張冀

（中國(guó)電建集團(tuán)海外投資有限公司，北京，100048）

1 工程概況

南歐江六級(jí)水電站位于老撾豐沙里省境內(nèi)，是南歐江河流規(guī)劃中第六個(gè)梯級(jí)。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，水庫(kù)正常蓄水位510 m，相應(yīng)庫(kù)容4.09×108m3，死水位490 m，死庫(kù)容1.63×108m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容2.46×108m3，具有季調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量180 MW，多年平均發(fā)電量6.57 億kWh。電站于2015年10月8日下閘蓄水，2016年4月全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，同年12月竣工驗(yàn)收。

工程主要建筑物包括復(fù)合土工膜面板堆石壩、左岸引水系統(tǒng)及地面廠房、右岸溢洪道、放空洞工程等。工程等別為二等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物（擋水、泄洪和引水發(fā)電建筑物）級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。

復(fù)合土工膜面板堆石壩壩高85 m，壩頂長(zhǎng)362 m，大壩為軟巖筑壩，軟巖填筑比例達(dá)81%，為已建世界最高土工膜面板堆石壩，也是軟巖填筑比例最大的面板堆石壩。

2 大壩結(jié)構(gòu)特性及土工膜修補(bǔ)情況

2.1 大壩結(jié)構(gòu)特性

（1）壩體從上游到下游分區(qū)為復(fù)合土工膜防滲體、墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、板巖主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)。大壩除底部排水區(qū)、墊層料和過(guò)渡料采用砂巖外，主、次堆石區(qū)利用板巖作為堆石料，板巖強(qiáng)度低、軟化系數(shù)高且易崩解。

（2）延伸至兩岸的壩基防滲帷幕、壩體趾板及復(fù)合土工膜聯(lián)合形成完整的大壩防滲系統(tǒng)。壩體墊層、過(guò)渡料和底部排水區(qū)形成L 型排水體，以保證軟巖填筑區(qū)能夠相對(duì)干燥，從而達(dá)到全斷面利用板巖作為堆石料的分區(qū)方式。

（3）復(fù)合土工膜（3.5 mmPVC+700 g 土工布）直接鋪設(shè)于混凝土擠壓邊墻上部，膜上未設(shè)保護(hù)。其優(yōu)點(diǎn)是其拉伸性能和柔軟性較好，能適應(yīng)大壩較大的變形，易于鋪設(shè)、安裝及焊接；缺點(diǎn)是屬易燃、易穿刺物品[1]。

2.2 土工膜修補(bǔ)情況

施工期土工膜由于滾石等原因出現(xiàn)了多處損壞，分別進(jìn)行了兩次全面排查及修補(bǔ)。蓄水前，大壩沉降造成擠壓邊墻錯(cuò)動(dòng)變形，在壩高1/3～2/3間土工膜出現(xiàn)多處局部鼓包、凹陷。為防止蓄水后擠壓邊墻鼓脹或破碎部位處的土工膜應(yīng)力集中，影響使用壽命，對(duì)全部變形部位進(jìn)行了處理，具體方法為：切開土工膜，清理變形凸起的擠壓邊墻混凝土，用新混凝土回填抹平，然后重新補(bǔ)焊[2]。

大壩蓄水運(yùn)行后，每年6月份在水庫(kù)水位降至死水位時(shí)，對(duì)死水位490 m以上的土工膜進(jìn)行人工檢查，其中在2016 年、2017 年發(fā)現(xiàn)了幾處局部破損，并進(jìn)行了補(bǔ)焊處理。

3 土工膜水下檢查的必要性

3.1 大壩滲流情況

為了監(jiān)測(cè)大壩滲漏情況，在下游壩坡坡腳設(shè)置1 座量水堰，監(jiān)測(cè)壩體和壩基滲流量。大壩滲流量與庫(kù)水位相關(guān)性較強(qiáng)，蓄水后大壩滲流量增加較快，當(dāng)水位蓄至498 m高程時(shí)，滲流量最大達(dá)5 929 m3/d，之后滲流量極值、年均值逐年呈緩慢減小的趨勢(shì)，當(dāng)前在正常蓄水位510 m高程時(shí)，滲流量為2 000 m3/d左右，小于設(shè)計(jì)允許值3 211 m3/d。

圖1 大壩滲流量與庫(kù)水位過(guò)程線Fig.1 Graph of the dam seepage and reservoir water level

3.2 土工膜水下檢查的必要性

土工膜作為大壩的防滲面板，若土工膜出現(xiàn)孔洞、發(fā)生滲漏，將導(dǎo)致大壩堆石料板巖軟化、強(qiáng)度降低、影響大壩運(yùn)行安全。

大壩蓄水運(yùn)行4 年來(lái)，考慮到土工膜的脆弱性，為了解死水位490 m以下土工膜可能存在的缺陷及異常，為全面掌握大壩土工膜防滲系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行土工膜水下檢查是非常必要的。

4 土工膜水下檢查方法

（1）采用單波束測(cè)深技術(shù)，探測(cè)土工膜最底部往上游5 m范圍內(nèi)的水下地形，獲取水下地形現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)比設(shè)計(jì)資料，分析土工膜及底部坡腳的淤積情況。

（2）采用側(cè)掃聲吶對(duì)土工膜水下部分進(jìn)行全覆蓋掃描，獲取土工膜的聲學(xué)影像信息，分析土工膜是否存在較大規(guī)模的破損或變形。

（3）采用水下無(wú)人潛航器（簡(jiǎn)稱ROV）搭載高清攝像頭、側(cè)掃聲吶圖像、示蹤劑墨盒對(duì)土工膜及土工膜與趾板連接部位進(jìn)行詳查，分析土工膜或接縫縫口是否存在破損、變形、滲漏等缺陷。

4.1 單波束水下地形測(cè)量

單波束測(cè)深系統(tǒng)以小船為載體，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)沿近壩軸方向的任意軌跡進(jìn)行深度信息的單點(diǎn)采集，測(cè)線布置見圖2。單波束測(cè)深時(shí)，采用GPSRTK技術(shù)提供定位參數(shù)。

圖2 單波束探測(cè)測(cè)線布置圖Fig.2 Plan of the survey lines for single beam bathymetry

4.2 側(cè)掃聲吶水下普查

利用小船作為側(cè)掃聲吶的搭載平臺(tái)，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)沿平行壩軸方向的測(cè)線進(jìn)行側(cè)掃聲吶探測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)水深情況實(shí)時(shí)調(diào)整測(cè)線間距和探測(cè)寬度，確保兩相鄰測(cè)線的水下掃描區(qū)域有一定的重疊，最終完成探測(cè)區(qū)域內(nèi)水底全覆蓋掃描。側(cè)掃聲吶探測(cè)時(shí)，同樣采用GPS-RTK 技術(shù)提供定位參數(shù)。側(cè)掃聲吶測(cè)線布置見圖3。

圖3 側(cè)掃聲吶探測(cè)測(cè)線布置圖Fig.3 Plan of the survey lines for side scan sonar

側(cè)掃聲吶數(shù)據(jù)處理采用Ocean Tech Side-Scan Sonar 處理軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)回放處理形成水底聲吶圖像。觀察側(cè)掃聲吶圖像，識(shí)別并截取探測(cè)目標(biāo)的圖像，確定目標(biāo)體的相對(duì)位置和尺寸。

4.3 ROV水下詳查

4.3.1 測(cè)線布置

先對(duì)土工膜進(jìn)行編號(hào)，從右岸往左岸通過(guò)土工膜接縫將土工膜分成豎直方向190 塊，并依次編號(hào)。ROV 水下檢查測(cè)線以水平測(cè)線為主，利用ROV的定深功能，從水面至水底，每間隔0.5 m布置1 條水平檢查測(cè)線，對(duì)趾板布置深度方向的縱向測(cè)線進(jìn)行詳查，測(cè)線布置見圖4。此外對(duì)側(cè)掃聲吶發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域進(jìn)行局部詳查和確認(rèn)。

圖4 ROV水下詳查測(cè)線布置圖Fig.4 Plan of the survey lines for underwater inspection by ROV

4.3.2 定位方式

ROV 水下檢查時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行ROV 的水下定位：

（1）水平測(cè)線檢查時(shí)，ROV 從某個(gè)已知編號(hào)的土工膜接縫入水，到達(dá)指定深度后進(jìn)行水平測(cè)線檢查，通過(guò)數(shù)ROV 經(jīng)過(guò)的接縫數(shù)量來(lái)判斷ROV 所在的位置。

（2）當(dāng)土工膜接縫被泥沙覆蓋難以識(shí)別時(shí)，通過(guò)側(cè)掃聲吶圖像識(shí)別事先從攔漂索上已知位置下放的標(biāo)識(shí)物的相對(duì)位置來(lái)反算ROV在水下的位置。

（3）水下檢查時(shí)，記錄庫(kù)水位，并將ROV 上攜帶的水深計(jì)數(shù)值換算成ROV 的高程數(shù)值，為ROV提供高程上的定位。

5 水下檢查成果及分析

5.1 淤積檢查成果及分析

通過(guò)單波束測(cè)深獲取水下地形數(shù)據(jù)，繪制1∶500水下地形圖，提取典型斷面同設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行對(duì)比，分析土工膜及底部坡腳的淤積情況，并結(jié)合水底聲吶圖像和ROV 水下攝像進(jìn)行綜合分析。壩面淤積情況如下：

（1）土工膜上泥沙覆蓋厚度隨水深增加而逐漸增加，在高程470 m 附近，泥沙覆蓋厚度1 m 左右，壩趾底部高程430 m附近，泥沙覆蓋厚度約3 m左右。

（2）通過(guò)ROV 攝像驗(yàn)證，土工膜普遍存在泥沙覆蓋的現(xiàn)象，高程482～490 m范圍內(nèi)泥沙覆蓋厚度在1 cm 以內(nèi)，局部可見土工膜出露；高程482 m 以下泥沙覆蓋厚度增加，未見土工膜及其接縫。

5.2 土工膜水下檢查成果及分析

5.2.1 普查成果

通過(guò)對(duì)土工膜及趾板區(qū)側(cè)掃聲吶數(shù)據(jù)的處理分析，形成水底聲吶圖像，見圖5。分析圖5 發(fā)現(xiàn)，左、右岸兩側(cè)預(yù)留變形槽高程465 m以下基本被泥沙淤平，并在土工膜鋪設(shè)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)4 處凸起異常。利用ROV 搭載高清攝像頭對(duì)該4 處凸起異常進(jìn)行確認(rèn)，異常部位有木頭堆積，見圖6。

圖5 土工膜面板及趾板側(cè)掃聲吶成果圖Fig.5 Result of inspection of geomembrane face and toe slab by side scan sonar

圖6 土工膜面板木頭堆積ROV攝像成果圖Fig.6 Images of wood pile-up on geomembrane face by ROV

5.2.2 詳查成果

利用ROV 搭載高清攝像頭、示蹤墨盒以測(cè)線的形式對(duì)土工膜進(jìn)行詳查，發(fā)現(xiàn)土工膜表面局部有鼓包、凹陷現(xiàn)象，但未見破損、滲漏等情況。土工膜鼓包、凹陷典型圖像見圖7，具體檢查結(jié)果如下：

圖7 土工膜面板鼓包、凹陷典型圖像Fig.7 Typical image of bulge and pit of geomembrane face

（1）土工膜表面共發(fā)現(xiàn)6 處鼓包，鼓包大小在10 cm以內(nèi)，鼓包高度在2 cm以內(nèi)。

（2）土工膜表面共發(fā)現(xiàn)46處凹陷，凹陷基本均成水平條帶狀，大部分長(zhǎng)度在1 m以內(nèi)，寬度在10 cm左右，深度在1 cm以內(nèi)。

（3）在土工膜編號(hào)為120～121 號(hào)、高程480.5 m區(qū)域發(fā)現(xiàn)多個(gè)泥沙淤積形成的孔洞，經(jīng)噴墨測(cè)試均未見吸墨現(xiàn)象，分析該類孔洞可能由水生生物或流水侵蝕形成。

（4）在右岸伸縮縫靠近趾板側(cè)、488.4 m高程發(fā)現(xiàn)一處土工膜接縫異常情況，經(jīng)噴墨測(cè)試未見吸墨現(xiàn)象，查閱施工資料，該部位為土工膜正常接縫搭接部位。

（5）在右岸趾板靠近溢洪道側(cè)、488.9 m 高程發(fā)現(xiàn)一處混凝土表面破損，經(jīng)噴墨測(cè)試未見吸墨現(xiàn)象。

（6）土工膜與左、右岸趾板連接處未見破損，不銹鋼壓條和錨固螺栓正常。

6 結(jié)語(yǔ)

采用單波束測(cè)深、側(cè)掃聲吶和ROV 等多種方法對(duì)南歐江六級(jí)水電站大壩土工膜面板進(jìn)行綜合檢查，基本查明土工膜面板及土工膜與趾板連接處的整體情況，發(fā)現(xiàn)面板有多處鼓包、凹陷和木頭堆積。根據(jù)檢查結(jié)果，有下述幾點(diǎn)結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

（1）大壩土工膜面板整體情況良好，沒有出現(xiàn)明顯的破損和滲漏情況，土工膜與趾板連接部位接縫基本完好。

（2）土工膜表面普遍存在泥沙覆蓋的現(xiàn)象，隨著水深增加，泥沙淤積厚度增加，為土工膜增加了一層天然保護(hù)層、鋪蓋及蓋重料，提高了土工膜防滲體的安全性，但對(duì)土工膜檢查補(bǔ)修不利。

（3）土工膜表面有木頭堆積的現(xiàn)象，說(shuō)明浮桶式攔漂索攔漂效果欠佳，應(yīng)對(duì)攔漂索進(jìn)行改進(jìn)，防止木頭從浮桶下穿過(guò)直達(dá)壩前，對(duì)土工膜造成損傷。

（4）土工膜表面存在較多鼓包、凹陷等變形情況，結(jié)合壩內(nèi)水管式沉降儀監(jiān)測(cè)成果分析，屬蓄水后壩軸線上游壩體沉降變形引起的，后期仍應(yīng)對(duì)此加以關(guān)注，觀察鼓包、凹陷隨時(shí)間推移的變化情況。

（5）大壩滲流量隨時(shí)間呈減少趨勢(shì)，可能與上游壩面及壩趾的淤積物有關(guān)。