吳衛(wèi)新，吳俊杰

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

我國(guó)混凝土面板堆石壩建設(shè)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，成績(jī)顯著。然而，此類大型水電站也面臨著諸多滲漏問(wèn)題[1-3]。由于土料的非線性、多維度，加之基礎(chǔ)灌漿、壩料碾壓、現(xiàn)場(chǎng)管理等施工質(zhì)量管理問(wèn)題，導(dǎo)致多種滲漏形式及種類，這給大壩滲漏檢測(cè)及修復(fù)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)[4-8]。根據(jù)大壩運(yùn)行情況，專業(yè)技術(shù)人員通過(guò)多次檢測(cè)及水下修復(fù)，但效果不佳。根據(jù)近期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大量滲漏區(qū)域，最終選擇降水處理，但降水后發(fā)現(xiàn)面板破損嚴(yán)重且較之前處理后有明顯加劇情況。鑒于前兩次采用柔性防護(hù)處理效果不好，最終采用高于原設(shè)計(jì)強(qiáng)度一個(gè)等級(jí)的混凝土進(jìn)行大面積修復(fù)破損混凝土[9-12]。本工程位于高緯度寒冷地區(qū)，冬季時(shí)間漫長(zhǎng)，修復(fù)時(shí)間已經(jīng)進(jìn)入冬季，晝夜溫差達(dá)20℃，而且在斜面施工大型機(jī)械無(wú)法使用。因此，選擇合適的施工方案對(duì)面板能否成功修復(fù)至關(guān)重要。

1 工程概況

某高寒區(qū)水電站主要任務(wù)是發(fā)電，正常蓄水位752 m，年平均發(fā)電量5.24×108kW·h，屬大(Ⅱ)型Ⅱ等工程，主要由面板堆石壩、表孔溢洪洞、深孔泄洪洞、發(fā)電洞與發(fā)電廠房等建筑物組成。據(jù)當(dāng)?shù)厮恼?957-2005年和當(dāng)?shù)貧庀笳?957-2003年氣象資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫為4℃，極端最高氣溫36.4℃，極端最低氣溫-40℃。最大凍土深度1.7 m。樞紐平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 工程平面布置圖

2 大壩運(yùn)行情況

2015年5月29日，庫(kù)水位在747.3 m，大壩下游坡腳出現(xiàn)滲水，量水堰滲漏量增大，發(fā)電尾水渠邊墻排水孔排水量明顯增大，量水堰出口監(jiān)測(cè)的滲漏量增加至230 L/s左右，尾水擋墻所有排水孔估算在800 L/s左右。尾水渠邊墻排水孔及廠房后邊坡總體的滲水量初期沒(méi)有明顯的變化，后期略有增加。庫(kù)水位變化時(shí)，滲水量看不出明顯變化。當(dāng)庫(kù)水位大于743.0 m高程后，廠房后側(cè)邊坡逐漸出現(xiàn)濕潤(rùn)區(qū)域。當(dāng)庫(kù)水位低于741.0 m后，廠房后邊坡滲水區(qū)域逐漸消失。大壩蓄水以來(lái)的滲漏量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在2015年4月之前滲漏量維持在70 L/s左右，當(dāng)4月底庫(kù)水位從736 m增至748 m后，滲漏量也迅速增大，至2015年6月時(shí)已上升至250 L/s左右(不包含尾水渠邊墻排水孔滲漏量)，之后隨庫(kù)水位下降而減小至174 L/s。

2015-2016年，采用水下檢測(cè)查明大壩左岸19#面板高程690 m附近存在一處集中滲漏區(qū)；2016年10月至2017年4月，對(duì)集中滲漏區(qū)采用水下加固方式進(jìn)行應(yīng)急處理。經(jīng)水下應(yīng)急處理，大壩滲漏量大幅降低；2017年4月下旬，庫(kù)水位743.0 m時(shí)，大壩總滲漏量(不包括尾水邊墻排水孔)約200 L/s。2018年高水位運(yùn)行時(shí)，大壩滲漏量有所增大，水下檢查發(fā)現(xiàn)19#面板出現(xiàn)新的滲水裂縫。2018年11月至2019年5月，對(duì)新發(fā)現(xiàn)的滲漏裂縫再次采用水下加固方式進(jìn)行處理；2019年5月12日全部完工，在同等水位727.30 m情況下處理前后滲水量從265.08 L/s只降低至237.92 L/s，滲水量只減少27 L/s，效果不明顯。

2020年3月10日，檢測(cè)公司再次進(jìn)場(chǎng)開(kāi)展檢測(cè)工作，截至2020年5月8日基本完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。本次共發(fā)現(xiàn)19個(gè)高電流密度異常區(qū)，編號(hào)為①-⑩和M1-M9，均為滲漏入水口的反映。水電站大壩面板滲漏源檢測(cè)成果圖見(jiàn)圖2。

圖2 水電站大壩面板滲漏源檢測(cè)成果圖

從國(guó)內(nèi)外100～200 m級(jí)同類型混凝土面板堆石壩滲漏量統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看[13-14](表1)，類似本工程的大壩滲漏量400 L/s左右。本工程2015年5月29日庫(kù)水位在747.3 m，量水堰出口監(jiān)測(cè)的滲漏量增加至230 L/s左右，尾水擋墻所有排水孔估算在800 L/s左右，初步估算在1 000 L/s以上。同時(shí)，結(jié)合工程在后期運(yùn)行時(shí)統(tǒng)計(jì)每年最大滲漏量值來(lái)看，與國(guó)內(nèi)外同類工程相比，水庫(kù)滲漏量總體偏大，且未掌握實(shí)際滲漏量。大壩下游壩坡堆石體變形偏大，且尚未完全收斂。鑒于前兩次水下處理不全面，且后期均有發(fā)現(xiàn)面板破損區(qū)域增大現(xiàn)象，本階段采取降低庫(kù)水位，進(jìn)行修補(bǔ)處理。水位降落至695 m高程，2020年9月30日在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)18#、19#面板前期處理的防滲蓋片已經(jīng)脫離面板，其防滲作用已失效，見(jiàn)圖3。之后拆除18#、19#面板表面蓋片及土工膜，露出面板破損范圍，見(jiàn)圖4。

表1 國(guó)內(nèi)外同類型級(jí)別面板堆石壩滲漏量統(tǒng)計(jì)

圖3 18#、19#面板前期處理的防滲蓋片脫離

圖4 18#、19#面板前期處理的防滲蓋片拆除

3 設(shè)計(jì)及施工方案

3.1 普查成果及方案

2020年9月30日庫(kù)水位降至695.00 m處，現(xiàn)場(chǎng)組織潛水員先對(duì)18#、19#水下面板進(jìn)行清淤排查。2020年10月15日清淤至686.00 m高程，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，18#面板686～703 m高程裂縫分布集中，19#面板水上695～703 m高程混凝土擠壓破損，見(jiàn)圖5。

圖5 18#、19#面板破損范圍示意圖

鑒于前兩次采用柔性防護(hù)處理效果不好，本次根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)19#面板為左側(cè)6 m范圍，18#面板為大部分，水上部位處理范圍703～695 m，采用水上澆筑混凝土的方式修復(fù)面板強(qiáng)度，修復(fù)范圍見(jiàn)圖6。

圖6 18#、19#面板破損范圍修復(fù)示意圖

由于面板壩坡為1∶1.5坡面較陡，自動(dòng)化重機(jī)械無(wú)法停留在面板上，無(wú)形中給現(xiàn)場(chǎng)施工增加了難度。因此，根據(jù)混凝土破損及裂縫分布情況，人員和設(shè)備位于小型三角操作平臺(tái)上，由卷?yè)P(yáng)機(jī)控制操作平臺(tái)的升降進(jìn)行施工。施工程序分為8個(gè)步驟：①施工準(zhǔn)備→②操作平臺(tái)搭設(shè)→③混凝土鑿除、鑿毛→④插筋施工→⑤鋼筋網(wǎng)制安→⑥模板施工→⑦混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→⑧表止水安裝。其中③-⑦具體要求為先采用風(fēng)鎬進(jìn)行混凝土的鑿除，手持電鎬進(jìn)行混凝土鑿毛?；炷凌徝嬖O(shè)置直徑25 mm插筋，采用風(fēng)鎬或電鎬進(jìn)行造孔，深入混凝土30 cm，間排距均為40 cm，植筋膠進(jìn)行安裝；鋼筋由人工沿上游坡面倒運(yùn)至澆筑倉(cāng)面進(jìn)行人工綁扎，混凝土頂面5 cm處設(shè)置直徑16 mm、間距20 cm的鋼筋網(wǎng)，水上面板破損處理橫剖面圖見(jiàn)圖7。混凝土采用哈巴河縣購(gòu)買成品骨料，2 m3裝載機(jī)15 t自卸汽車運(yùn)輸40.0 km至工地現(xiàn)場(chǎng)拌制。人員和設(shè)備位于操作平臺(tái)上，由卷?yè)P(yáng)機(jī)控制操作平臺(tái)的升降進(jìn)行施工。采用人工配合風(fēng)鎬進(jìn)行混凝土的鑿除，人工入倉(cāng)澆筑混凝土，振搗器振搗。

圖7 水上面板破損處理橫剖面圖

3.2 面板修復(fù)后效果

2020年9月30日降水，10月12日檢查發(fā)現(xiàn)18#、19#面板破損較為嚴(yán)重，在設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上提出修補(bǔ)施工方案，703～695 m高程18#、19#部位已于2021年11月4日全部修補(bǔ)完成，并進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。水上面板破損部位修復(fù)施工過(guò)程圖見(jiàn)圖8。

圖8 面板破損部位修復(fù)施工過(guò)程圖

根據(jù)混凝土試驗(yàn)28 d試驗(yàn)成果可知，本次所采用的混凝土抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 由于本工程防滲體結(jié)構(gòu)破損較為嚴(yán)重，壩體滲漏量相比同類型工程都較大，對(duì)于高寒區(qū)斜坡面上大面積混凝土破損修復(fù)困難較大。目前雖然面板修復(fù)取得一定的效果，庫(kù)水上升26 m保持在死水位711 m進(jìn)行發(fā)電，但是壩體內(nèi)部與外部變形還在繼續(xù)，尚未收斂，面板內(nèi)部的受力情況也未改變。通過(guò)低水位運(yùn)行讓壩體沉降一段時(shí)間后，再進(jìn)行修復(fù)。

2) 面板壩由于壩體沉降變形過(guò)大且變形尚未收斂，導(dǎo)致混凝土面板擠壓破壞及斷裂發(fā)生漏水的工程較多。對(duì)于水下破損部位，由于施工困難、采用柔性防滲處理的效果不好，建議降水后采用提高一個(gè)等級(jí)混凝土恢復(fù)破損部位面板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，并對(duì)新修部位進(jìn)行適當(dāng)分區(qū)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫及表止水適應(yīng)面板變形。