雷紅軍，施 睿，孫亞民，羅永欽

（昆明理工大學(xué)，云南昆明，650500）

1 工程概況

天生橋一級(jí)水電站位于珠江流域主干流紅水河上游黔、桂兩省區(qū)交界的南盤江干流。水庫(kù)總庫(kù)容102.57 億m3，正常蓄水位780 m。電站以發(fā)電為主，開發(fā)目標(biāo)單一，總裝機(jī)容量4×300 MW。天生橋一級(jí)水電站大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩長(zhǎng)1 104 m，壩頂寬12 m，壩頂高程791.0 m，最大壩高178 m，填筑總方量約1 800 萬m3。大壩上游壩坡1∶1.4，下游平均壩坡1∶1.4，共有混凝土面板69塊，每塊寬16 m。面板分三期澆筑，第一期為底部～680.0 m高程，第二期為680.0～746.0 m高程，第三期為746.0～787.3 m高程。在680.0～746.0 m高程處分別設(shè)有水平施工縫，面板厚度由底部0.9 m 漸變至頂部0.3 m，趾板地基設(shè)有固結(jié)和帷幕灌漿，趾板與面板之間設(shè)有三道止水的周邊縫。堆石壩填筑體從上游到下游依次分ⅡA料墊層區(qū)、ⅢA料過渡區(qū)、ⅢB 料主堆石區(qū)、ⅢC 料堆石區(qū)、ⅢD 料堆石區(qū)、上游輔助防滲的面板鋪蓋（黏土料ⅠA 和任意料ⅠB區(qū)）、下游截水墻（過渡料ⅡB 和黏土料Ⅳ區(qū)）、任意料ⅠB 區(qū)這八個(gè)填筑體，大壩主要結(jié)構(gòu)見圖1。壩體填筑分八期完成，見圖2。工程于1991 年6月正式開工，兩條導(dǎo)流洞開始開挖；1994 年兩岸壩頭及河床水上部分開挖，年底實(shí)現(xiàn)大江截流；1997 年底下閘初期蓄水；1998 年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電；2000 年底工程竣工；2000 年12 月樞紐工程通過竣工安全鑒定。

圖1 壩體結(jié)構(gòu)分區(qū)Fig.1 Dam structural zones

圖2 壩體分期填筑Fig.2 Dam filling stages

2 運(yùn)行期混凝土面板擠壓破損情況

天生橋一級(jí)水電站面板堆石壩目前已運(yùn)行近18年，大壩運(yùn)行整體情況良好，大壩滲漏量、變形、應(yīng)力等觀測(cè)結(jié)果表明，大壩整體安全可靠。但在2003～2012 年，大壩多次發(fā)生了混凝土面板的局部擠壓破損，主要集中在面板中部偏左岸側(cè)的L3/L4和L8/L9面板處，如圖3所示。

圖3 面板擠壓破損發(fā)生的主要部位Fig.3 Main parts of extrusion damage

2.1 2003年面板破損情況

2003 年7 月，發(fā)現(xiàn)大壩面板L3、L4 分縫處（0+686 m 樁號(hào)）混凝土發(fā)生擠壓破損。L3 面板僅輕微破損，而L4 面板破損范圍從防浪墻底部向下延伸至水面（787.30～757.18 m），局部面板鋼筋出露，破損部位平均寬度1 m，最大寬度1.58 m，局部面板鋼筋頂彎外露，手掌可插入縫內(nèi)。水下面板758.42～754.42 m 高程混凝土破損寬度約為1 m，754.42～752.92 m 高程混凝土破損平均寬度約0.1 m。對(duì)破損較嚴(yán)重的部位（781.50 m 和786.14 m 高程）進(jìn)行鑿坑檢查，發(fā)現(xiàn)止水銅片局部破損，局部止水片與混凝土分離。754～748 m 破損較寬，最寬達(dá)3.5 m，并有0.5～0.9 m 寬的破碎帶，破碎條帶混凝土厚約5 cm。

為進(jìn)一步消減大壩中部受壓區(qū)面板的擠壓應(yīng)力，2003 年8—10 月對(duì)大壩L3/L4 破損面板進(jìn)行了修復(fù)，處理范圍為746.0-787.3 m 高程范圍內(nèi)面板之間的垂直分縫。

2.2 2004年面板破損情況

2004年5 月，發(fā)現(xiàn)大壩L3、L4分縫附近修補(bǔ)部位混凝土發(fā)生擠壓破壞，范圍由787.30 m高程至水面（相應(yīng)水位747.77 m）。其中787.30～786.12 m 高程修補(bǔ)混凝土局部縱向凸起；786.12～781.41 m高程修補(bǔ)混凝土基本完好；781.41 m高程以下修補(bǔ)混凝土破損、抬起，局部存在老混凝土破損；748～754 m高程破損范圍較大，最寬達(dá)6 m 左右，底層鋼筋變形；水下面板破損至710 m高程，720 m高程破損寬度達(dá)2.4 m；對(duì)769 m 高程進(jìn)行鑿槽檢查，發(fā)現(xiàn)破損深度略淺于2003 年修補(bǔ)深度；部分縫段可見止水銅片翼緣。鑒于2004 年面板破損處理正值主汛期，施工時(shí)間和施工條件有限，面板處理按水上永久處理和水下臨時(shí)處理兩種方案實(shí)施。

2.3 2005年面板破損情況

2005 年6—8 月，對(duì)部分大壩面板分縫進(jìn)行了切縫處理，處理范圍為：R1/R2（樁號(hào)0+622 m）、L8/L9（樁號(hào)0+766 m），787.3～731.0 m高程。

2005 年7 月8 日，發(fā)現(xiàn)L8/L9 面板水下高程742～745 m 的L8 面板靠近垂直縫部位發(fā)生局部破損。經(jīng)清理檢查，破損范圍為741.50～745.96 m 高程，最大破損寬度1.5 m（741.56 m 高程），最大破損深度26 cm（744.96 m 高程），個(gè)別部位有鋼筋出露（744.86～745.76 m高程）。在清理L8面板破損混凝土過程中，發(fā)現(xiàn)744.00～745.96 m 高程部位面板混凝土強(qiáng)度偏低，用錘子敲擊，混凝土即碎裂成顆粒、骨料。該局部破損處理方案與2004 年L3/L4 面板垂直縫水下處理方案一樣，于2005年7—8月完成。

2.4 2008年面板破損情況

2008年6月發(fā)現(xiàn)大壩L8/L9、L3/L4面板分縫混凝土發(fā)生破損。大壩L8/L9面板分縫混凝土破損發(fā)生在L8面板側(cè)，L9面板側(cè)混凝土無破損，原切縫埋設(shè)的橡膠板無擠壓變形情況?；炷疗茡p范圍為745.20～736.10 m高程，破損斜長(zhǎng)14.75 m，最大破損寬度2.42 m，分縫處最大破損深度為30 cm，一般破損深度約4～6 cm。

大壩L3/L4面板分縫混凝土破損范圍為727.9～731.9 m高程和733.88～745.27 m高程。其中727.9～731.9 m 高程平均破損寬度1 m，破損發(fā)生在L3 面板側(cè)，破損斜長(zhǎng)6.38 m，混凝土破損深度一般為10 cm 左右，最大破損深度為21 cm，未發(fā)現(xiàn)鋼筋出露情況；733.88～745.27 m高程最大破損寬度1.5 m，破損發(fā)生在L4面板側(cè)，破損斜長(zhǎng)19 m，最大破損深度為29 cm。2008年7—8月對(duì)破損部位進(jìn)行了處理。

2.5 2009年面板破損情況

2009年5月進(jìn)行了大壩水下面板檢查，發(fā)現(xiàn)L2/L3、L3/L4水下面板存在局部破損。（1）L2/L3面板破損情況：721.88～723.68 m 高程，在L2/L3 面板垂直縫的L3面板側(cè)，靠近垂直縫邊緣混凝土出現(xiàn)裂縫；724.48 m 高程處，L3 面板側(cè)出現(xiàn)一塊混凝土破損，長(zhǎng)30 cm、寬15 cm，混凝土邊緣起翹2 cm；726.38～725.88 m 高程，L3 面板側(cè)發(fā)現(xiàn)一塊混凝土破損，長(zhǎng)60 cm、寬40 cm，混凝土邊緣起翹2 cm。經(jīng)清理，最大破損深度為3.5 cm，因考慮混凝土破損較淺，故未進(jìn)行修復(fù)處理。（2）L3/L4 面板破損情況：混凝土破損發(fā)生在L4 面板側(cè)，相應(yīng)高程為720.72～723.42 m，破損斜長(zhǎng)4.8 m，最大破損深度13 cm，最大寬度1.6 m，混凝土破損面不新鮮。修復(fù)處理方案與2008年水下修補(bǔ)相同，工程處理于2009年6月16日開始，7月8日結(jié)束。

6 月24 日檢查發(fā)現(xiàn)，大壩L3/L4 水面以上面板發(fā)生局部破損。（1）L4 面板側(cè)破損發(fā)生在740.8～741.8 m 和782.60～785.10 m 高程，破損斜長(zhǎng)分別為1.78 m和4.2 m，其中740.8～741.8 m高程最大破損深度33 cm、寬度1.85 m，782.60～785.10 m高程破損寬度1.2 m、深度19 cm。（2）L3 面板破損發(fā)生在747.00～749.26 m 和758.00～760.60 m 高程，破損斜長(zhǎng)分別為3.85 m和4.5 m，混凝土破損面新鮮，橡膠板和鋼筋未變形。其中747.00～749.26 m 高程破損寬度1.54 m、深度22 cm，758.00 ～760.60 m 高程破損寬度1.8 m，最大深度42 cm（759～760.60 m 高程見止水銅片）。處理方案為：清除破損混凝土，水上澆筑C25 混凝土，水下澆筑環(huán)氧混凝土，然后鋪貼SR蓋片，工程處理于6月24日開始，7月8日結(jié)束。

2.6 2011年面板破損情況

2011年6～7月，檢查發(fā)現(xiàn)面板存在以下問題：

（1）L4 右側(cè)面板局部破損。6 月21 日，檢查發(fā)現(xiàn)在735.30～735.94 m高程、736.94～738.97 m高程、741.00～748.35 m 高程、753.00～754.00 m 高程混凝土出現(xiàn)局部破損，破損面陳舊。其中735.30～735.94 m高程破損寬度1.1 m，深度0.25 m；736.94～738.97 m高程破損寬度1.1 m，深度0.25 m；741.00～748.35 m 高程破損沿垂直縫方向長(zhǎng)度12.5 m，平均寬度2.3 m，平均深度0.25 m；753.3～754.0 m高程破損寬度1 m，深度0.15 m。10月19日，將L3/L4面板接縫處蓋片揭開，再次進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)仍存在局部破損。其中743.08～743.88 m高程破損面積3.2 m2，平均深度0.25 m；747.00～748.30 m 高程破損面積1.98 m2，平均深度0.12 m；764.55～765.50 m 高程破損面積1.2 m2，平均深度0.12 m；765.50～772.05 m高程破損面積16 m2，平均深度0.20 m。

（2）L3 側(cè)面板局部破損。6 月21 日，檢查發(fā)現(xiàn)748.3～753.3 m高程出現(xiàn)混凝土局部破損，破損面陳舊，擠壓破損斜長(zhǎng)為8.5 m（沿垂直縫方向），最大寬度為2.5 m（水平方向），平均寬度為1.1 m，平均深度為15 cm。

（3）L8面板局部破損。6月23日，檢查發(fā)現(xiàn)L8面板局部破損，高程為735.50～736.95 m。

（4）L3/L4 面板接縫抬高情況。7 月2 日，檢查發(fā)現(xiàn)L3面板頂部與防浪墻接觸縫內(nèi)原先填筑的瀝青已脫落，形成一條5 cm 寬、3.4 m 長(zhǎng)的縫隙，出現(xiàn)一定的脫空。通過對(duì)L3/L4 面板接縫鼓包進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)750～787 m 高程L3/L4 面板接縫處L3 側(cè)面板相對(duì)L4 面板上抬3～5 cm；746～750 m 高程L3 面板與L4面板相對(duì)錯(cuò)動(dòng)不明顯，但L3/L4接縫破損較嚴(yán)重。736.5～746.0 m 高程L4 側(cè)面板相對(duì)于L3 面板有向上移動(dòng)的情況，向上移動(dòng)約2 cm。

對(duì)面板破損部位進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)處理，處理方案為：對(duì)破損混凝土面進(jìn)行人工鑿毛，鑿毛深度不小于10 cm，然后在底部涂刷環(huán)氧樹脂并澆C25 混凝土。6月25日～10月30日，對(duì)破損混凝土進(jìn)行了修復(fù)處理，處理范圍為L(zhǎng)3/L4、L8/L9 面板局部破損部位。

針對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)的第三期面板L3/L4接縫處混凝土局部破損、局部錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，采取L3/L4接縫橡膠板恢復(fù)措施及L2/L3 面板切縫改造處理，處理范圍為740～787 m高程，工程于2011年7月26日開工，8月31日完工。

2.7 2012年面板破損情況

2012年6月，檢查發(fā)現(xiàn)破損情況如下：

（1）L3/L4 接縫處面板混凝土破損主要發(fā)生在L3 面板側(cè)，破損面比較陳舊。L3 面板側(cè)混凝土破損范圍為716.16～706.56 m 高程，破損寬度為90～200 cm。潛水員對(duì)不同高程部位混凝土破損邊緣進(jìn)行噴墨檢查，發(fā)現(xiàn)局部吸墨現(xiàn)象明顯；L4面板側(cè)707.76～706.76 m高程局部破損最大寬度為60 cm。

（2）L8/L9接縫處面板混凝土破損發(fā)生在L8面板側(cè)，破損位于731.26～726.26 m 高程，寬度為65～300 cm。潛水員對(duì)接縫處不同高程破損部位混凝土進(jìn)行噴墨檢查，發(fā)現(xiàn)局部吸墨現(xiàn)象明顯，混凝土破損面比較新鮮。

（3）L7/L8面板伸縮縫L7面板側(cè)發(fā)現(xiàn)一處局部破損，破損部位高程723.54～724.04 m，最大寬度為30 cm，經(jīng)潛水員水下噴墨，未發(fā)現(xiàn)吸墨現(xiàn)象。

（4）R9/R10 面板接縫698.5 m 高程處發(fā)現(xiàn)一個(gè)較小滲漏點(diǎn)。潛水員水下噴墨檢查，發(fā)現(xiàn)此部位有微量的吸墨現(xiàn)象。

按2009 年處理方案進(jìn)行處理，即清除破損混凝土，澆筑C30水下環(huán)氧混凝土，然后鋪貼SR蓋片。

2.8 近5年面板破損情況

大壩運(yùn)行初期，面板擠壓破損發(fā)生后，對(duì)面板進(jìn)行過多次修復(fù)處理，但從后續(xù)發(fā)展情況來看，由于多種原因?qū)е绿幚硇Ч患?，混凝土面板依然發(fā)生新的擠壓破損并存在向低高程發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)大壩滲漏量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)滲漏量在某些年份受降雨影響有加大趨勢(shì)，但總體在20～160 L/s 間波動(dòng)，與壩前庫(kù)水位和降雨量相關(guān)性較好，滲流量與國(guó)內(nèi)外同類壩相比屬正常范圍，面板擠壓破損前后滲流量未見明顯增大。

2013年，對(duì)天生橋一級(jí)面板堆石壩面板擠壓破損機(jī)理及工程措施進(jìn)行深入研究，認(rèn)為天生橋一級(jí)面板堆石壩運(yùn)行期的壩體堆石及面板變形經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，總體發(fā)展趨勢(shì)均有所減慢，但部分部位變形尚未完全穩(wěn)定或收斂，因此建議在保證壩體滲透量不明顯增加、滲透穩(wěn)定性不變差的情況下，暫緩對(duì)壩體的進(jìn)一步修復(fù)和擾動(dòng)，面板擠壓破損修復(fù)可依據(jù)壩體變形的未來發(fā)展趨勢(shì)擇機(jī)進(jìn)行。

觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，近5 年隨著壩體變形的緩慢發(fā)展，面板的擠壓破損并未出現(xiàn)明顯惡化，壩體滲漏量仍在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，大壩依然處于安全狀態(tài)。對(duì)于面板擠壓破損修復(fù)處理方案及時(shí)機(jī)的選擇，需根據(jù)壩體變形和面板擠壓破損的情況進(jìn)行深入研究分析后確定。

3 面板擠壓破損的主要原因

根據(jù)一般認(rèn)識(shí)，壩體的變形發(fā)展是面板擠壓破損發(fā)生的主要原因，因此，對(duì)壩體和面板的變形及應(yīng)力（包括壩頂位移、下游壩面變形、壩體內(nèi)部變形、水平向和順坡向鋼筋應(yīng)力、水平向和順坡向混凝土應(yīng)變、面板周邊縫位移、垂直縫開合度等）進(jìn)行了詳細(xì)分析，主要結(jié)論如下：

（1）壩頂變形仍在持續(xù)發(fā)展中，壩頂近年來的變形發(fā)展速率已有所減慢，但尚未趨穩(wěn)。

（2）壩體下游各視準(zhǔn)線橫向位移在波動(dòng)中趨于收斂，沉降在持續(xù)發(fā)展中，年變化量雖同樣逐漸減小，但累積量尚未出現(xiàn)完全收斂的趨勢(shì)，表明壩體后續(xù)沉降變形可能還將保持較長(zhǎng)時(shí)間低速發(fā)展。

（3）壩體內(nèi)部沉降目前發(fā)展較為緩慢，位移時(shí)程曲線趨于收斂，水位升降的影響越來越不明顯。

（4）水平向和順坡向鋼筋應(yīng)力典型測(cè)點(diǎn)測(cè)值的變化趨勢(shì)與測(cè)點(diǎn)所在位置、高程等密切相關(guān)，隨庫(kù)水位波動(dòng)而波動(dòng)?？傮w規(guī)律呈現(xiàn)為：河床中間部位水平向鋼筋應(yīng)力在橫河向受到較強(qiáng)的擠壓作用，向兩岸方向擠壓作用減輕；順坡向鋼筋應(yīng)力為壩頂處受拉，中高程部位以下受到擠壓；水平向混凝土應(yīng)變規(guī)律與水平向鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律相似，順坡向混凝土應(yīng)變規(guī)律則與順坡向鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律類似。

（5）近年來周邊縫多支三向測(cè)縫計(jì)測(cè)值波動(dòng)較大，宜對(duì)儀器和測(cè)值進(jìn)行檢查核實(shí)，同時(shí)對(duì)周邊縫進(jìn)行系統(tǒng)檢查，以確定周邊縫結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)異常。

總體來說，天生橋一級(jí)面板堆石壩運(yùn)行期的壩體堆石及面板變形經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，總體發(fā)展趨勢(shì)均有所減慢，但部分部位變形尚未完全穩(wěn)定或收斂。

結(jié)合上述監(jiān)測(cè)資料分析，并經(jīng)理論分析論證，得到面板擠壓破損發(fā)生機(jī)理為：堆石向河床中央部位位移，帶動(dòng)面板位移，河床部位面板發(fā)生擠壓，面板變形整體呈凸向下游的鍋底狀，導(dǎo)致面板塊與塊之間在分縫處呈頂部接觸、底部張開，形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致擠壓剪切破壞。因此，壩體變形的長(zhǎng)期發(fā)展且未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，是面板發(fā)生擠壓破損的主要原因。

4 結(jié)語

我國(guó)高面板堆石壩建設(shè)歷史僅30 年左右，高面板壩的運(yùn)行期較短，對(duì)面板擠壓破損這類高壩特有的新型問題，工程界尚未有清晰、統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，也未有合理可行、標(biāo)準(zhǔn)的修復(fù)處理措施或?qū)嵤┙?jīng)驗(yàn)，因此，面板擠壓破損目前仍是困擾和影響高面板堆石壩工程安全建設(shè)的主要問題。

結(jié)合天生橋一級(jí)面板堆石壩出現(xiàn)的面板擠壓破損問題，對(duì)面板擠壓破損的發(fā)生、發(fā)展情況及其修復(fù)處理等過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并簡(jiǎn)要分析了面板擠壓破損的主要原因，以期為相似工程同類問題的分析研究和處理，以及未來300 m級(jí)高面板堆石壩工程的安全建設(shè)提供參考。■