李新華

（云南興電集團(tuán)有限公司，云南 文山 663000）

1 黃果樹(shù)電站工程簡(jiǎn)介

黃果樹(shù)電站位于云南省文山州富寧縣與麻栗坡縣交界的南利河下游河段，是南利河干流水能規(guī)劃中的第 3 個(gè)梯級(jí)電站[1]，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 105°14′28″，北緯23°26′30″，電站距文山州府所在地文山市181 km，距昆明563 km。

電站開(kāi)發(fā)方式為壩后式電站，主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、地面廠房及升壓站3 部分組成。水庫(kù)屬中型水庫(kù)，總庫(kù)容為 3197.70 萬(wàn) m3，有效庫(kù)容約 681.8 萬(wàn)m3；大壩為埋石混凝土重力壩，壩頂高程700.56 m，壩頂長(zhǎng)184.4 m，最大壩高為65.5 m，設(shè)有3 道底孔，兩道表孔[2]。電站總裝機(jī)容量為2×12.5 MW，設(shè)計(jì)引用流量為78.4 m3/s，最大水頭為48.11 m，額定水頭為38.5 m，最小水頭為34.60 m，年設(shè)計(jì)發(fā)電量為11 800 萬(wàn)kW·h，年設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)為4916 h。

2 首部樞紐區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

首部樞紐區(qū)位于普陽(yáng)斷裂的南部，區(qū)域性田灣斷裂由樞紐區(qū)壩軸線右岸通過(guò)，后跨河經(jīng)廠房左岸山坡延伸，是樞紐區(qū)的主要地質(zhì)構(gòu)造。區(qū)內(nèi)呈東西向延伸向北東扭動(dòng)，為壓性左行方式扭動(dòng)斷裂，斷層面在壩址一帶傾向南至南西，傾角40°～50°。根據(jù)地表調(diào)查和鉆孔探測(cè)發(fā)現(xiàn)，區(qū)域斷裂（F25）由壩軸線右壩肩中部通過(guò)，斷層傾向山內(nèi)，傾角40°～50°，斷層具壓扭性質(zhì)，斷層破碎帶寬一般5～6 m（右壩肩處），見(jiàn)斷層泥和斷層角礫巖等，破碎帶具有向深部延伸、寬度逐漸變窄并尖滅的現(xiàn)象，影響深度在50 m 左右，斷裂影響帶兩側(cè)巖體較為破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育[3]。

首部樞紐區(qū)主要受普陽(yáng)斷裂及田灣斷裂（F25）的控制、影響，巖層產(chǎn)狀各異，變化較大。左岸巖層產(chǎn)狀一般為 50°～100°∠5°～20°，近斷層帶巖層產(chǎn)狀為 110°～150°∠20°～40°。右岸泥質(zhì)條帶灰?guī)r產(chǎn)狀一般為 150°～200°∠10°～35°，泥質(zhì)粉砂巖產(chǎn)狀為 140°～160°∠25°～35°。區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀的各異性，說(shuō)明該區(qū)巖層具有隨斷裂構(gòu)造的扭動(dòng)而轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，局部巖層具撓曲、柔皺[4]。據(jù)此，首部樞紐區(qū)為一順河短軸背斜，背斜貫穿壩軸線，與F25 斷層相交。受區(qū)內(nèi)構(gòu)造影響，地表巖石風(fēng)化強(qiáng)烈、破碎、節(jié)理裂隙較為發(fā)育，裂隙面一般較為順直和波狀彎曲，傾角較陡，延伸長(zhǎng)一般為5～10 m，裂隙間距一般為0.5～2.0 m，張開(kāi)度一般為1～20 cm，為泥質(zhì)、碎石充填型裂隙，隨深度加深，裂隙漸趨閉合。據(jù)統(tǒng)計(jì)，較發(fā)育的節(jié)理裂隙主要有：0°～55°∠66°～85°、210°～235°∠70°～87°、80°～100°∠70°～85°和 270°～330°∠48°～80°。

3 壩基巖體滲透性情況

壩基布置的6 個(gè)鉆孔資料顯示，壩基巖體滲漏主要存在于中等透水帶內(nèi)，分布高程在631.89～687.09 m，兩岸地下水位埋深不一，高程在647.04～679.43 m，局部形成地下水凹槽，地下水位差異性大，表明壩區(qū)巖石透水性較強(qiáng)且存在不均勻性，壩基基礎(chǔ)和壩肩存在繞壩滲漏問(wèn)題和滲漏變形問(wèn)題[5]。

4 滲漏情況及影響

黃果樹(shù)電站2 號(hào)機(jī)組建成投產(chǎn)發(fā)電約1 個(gè)月后，電站水工值班人員在對(duì)大壩進(jìn)行日常巡視檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大壩右岸樁號(hào)為0+102.00—0+153.10 大壩壩基及右岸下游山體靠近下游水面地段約20 m的范圍內(nèi)出現(xiàn)局部滲漏情況，但滲漏量較小[6]。但在經(jīng)歷了兩個(gè)主汛期之后，滲漏量逐步增大，特別是樁號(hào)為0+102.00—0+109.00 的壩基滲漏量增大較為明顯。根據(jù)施工隊(duì)伍的觀測(cè)資料，水庫(kù)在高水位運(yùn)行時(shí)，最大滲漏水量約為2.0 m3/s。滲漏水量的增大不僅直接影響到大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還造成了較大的發(fā)電量損失[7]。

5 滲漏產(chǎn)生的原因及方式

為了弄清楚滲漏產(chǎn)生的原因及方式，主要圍繞以下6 個(gè)方面來(lái)開(kāi)展工作。

（1）通過(guò)詢問(wèn)電站水工人員、運(yùn)行人員等，得知滲漏過(guò)程中水質(zhì)的變化過(guò)程是由清水→渾濁→比較渾濁→清水；水量變化過(guò)程則是由小→大→穩(wěn)定。

（2）查閱設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)成果資料、工程竣工資料、施工日志等。

（3）對(duì)滲漏情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查了解。

（4）依據(jù)滲漏位置，在右岸壩頂及壩腳處布置勘探孔，并用丹紅進(jìn)行聯(lián)通試驗(yàn)；右岸壩頂處共布置勘探孔11 個(gè)，平均深度51 m，鉆孔底部高程平均在649.50 m 左右；右岸壩腳處共布置勘探孔14 個(gè)，平均深度24 m，鉆孔底部高程平均在646.50 m 左右；從鉆孔取樣的巖芯揭示的情況來(lái)看，鉆孔底部以下的巖層完整且無(wú)夾層。

（5）在適當(dāng)時(shí)機(jī)降低水庫(kù)水位觀察滲漏情況。

（6）水庫(kù)水位降低時(shí)對(duì)近岸庫(kù)區(qū)進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查兩側(cè)邊坡上是否存在漏水點(diǎn)及水面上是否存在異常的旋渦等。

通過(guò)上述工作的開(kāi)展，并結(jié)合所收集到的資料分析得知，本工程大壩右岸產(chǎn)生滲漏的原因主要是地基中留有未能發(fā)現(xiàn)和處理的隱患。水庫(kù)蓄水后在滲透水壓力的作用下，巖層中的泥夾層被破壞而引起滲漏，并且主要滲漏帶的寬度約為7 m。

混凝土壩按照滲漏發(fā)生部位的不同可分為壩體、壩基、接觸和繞壩滲漏等4 類。本工程通過(guò)相關(guān)工作的開(kāi)展，并結(jié)合資料分析，初步得出大壩滲漏的方式為壩基滲漏及繞壩滲漏兩種，并且以壩基滲漏為主要方式[8]。

6 滲漏處理方式

依據(jù)大壩滲漏的方式，右岸滲漏處理工程主要解決壩基滲漏問(wèn)題。處理方式主要以帷幕灌漿為主，固結(jié)灌漿為輔。根據(jù)鉆孔揭示的地質(zhì)情況數(shù)據(jù)，對(duì)于原帷幕深度不夠或孔距過(guò)大而引起的滲漏，則加深原帷幕或加密鉆孔；對(duì)于夾層造成的滲漏，除在該處加深加厚原帷幕外，還需對(duì)夾層進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，帷幕灌漿與固結(jié)灌漿流程分別如圖1、圖2 所示。

圖1 帷幕灌漿流程

圖2 固結(jié)灌漿流程

7 灌漿材料的選擇

從前期收集的資料來(lái)看，當(dāng)水庫(kù)水位降低到接近至668.00 m 高程（大壩泄洪沖砂閘底板高程，也是本工程水庫(kù)水位可降至的最低高程）左右時(shí)，右岸下游側(cè)邊坡上部分漏水點(diǎn)停止漏水，而大壩樁號(hào)為0+102.00—0+109.00 的壩段來(lái)水量雖然有所減少，但來(lái)水量依然較大。據(jù)查閱設(shè)計(jì)單位提供的資料，河道中原河床高程在650.00 m 左右，也就是說(shuō)，當(dāng)水庫(kù)水位降低至668.00 m 高程時(shí)，壩前水深還有約18 m深，這給大壩滲漏處理帶來(lái)極大的困難。

鑒于上述情況，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、工期要求等方面綜合考慮，灌漿材料的選擇也需要根據(jù)不同的施灌情況選擇不同的材料，即在巖土、靜水中優(yōu)先選擇普通水泥作為灌漿主材料，而在動(dòng)水中則選擇一種滿足施灌要求的化學(xué)材料作為灌漿主材料[8]。

結(jié)合本工程的地質(zhì)情況，通過(guò)多方咨詢、了解及參照類似工程選用材料，最終選擇PM 聚氨酯為動(dòng)水中灌漿的主材料，其材料性質(zhì)如下。

（1）漿液以甲苯二異氰酸與三羥水溶性醚樹(shù)脂反應(yīng)產(chǎn)生的端基為異氰酸根氨基甲酸酯預(yù)聚體、增塑劑、乳化劑、表面活性劑、稀釋劑和催化劑等。

（2）單液型注漿、漿液黏度低、可灌性好、親水性強(qiáng)，與水具有良好的混溶性，水既是稀釋劑又是固化劑，可在射流的情況下進(jìn)行灌漿，漿液遇水后自然分散、乳化后立即進(jìn)行聚合反應(yīng)。發(fā)泡體積增大8～10倍，具有二次滲透、彈性止水和以水止水的雙重功能，能夠長(zhǎng)期確保大壩具有良好的堵水性能。膠凝體抗?jié)B性好（固結(jié)體抗?jié)B性≥1.0 MPa）、強(qiáng)度高（固體抗壓強(qiáng)度≥7.28 MPa、與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度≥1.10 MPa）、延伸率高、耐腐蝕、材料穩(wěn)定性好。

（3）可控制凝膠時(shí)間，發(fā)泡時(shí)間根據(jù)水溫和氣溫可控制在十幾秒至十幾分鐘，現(xiàn)場(chǎng)有需要可加少量催化劑。

8 灌漿施工

根據(jù)本工程地質(zhì)情況及工程要求，在巖土、靜水、動(dòng)水中的灌漿方法均采用全孔一次灌漿法。在每一個(gè)灌漿孔的施灌過(guò)程中，施工單位均嚴(yán)格按照合同文件技術(shù)條款的要求或現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行，確保每一個(gè)灌漿孔的灌漿質(zhì)量，這為解決右岸壩基滲漏問(wèn)題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[9]。

施工過(guò)程中，大壩樁號(hào)為0+102.00—0+109.00壩段的壩基滲漏比較集中且水量較大。為了保留住灌漿用的化學(xué)材料，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的充分討論及多次試驗(yàn)，采用以下3 條措施合理解決此問(wèn)題。

（1）每一個(gè)灌漿孔在灌漿前均用丹紅多次做聯(lián)通試驗(yàn)，摸清灌漿孔與出水點(diǎn)之間的關(guān)系，同時(shí)記錄好從投放丹紅開(kāi)始到出水點(diǎn)水質(zhì)顏色變化所需要的時(shí)間，作為控制化學(xué)灌漿材料凝膠時(shí)間的依據(jù)。

（2）對(duì)滲漏比較集中且水量大的地帶，圍繞出水點(diǎn)周圍做混凝土護(hù)壁，并根據(jù)出水點(diǎn)位置安裝帶閥門的排水管；上述工作完成后再澆筑混凝土壓蓋，確保滲漏水絕大部分均從排水管排出。

（3）當(dāng)聚合反應(yīng)后的化學(xué)灌漿材料出現(xiàn)在排水管出口時(shí)，逐漸關(guān)閉閥門，以確?；瘜W(xué)材料能夠留在滲漏通道內(nèi)從而實(shí)現(xiàn)止水。

水庫(kù)右岸668.00 m 高程以下漏水點(diǎn)采用化學(xué)材料堵住后，為確保壩基的完整性及減小壩基上游側(cè)的滲透性，又在壩頂上按1.5 m 的間距布置了梅花形灌漿孔，然后根據(jù)地質(zhì)情況的不同選擇固結(jié)灌漿或帷幕灌漿，以達(dá)到減小滲透性和保證壩基完整性的要求。

9 滲漏處理效果及對(duì)發(fā)電量的影響

右岸滲漏處理施工結(jié)束后，通過(guò)大壩運(yùn)行多年的檢驗(yàn)及2016 年2 月抽水后對(duì)下游水下壩基的檢查，證明滲漏處理是有效的，其主要表現(xiàn)在以下4 個(gè)方面。

（1）通過(guò)每年的運(yùn)行檢查記錄可知，大壩在不同工作狀態(tài)下下游側(cè)邊坡及壩基處沒(méi)有新增的漏水點(diǎn)，漏水量、水質(zhì)等沒(méi)有明顯的變化；觀測(cè)資料顯示，水庫(kù)在高水位運(yùn)行時(shí)，最大滲漏水量約為0.09 m3/s。

（2）大壩觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大壩在不同工作狀態(tài)下的變形均在規(guī)定的范圍內(nèi)，揚(yáng)壓力也沒(méi)有明顯的變化。

（3）2016 年2 月下游側(cè)水下壩基檢查數(shù)據(jù)顯示，大壩下游側(cè)壩基是完整、穩(wěn)定的，不存在滲透破壞及沖刷破壞的情況；同時(shí)滲流量也是穩(wěn)定的，無(wú)明顯的變化。

右岸滲漏未處理好之前，對(duì)電站發(fā)電量的影響比較大，原因主要有兩點(diǎn)：①由于大壩基礎(chǔ)存在薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致水庫(kù)水位經(jīng)常處于低水位運(yùn)行；②由于存在較大的滲漏量，當(dāng)上游來(lái)水量小于發(fā)電引用流量及滲漏量之和時(shí)，將導(dǎo)致發(fā)電量減少[10]。右岸滲漏處理完成后，在無(wú)特殊的情況下，水庫(kù)水位均在正常水位運(yùn)行（本站水庫(kù)調(diào)洪演算的起調(diào)水位為正常蓄水位），同時(shí)全年可用于發(fā)電的水量也比以前大幅增加。從統(tǒng)計(jì)的年發(fā)電量數(shù)據(jù)來(lái)看，在上游來(lái)水量正常的年份，滲漏處理前與滲漏處理后對(duì)發(fā)電量的影響為設(shè)計(jì)年發(fā)電量的1/3 左右。

（4）總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)水電站滲漏處理可獲得以下效果：①有效提高電站運(yùn)行安全。通過(guò)滲漏處理解決了電站運(yùn)行中的安全問(wèn)題，從電站運(yùn)行人員的角度來(lái)看，有效改善了其工作條件，減少安全事故。②有效提高電站經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)滲漏處理有效提高了電站發(fā)電量，提高了機(jī)組運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電經(jīng)濟(jì)收入的增加；在保證電站清潔高效的同時(shí)提高了經(jīng)濟(jì)效益。③有效改善生態(tài)環(huán)境。水資源是一種清潔的可再生能源，通過(guò)滲漏處理增加了電站的發(fā)電量，則表明水資源利用率有所提升，并有效改善了能源的分配結(jié)構(gòu)，對(duì)于生態(tài)環(huán)境而言有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的益處，同時(shí)兼顧了經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境保護(hù)[11]。

水資源是一種清潔的可再生能源，發(fā)電站將水能轉(zhuǎn)化為電能不僅不會(huì)浪費(fèi)水資源，而且還能夠節(jié)省更多的生產(chǎn)成本，減少煤炭、礦石等不可再生資源的使用，對(duì)于環(huán)境保護(hù)來(lái)說(shuō)具有頗多益處。因此，水電站在增效擴(kuò)容改造后能夠進(jìn)一步提升水資源的利用率，增加電量輸出，改善能源的分配結(jié)構(gòu)，減輕水電站開(kāi)發(fā)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的破壞程度。增效擴(kuò)容改造是建立在不破壞生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，只有這樣才能對(duì)生態(tài)環(huán)境有長(zhǎng)遠(yuǎn)的益處，能夠同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

10 結(jié)語(yǔ)

黃果樹(shù)電站首部大壩右岸滲漏處理工程從2008年11 月開(kāi)始準(zhǔn)備至2010 年1 月施工結(jié)束，歷時(shí)15 個(gè)月。右岸壩基滲漏問(wèn)題能按計(jì)劃成功解決，不僅與基礎(chǔ)資料的收集整理、合理的施工方案以及合理選用的灌漿材料有關(guān)，也離不開(kāi)施工單位與業(yè)主方的通力合作。另外，解決了壩基的滲漏問(wèn)題，不僅為大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保證，還通過(guò)發(fā)電量的提升實(shí)現(xiàn)了電站經(jīng)濟(jì)效益的提升。