑坡體。

大壩壩頂高程2 856 m，最大壩高171 m，壩頂寬11 m，壩頂長(zhǎng)355 m，大壩立面寬高比為2.08:1。上游壩坡1:1.4，下游壩坡設(shè)置三級(jí)5 m寬?cǎi)R道，第一級(jí)馬道以上壩坡為1:1.5，其下兩級(jí)馬道間壩坡均為1:1.4，綜合壩坡1:1.496。下游壩腳和下游圍堰間設(shè)置壓重區(qū)，頂高程2 710 m。大壩從上游至下游依次為棄碴壓重區(qū)、黏土鋪蓋區(qū)、墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、排水堆石區(qū)、干砌石(漿砌石)護(hù)坡區(qū)和下游壓重區(qū)，墊層區(qū)水平厚度4 m，過(guò)渡區(qū)自上而下水平厚度由6 m漸變至10 m，大壩分區(qū)見(jiàn)圖1。

圖1 卡基娃面板堆石壩典型剖面

2 壩料設(shè)計(jì)

壩體填筑所用的堆石料主要取自上游則窩料場(chǎng)的砂巖料、砂質(zhì)板巖料、千枚狀板巖料和樞紐建筑物砂巖開(kāi)挖料。其中，砂巖料具有強(qiáng)度高、硬度大、抗風(fēng)化能力強(qiáng)的特點(diǎn)，堆石體壓實(shí)后具有較低的壓縮性和較高的壓縮模量，可作為大壩填料。由于則窩料場(chǎng)第③層千枚狀板巖和砂質(zhì)板巖比例較高，其抗壓強(qiáng)度、模量等力學(xué)指標(biāo)較差，應(yīng)避免采用純板巖作為堆石區(qū)填筑料使用，以防止板巖集中帶來(lái)過(guò)大的不均勻變形。根據(jù)研究，下游堆石區(qū)上部可采用板巖與砂巖混摻料填筑，其中板巖比例不大于30%，板巖中千枚化板巖比例不大于50%。為了滿(mǎn)足控制壩體變形要求，對(duì)大壩主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)采用了較高的壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)，大壩各區(qū)填料設(shè)計(jì)控制參數(shù)及碾壓參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 大壩壩料設(shè)計(jì)特征及碾壓參數(shù)

3 壩基處理

壩址區(qū)河床覆蓋層較淺，厚度4.7～22.3 m，不存在連續(xù)分布的黏性土、砂土和粉細(xì)砂層，局部地段分布有厚度小于0.4 m的砂層透鏡體。由于壩基漂卵礫石層結(jié)構(gòu)松散，具有一定架空結(jié)構(gòu)，層次較為復(fù)雜，雖然其厚度不大，但由于谷底巖面較平整，起伏不大，具有一定的抗壓縮變形能力，抗剪強(qiáng)度也較高。通過(guò)研究比較，設(shè)計(jì)將主堆石區(qū)范圍內(nèi)的河床覆蓋層全部清除，基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化的基巖上，下游堆石區(qū)將河床覆蓋層表面的松散層清除，填筑前用26 t振動(dòng)碾碾壓8遍，作為下游堆石區(qū)基礎(chǔ)。

趾板基礎(chǔ)大部分座落在強(qiáng)卸荷帶巖體上，均需加強(qiáng)固結(jié)灌漿，以增加其整體性。固結(jié)灌漿采用梅花型布置，趾板部位固結(jié)灌漿為3排，固結(jié)灌漿間排距2 m，孔深一般為15 m，左岸上部卸荷較深，趾板基礎(chǔ)為Ⅳ類(lèi)弱風(fēng)化強(qiáng)卸荷巖體，為保證基礎(chǔ)的防滲穩(wěn)定性和變形均勻性，固結(jié)灌漿在該區(qū)域加深至強(qiáng)卸荷底線(xiàn)，最大孔深為35 m；防滲板部位固結(jié)灌漿孔間排距2.5 m，孔深5～15 m；噴混凝土部位固結(jié)灌漿孔間排距2.5 m，孔深5 m。

帷幕底界按“深入q≤3 Lu巖層內(nèi)5 m”設(shè)計(jì)，灌漿帷幕按雙排孔設(shè)計(jì)，排距1.2 m，孔距2 m，灌漿最大深度為95 m左右。

4 趾板布置

趾板建基面大部分置于弱風(fēng)化上段強(qiáng)卸荷巖體上。趾板采用結(jié)構(gòu)型式較簡(jiǎn)單的平趾板，趾板線(xiàn)由面板底面與趾板下游面的交線(xiàn)(Y線(xiàn))控制。

趾板寬度依據(jù)基巖地質(zhì)條件、作用水頭及基礎(chǔ)處理措施等綜合確定，趾板采用“5 m定寬趾板+防滲板”的形式，從上到下，防滲板寬度由3 m漸變至9 m，趾板與防滲板之間設(shè)一道銅片止水。為安全起見(jiàn)，對(duì)趾板下游10～20 m范圍內(nèi)基礎(chǔ)面掛Ф 6.5鋼筋網(wǎng)噴15～20 cm厚的C25聚丙烯纖維混凝土鋪蓋處理，以延長(zhǎng)基礎(chǔ)滲徑。

趾板厚度按不同高程分別為1～0.6 m，趾板采取連續(xù)、不設(shè)永久縫的布置方式。為防止連續(xù)趾板在施工期出現(xiàn)收縮裂縫，工程采用分序跳塊澆筑的施工方法，每12～16 m設(shè)2 m的寬槽，且鋼筋穿過(guò)施工縫。

趾板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，抗?jié)B等級(jí)為W12，抗凍等級(jí)為F200，寬槽回填采用微膨脹混凝土。趾板表面配單層雙向鋼筋，配筋率為趾板設(shè)計(jì)厚度的0.4%。為加強(qiáng)趾板與基礎(chǔ)的連接，保證趾板在灌漿壓力及其他外力作用下的穩(wěn)定，趾板、防滲板均設(shè)置錨筋Ф 32，其中L為6 m，間排距為1.5 m。

5 面 板

面板頂高程2 852 m，高出正常蓄水位2 m。鋼筋混凝土面板總面積62 519 m2。面板最大斜長(zhǎng)273.6 m，厚0.3～0.86 m。

卡基娃壩址河谷狹窄、兩岸陡峻，河谷寬高比僅約2.08，較之于兩岸較緩的面板堆石壩，卡基娃大壩兩岸面板表現(xiàn)出較明顯的張拉，河床段中下部面板擠壓作用較強(qiáng)烈。面板共32塊，為限制拉應(yīng)力的發(fā)展和適應(yīng)變形，靠近左右壩肩受拉區(qū)部位(左岸1～12號(hào)面板、右岸23～32號(hào)面板)垂直縫間距設(shè)為8 m；為限制壓應(yīng)力的發(fā)展和吸收變形，河床段受壓區(qū)部位(13～22號(hào)面板)垂直縫間距采用16 m，兩岸垂直縫在距周邊縫法線(xiàn)方向1 m內(nèi)垂直于周邊縫布置。面板分三期澆筑，第一期全斷面澆筑至高程2 737 m，第二期全斷面澆筑至高程2 810 m，第三期全斷面澆筑至高程2 852 m。

面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，抗?jié)B等級(jí)為W12，抗凍等級(jí)為F200。面板采用雙層雙向網(wǎng)狀配筋，配筋率順坡向?yàn)?.4%，水平向?yàn)?.3%；周邊縫以上20 m范圍內(nèi)配筋率順坡向?yàn)?.5%，水平向?yàn)?.4%。為加強(qiáng)接觸面抗壓能力，面板兩側(cè)垂直縫附近配筋封閉，在面板與趾板接觸面也配置加強(qiáng)鋼筋。垂直縫2 m、面板底部和頂部5 m、面板水平施工縫兩側(cè)各5 m范圍內(nèi)，均增加聯(lián)系筋。

6 分縫和止水

6.1 周邊縫

周邊縫采用三道止水，即“底部為F形銅片止水+PVC棒、頂部為PVC棒+波形橡膠止水+塑性填料、自愈保護(hù)為粉煤灰+黏土鋪蓋”的形式。

6.2 面板垂直縫

為保證止水系統(tǒng)安全可靠，面板垂直縫的止水結(jié)構(gòu)均按張性縫設(shè)計(jì)，只是壓性縫的塑性填料面積較張性縫少。為防止面板擠壓破壞，河床中部10條壓性縫縫面加設(shè)8 mm厚三元乙丙橡膠復(fù)合板。垂直縫設(shè)計(jì)兩道止水，即“底部為W1型銅片止水+PVC棒、頂部為PVC棒+波形橡膠止水+塑性填料”的形式，高程2 738 m以下增設(shè)黏性土鋪蓋。

6.3 面板水平縫及防浪墻沉降縫止水

在面板頂部與防浪墻墻趾之間，設(shè)有水平變形縫，變形縫的止水結(jié)構(gòu)大致與面板周邊縫相同。防浪墻沿長(zhǎng)度方向每16 m設(shè)一條沉降縫，沉降縫中部設(shè)一道W1形銅止水，與防浪墻底部的銅止水相連，縫面填充2 cm厚的瀝青木板。

7 抗震措施設(shè)計(jì)

卡基娃大壩設(shè)計(jì)地震基準(zhǔn)期50 a超越概率10%，相應(yīng)基巖水平峰值加速度為149 gal，抗震設(shè)計(jì)烈度為Ⅶ度；校核抗震標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)期100 a超越概率2%，相應(yīng)基巖水平峰值加速度為310 gal。鑒于大壩設(shè)計(jì)地震烈度較高，根據(jù)壩體震害特征形式分析，從壩頂結(jié)構(gòu)、斷面設(shè)計(jì)、壩體分區(qū)和壩料設(shè)計(jì)、泄洪放空設(shè)置等方面采取了合理的工程措施，以期提高混凝土面板堆石壩的抗震能力，降低地震破壞程度。

(1)壩頂“U”型防浪墻。由于“U”型整體式混凝土結(jié)構(gòu)比分離式結(jié)構(gòu)可能有更好的抗震性能，因此壩頂防浪墻采用“U”型整體式混凝土結(jié)構(gòu)。

(2)提高壩料設(shè)計(jì)和填筑標(biāo)準(zhǔn)。壩體按筑壩材料特性采用分區(qū)設(shè)計(jì)，為控制壩體變形和不均勻沉降，適當(dāng)提高堆石料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，堆石料孔隙率小于20%，過(guò)渡料孔隙率小于19%，墊層料孔隙率小于18%。

(3)上緩下陡壩坡。為增加壩體頂部的抗震穩(wěn)定性，下游壩坡設(shè)兩級(jí)寬5 m的馬道，第一級(jí)馬道以上壩坡放緩至1：1.5，第一級(jí)馬道以下壩坡為1：1.4，下游綜合壩坡為1：1.496。

(4)壩體加筋技術(shù)。在高程2 820 m至壩頂?shù)亩咽w內(nèi)，埋設(shè)土工格柵的加筋抗震措施，以加強(qiáng)壩體上部區(qū)域壩殼的整體性，提高抗震性能。

(5)下游壩面護(hù)坡。下游壩面高程2 802 m以上設(shè)置漿砌石護(hù)坡，高程2 802 m以下設(shè)置干砌石護(hù)坡，以防止地震時(shí)壩面石塊被大片震落，危及大壩安全。

(6)增強(qiáng)面板配筋。面板采用雙層雙向配筋，在面板頂部、底部及接縫部位加強(qiáng)配筋，以增強(qiáng)其抗擠壓破壞能力。

(7)可靠的止水設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)分縫位移值可保證靜動(dòng)疊加工況下分縫止水的可靠性，對(duì)河床段面板的壓性縫內(nèi)填充厚8 mm的三元乙丙橡膠復(fù)合板。

(8)設(shè)置放空洞。在地震預(yù)報(bào)時(shí)提前放低水庫(kù)水位；或大壩發(fā)生震害時(shí)及時(shí)放空庫(kù)水，避免或降低對(duì)大壩下游的安全威脅。

8 大壩運(yùn)行狀況分析

卡基娃大壩于2011年8月開(kāi)始填筑，于2014年7月填筑至防浪墻底板高程2 852 m，2015年5月三期面板澆筑完成。工程2015年1月8日導(dǎo)流洞下閘蓄水，2015年2月18日水庫(kù)水位達(dá)到初期蓄水位2 805 m；2015年6月22日開(kāi)始第二期蓄水，2015年12月5日庫(kù)水位抬升至正常蓄水位2 850 m。庫(kù)水位抬升過(guò)程中，在2015年1月20日庫(kù)水位升至2 779 m時(shí)，壩后量水堰開(kāi)始出現(xiàn)小量滲水，約1.9 L/s，后迅速增大，但兩岸邊坡未發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)，滲水未發(fā)現(xiàn)渾濁和顆粒物。從滲流量監(jiān)測(cè)成果來(lái)看：2015年1月8日—2015年4月27日一期蓄水期間，最大滲流量146 L/s(4月22日，庫(kù)水位2 795.57 m)；二期蓄水后，壩后量水堰測(cè)得的最大滲水量711 L/s(12月7日，庫(kù)水位2 850.05 m)。滲流量與庫(kù)水位密切相關(guān)，隨著水位抬高，滲流量迅速增加。與同類(lèi)型工程相比，卡基娃壩后量水堰觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)偏大。

為探明滲漏部位和滲漏途徑，工程采用偽隨機(jī)流場(chǎng)法對(duì)壩前進(jìn)行物探測(cè)試，根據(jù)滲漏區(qū)色譜圖，結(jié)合宏觀(guān)地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析主要滲漏原因如下：

(1)導(dǎo)流洞可能存在內(nèi)水外滲問(wèn)題，漏水位置可能是導(dǎo)流洞施工支洞堵頭、閘門(mén)及基覆界線(xiàn)漏水，后導(dǎo)流洞永久堵頭出現(xiàn)滲水，對(duì)原因進(jìn)行了佐證；

(2)與放空洞生態(tài)放水有關(guān)，可能存在內(nèi)水外滲問(wèn)題；

(3)左岸趾板基礎(chǔ)存在滲漏，結(jié)合高程2 800 m以上帷幕，檢查發(fā)現(xiàn)孔壓水試驗(yàn)成果合格率偏低，物探鉆孔電視和聲波測(cè)試成果顯示，推測(cè)趾板基礎(chǔ)淺表部局部存在缺陷。

2016年庫(kù)水位降至死水位后，對(duì)大壩面板、止水水上部分進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)大壩高程2 802 m以上右岸周邊縫附近面板混凝土存在淺層擠壓破壞。

根據(jù)以上檢測(cè)成果，對(duì)防滲系統(tǒng)主要采取了以下補(bǔ)強(qiáng)措施。

(1)對(duì)面板周邊縫附近的擠壓破壞處理要求如下：將修補(bǔ)范圍內(nèi)松散的混凝土鑿除，對(duì)混凝土基礎(chǔ)表面進(jìn)行處理；面板未鑿穿處植錨筋，原有的面板表層鋼筋應(yīng)盡量保留，表層再增設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，將面板鑿穿處上下層鋼筋采用豎向拉筋進(jìn)行連接，形成鋼筋網(wǎng)，將面板未鑿穿處新增表層鋼筋網(wǎng)與錨筋焊為一體；用與原面板同配比的C30混凝土修補(bǔ)面板結(jié)構(gòu)；修復(fù)周邊縫底部破損的銅止水，恢復(fù)原設(shè)計(jì)的周邊縫表層止水結(jié)構(gòu)，在面板新老混凝土縫頂作表層止水。

(2)左岸趾板高程2 800 m以上檢查孔壓水試驗(yàn)成果表明，趾板基礎(chǔ)淺表部透水性較強(qiáng)，為增強(qiáng)大壩防滲系統(tǒng)的防滲性，減少大壩的滲流量，在左岸趾板高程2 800～2 835 m位置增設(shè)淺層加強(qiáng)帷幕灌漿，灌漿孔共4排，孔深入基巖10～15 m。

(3)為防止水庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)，放空洞龍?zhí)ь^段及下游導(dǎo)流洞利用段出現(xiàn)較大外水壓力，在永久堵頭段增設(shè)了阻水帷幕，并對(duì)阻水帷幕前放空洞龍?zhí)ь^洞段進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)固結(jié)灌漿。

從監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，水庫(kù)蓄水以來(lái)，大壩變形較為協(xié)調(diào)，壩體無(wú)明顯不均勻沉降，監(jiān)測(cè)數(shù)值連續(xù)，沒(méi)有出現(xiàn)突變現(xiàn)象，壩體變形速率較小。目前，實(shí)際觀(guān)測(cè)到的大壩最大沉降值為1.17 m，約為最大壩高171 m的0.68%，沉降變形在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)。面板接縫變形監(jiān)測(cè)表明，實(shí)測(cè)值整體較小，且小于設(shè)計(jì)值，面板與墊層料之間脫空位移實(shí)測(cè)值整體也較小，面板與墊層接觸總體較好。防滲系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)后壩體、壩基滲流穩(wěn)定，量水堰滲流量較處理前逐年減小，目前實(shí)測(cè)最大滲流量為290 L/s，約為壩址處多年平均年徑流量101 m3/s的0.29%，對(duì)電站的經(jīng)濟(jì)效益影響較小。位于左右岸灌漿平洞帷幕下游的繞滲孔水位與庫(kù)水位相關(guān)性較大，在庫(kù)水位高于2 840 m以后，水位上升較明顯，初步判斷有庫(kù)水位繞滲現(xiàn)象。右岸繞滲較左岸明顯，但上升或下降幅度小于庫(kù)水位變幅。

三維滲流反演計(jì)算成果表明，壩體的滲透流量所占比例很小，壩基和兩岸繞滲所占比例較大，水庫(kù)滲流量絕大部分是由壩基和兩岸繞滲滲漏造成的；死水位以下防滲帷幕局部存在缺陷時(shí)，僅局部缺陷處小范圍內(nèi)的浸潤(rùn)面有變化，對(duì)壩體大部分范圍以及兩岸壩肩滲流場(chǎng)影響很小；正常蓄水位工況的大壩壩體、壩基、防滲結(jié)構(gòu)滲透坡降均小于材料的允許滲透坡降，大壩不會(huì)發(fā)生滲透破壞，不影響大壩滲流安全。經(jīng)水庫(kù)蓄水以來(lái)的巡視檢查，在高水位運(yùn)行情況下未發(fā)現(xiàn)下游坡面滲水存在、量水堰未發(fā)現(xiàn)滲水混濁現(xiàn)象，故大壩和壩基覆蓋層處于滲透穩(wěn)定安全狀態(tài)。

9 結(jié) 語(yǔ)

卡基娃水電站自2015年蓄水運(yùn)行以來(lái)，已經(jīng)歷了6個(gè)汛期的檢驗(yàn)，從大壩變形、大壩滲流、面板接縫變形等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，大壩的目前運(yùn)行狀態(tài)正常、穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)資料以及計(jì)算分析成果，現(xiàn)有滲流量條件下對(duì)大壩安全沒(méi)有影響，大壩的整體安全是有保證的。為確保大壩長(zhǎng)期運(yùn)行安全，后期運(yùn)行應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大壩的滲流和變形監(jiān)測(cè)。