王元鵬 劉濤

摘要：

為了研究楊房溝水電站拱壩橫縫灌漿后二次張開(kāi)原因，采用應(yīng)力狀態(tài)分析、溫度統(tǒng)計(jì)分析、施工干擾分析等方法，對(duì)拱壩橫縫接縫灌漿灌后二次張開(kāi)較大的9號(hào)橫縫進(jìn)行分析研究。并據(jù)此采取了科學(xué)合理的補(bǔ)灌處理方案。補(bǔ)灌后檢查孔鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)及鉆孔全景圖像檢測(cè)的結(jié)果表明：接縫灌漿質(zhì)量良好，灌漿效果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：

橫縫； 拱壩； 補(bǔ)充灌漿； 楊房溝水電站

中圖法分類號(hào)：TV642.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.008

文章編號(hào)：1006-0081（2023）S1-0026-04

1 工程概況

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)的雅礱江中游河段，是規(guī)劃中該河段的第6級(jí)水電站，上距孟底溝水電站37 km，下距卡拉水電站33 km。楊房溝水電站正常蓄水位2 094 m，水庫(kù)總庫(kù)容5.124 8億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.538 5億m3，電站裝機(jī)容量1 500 MW。水電站單獨(dú)運(yùn)行時(shí)具有日調(diào)節(jié)性能，與中游河段龍頭梯級(jí)水庫(kù)兩河口水電站聯(lián)合運(yùn)行時(shí)具有年調(diào)節(jié)性能。工程樞紐主要由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。水電站擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩高155 m，設(shè)置16條橫縫，分為16個(gè)灌漿層。2020年1月2日，發(fā)現(xiàn)9號(hào)橫縫1～3號(hào)灌區(qū)灌后出現(xiàn)不同程度張開(kāi)。為確保拱壩安全運(yùn)行，需對(duì)張開(kāi)原因進(jìn)行分析研究并采取相應(yīng)處理措施。

2 橫縫二次張開(kāi)情況檢查與分析

9號(hào)橫縫1～3號(hào)灌區(qū)的接縫灌漿分別在2019年8月21日、9月24日、11月23日完成。

2.1 檢查孔布置及成果分析

9號(hào)橫縫3個(gè)灌區(qū)分別布置6個(gè)檢查孔，共18個(gè)檢查孔，進(jìn)行鉆孔取芯、全景圖像及壓水試驗(yàn)，檢查橫縫二次張開(kāi)情況。布孔原則為：灌區(qū)底部以上2 m靠近測(cè)縫計(jì)位置水平布置3個(gè)灌漿孔，灌區(qū)頂部以下2 m水平布置3個(gè)排氣孔，孔徑均為76 mm，開(kāi)孔位置距離橫縫凈距大于80 cm，鉆孔之間凈距大于30 cm，鉆孔穿過(guò)橫縫面50 cm（沿鉆孔方向）。

鉆孔取芯芯樣顯示：各檢查孔橫縫面均有漿液結(jié)石填充，其中2～3號(hào)灌區(qū)除個(gè)別檢查孔芯樣結(jié)石填充未見(jiàn)飽滿、鉆孔全景圖像顯示縫面局部張開(kāi)以外，大部分檢查孔芯樣結(jié)石與縫面膠結(jié)好，鉆孔全景圖像顯示縫面閉合，漿液結(jié)石填充飽滿、密實(shí)；1號(hào)灌區(qū)檢查孔芯樣結(jié)石與縫面兩側(cè)膠結(jié)好，鉆孔全景圖像顯示縫面閉合，漿液結(jié)石填充飽滿、密實(shí)。對(duì)18個(gè)檢查孔進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，透水率均為0且與相鄰孔未串通。針對(duì)二次張開(kāi)較大的1號(hào)灌區(qū)單獨(dú)布置1個(gè)騎縫孔進(jìn)行檢查，孔徑168 mm，鉆孔穿過(guò)灌區(qū)上下層止?jié){片，芯樣顯示橫縫面水泥結(jié)石充填飽滿、密實(shí)。鉆孔取芯、鉆孔全景圖像及壓水試驗(yàn)的結(jié)果表明：9號(hào)橫縫1號(hào)灌區(qū)未張開(kāi)，2～3號(hào)灌區(qū)為局部張開(kāi)，且局部張開(kāi)的縫寬小于測(cè)縫計(jì)測(cè)值。

2.2 壩基變形、應(yīng)力狀態(tài)分析

2.2.1 壩基多點(diǎn)位移計(jì)布置及數(shù)據(jù)分析

為監(jiān)測(cè)河床壩段壩基巖體的內(nèi)部變形情況，在大壩8號(hào)、9號(hào)壩段壩基分別布置1套、2套四點(diǎn)式基巖位移計(jì)，鉆孔均豎直向下，錨頭深度（入基巖）均為6，16，27，40 m。

隨著大壩壩體澆筑高程升高、受壩體混凝土自重影響，8號(hào)、9號(hào)壩段壩基巖體壓縮變形逐漸增大，均呈現(xiàn)孔口壓縮變形較大，且基巖深度越大則壓縮變形量越小的分布規(guī)律，其中9號(hào)壩段壩基上游側(cè)（位移計(jì)1）基巖壓縮變形量明顯大于下游側(cè)（位移計(jì)2），孔口處壓縮變形量相差5.49 mm，差距較大。

截至2020年1月2日，8號(hào)壩段壩基中部1號(hào)位移計(jì)測(cè)點(diǎn)最大壓縮變形量為1.70 mm；9號(hào)壩段壩基上游側(cè)測(cè)點(diǎn)位移計(jì)1最大壓縮變形量為6.68 mm；壩基下游側(cè)測(cè)點(diǎn)位移計(jì)2最大壓縮變形量為1.20 mm（2019年12月6日在孔口位置測(cè)點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)），累計(jì)變形量為1.19 mm。各測(cè)點(diǎn)變形量平均變化速率為-0.002～0.010 mm/d，增速較小。拱壩8號(hào)、9號(hào)壩段壩基多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。表1結(jié)果表明：總體上，各測(cè)點(diǎn)測(cè)值增加速率較穩(wěn)定，無(wú)明顯異常，對(duì)橫縫二次張開(kāi)影響不大。

2.2.2 壩基測(cè)縫計(jì)布置及數(shù)據(jù)分析

為監(jiān)測(cè)河床壩段壩體混凝土與建基面之間的結(jié)合情況，在大壩8號(hào)、9號(hào)壩段壩基各分別布置3支測(cè)縫計(jì)，如表2所示，

拱壩8號(hào)、9號(hào)壩段壩體與建基面之間的上游側(cè)、中部和下游側(cè)接縫測(cè)點(diǎn)自始測(cè)后測(cè)值均為負(fù)值，即顯示接縫均處于閉合狀態(tài)。截至2020年1月2日，8號(hào)、9號(hào)壩基張開(kāi)接縫各測(cè)點(diǎn)測(cè)值平均變化速率在0.010 7 mm/d以內(nèi)。

此外，9號(hào)壩段壩基中部測(cè)點(diǎn)2的測(cè)值從2019年12月20日后出現(xiàn)一定增加，但仍為負(fù)值。總體上，各接縫測(cè)點(diǎn)測(cè)值變化無(wú)明顯異常，接縫狀態(tài)正常。9號(hào)壩段上游、中部及下游側(cè)的接縫測(cè)點(diǎn)測(cè)值較接近，對(duì)橫縫二次張開(kāi)影響不大。

2.2.3 壩基壓應(yīng)力計(jì)布置及數(shù)據(jù)分析

為監(jiān)測(cè)河床壩段壩體混凝土與建基面之間的壓應(yīng)力情況，在大壩8號(hào)、9號(hào)和11號(hào)壩段壩基分別布置3支、3支、2支壓應(yīng)力計(jì)。壓應(yīng)力計(jì)與測(cè)縫計(jì)結(jié)合布置，兩者監(jiān)測(cè)成果可相互驗(yàn)證并進(jìn)行對(duì)比分析。如表3所示，

8號(hào)、9號(hào)、11號(hào)壩段壩基壓應(yīng)力均處于受壓狀態(tài)，測(cè)值變化無(wú)明顯異常。8號(hào)壩段壩基上游側(cè)壓應(yīng)力大于下游側(cè)，9號(hào)壩段壩基上游側(cè)與中部壓應(yīng)力較接近且稍大于下游側(cè)，11號(hào)壩段壩基下游側(cè)壓應(yīng)力大于上游側(cè)。各測(cè)點(diǎn)近30 d間的測(cè)值變化量為-0.32～0.31 MPa，平均變化速率為-0.008～0.008 MPa/d，量值較小，對(duì)橫縫二次張開(kāi)影響不大。

3 橫縫開(kāi)度影響因素分析研究

橫縫灌后二次張開(kāi)原因復(fù)雜，以下主要從壩基變形及應(yīng)力、溫度變化、施工活動(dòng)、壩體自重等方面進(jìn)行分析。

3.1 分析過(guò)程

3.1.1 無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)值分析

9號(hào)壩段高程1 950.0～1 980.0 m的無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)值（表4）顯示：截至2020年1月9日，除了Ndb9-1960-1測(cè)點(diǎn)測(cè)值為-122.41×10-6以外，其余測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)累計(jì)微應(yīng)變均為-44.57×10-6～-91.34×10-6，對(duì)橫縫二次張開(kāi)影響不大。

3.1.2 氣溫分析

自2019年6月后，壩址氣溫逐漸降低，2019年12月初氣溫有一定降低，2019年11月平均氣溫為13.5 ℃，12月平均氣溫為8.7 ℃，比11月降低了4.8 ℃。因此，氣溫可能對(duì)橫縫二次張開(kāi)有一定影響，但影響不大。

3.1.3 地溫分析

為監(jiān)測(cè)河床壩段壩基巖體內(nèi)部溫度變化情況，在拱冠梁9號(hào)壩段基巖內(nèi)，沿豎直向布置3支溫度計(jì)，入基巖深度分別為5，10，15 m。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：拱壩9號(hào)壩段壩基淺層巖體溫度受外界氣溫影響，出現(xiàn)小幅周期變化，對(duì)橫縫二次張開(kāi)影響不大。拱壩9號(hào)壩段壩基溫度計(jì)監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

3.1.4 混凝土溫度分析

為監(jiān)測(cè)河床壩段壩體混凝土溫度變化情況，在大壩8，9，10，11號(hào)壩段沿不同高程的上游側(cè)、中部、下游側(cè)埋設(shè)溫度計(jì)。

如表6所示，受壩體混凝土水化熱釋放的影響，已灌區(qū)混凝土內(nèi)部溫度已趨于穩(wěn)定。總體上，各測(cè)點(diǎn)溫度測(cè)值變化均較平穩(wěn)，無(wú)明顯異常，對(duì)橫縫二次張開(kāi)影響不大。

3.1.5 橫縫溫度分析

2019年12月至2020年1月期間，橫縫處溫度測(cè)值緩慢降低，與外界氣溫相關(guān)性較好，可能對(duì)橫縫二次張開(kāi)有一定影響，但影響不大。9號(hào)橫縫處2020年1月2日溫度監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表7。

3.1.6 施工影響分析

2019年12月6～14日進(jìn)行8號(hào)壩段帷幕灌漿施工，2019年12月29日至2020年1月1日開(kāi)展11號(hào)壩段接觸灌漿的灌漿施工。分析壓水、灌漿過(guò)程中壓力與流量數(shù)據(jù)均無(wú)異常變化；在擬灌區(qū)的灌前通水檢查、預(yù)灌性壓水試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)擬灌區(qū)及已灌區(qū)測(cè)縫計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)足以造成橫縫二次張開(kāi)超過(guò)0.3 mm的情況，施工影響對(duì)橫縫二次張開(kāi)影響不大。

3.1.7 施工期大壩應(yīng)力分析

工況1：高程1 983.0 m以下已完成橫縫接縫灌漿。工況2：高程1 983.0 m以下未進(jìn)行橫縫接縫灌漿。兩種工況下的高程1 947.0 m處壩基等效應(yīng)力計(jì)算值見(jiàn)表8。工況2下的基巖部位等效應(yīng)力計(jì)算值見(jiàn)表9。

9號(hào)壩段上、中、下游的壩基應(yīng)力在2019年11月29日的實(shí)測(cè)值分別為0.76，0.92，0.30 MPa，在2019年12月14日的實(shí)測(cè)值分別為0.89，0.88，0.28 MPa，表現(xiàn)為上游壓應(yīng)力大，下游則相對(duì)較小。實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)小于工況1計(jì)算值，說(shuō)明拱壩受力并非懸臂梁?jiǎn)为?dú)受力狀態(tài)。

3.1.8 施工期大壩位移分析

根據(jù)2020年12月底大壩澆筑及封拱灌漿施工面貌，進(jìn)行三維有限元模擬計(jì)算，河床壩基的位移應(yīng)力計(jì)算值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表10。

結(jié)合2.2.1節(jié)位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值規(guī)律基本相符，量值差別不大。9號(hào)壩段1號(hào)位移計(jì)孔口壓縮變形量相對(duì)較大，可能與該部位巖體為Ⅲ1類且與測(cè)點(diǎn)上游側(cè)布置的集水井有關(guān)。

3.2 綜合分析

進(jìn)入冬季尤其是12月后，9號(hào)橫縫可能受外界氣溫下降影響，混凝土收縮，進(jìn)而導(dǎo)致橫縫局部張開(kāi)；通過(guò)分析橫縫開(kāi)度過(guò)程線與壩基帷幕灌漿、接觸灌漿施工的時(shí)間關(guān)系、灌漿部位，橫縫開(kāi)度受灌漿施工干擾的可能性不大；通過(guò)壩基應(yīng)力位移監(jiān)測(cè)及施工期大壩應(yīng)力與位移計(jì)算可知：隨著大壩混凝土高度上升，壩基壓力逐漸增大，壩基巖體呈緩慢壓縮變形趨勢(shì)，且拱壩壩基存在重心靠上游側(cè)的偏心受壓狀態(tài)，導(dǎo)致上游變形略大于下游，因此可能導(dǎo)致橫縫灌漿后開(kāi)度異常。

4 橫縫二次張開(kāi)處理

4.1 處理措施

根據(jù)檢查孔鉆孔取芯、鉆孔全景圖像及壓水試驗(yàn)成果，制定了橫縫補(bǔ)充灌漿處理方案，每個(gè)檢查孔均埋設(shè)雙管，即“一進(jìn)一回（兼排水、排氣）”，采用環(huán)氧樹(shù)脂材料，按照11∶1的配比進(jìn)行了補(bǔ)充灌漿，進(jìn)漿壓力為0.2 MPa，排氣壓力為0.15 MPa。補(bǔ)充灌漿時(shí)，各孔均未串漿，各灌區(qū)回漿管返漿比重達(dá)到1.06 g/cm3，灌漿過(guò)程中2～3號(hào)灌區(qū)測(cè)縫計(jì)增開(kāi)度測(cè)值均未超過(guò)0.1 mm，上下兩層灌區(qū)測(cè)縫計(jì)測(cè)值基本無(wú)變化，滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)檢查孔鉆孔取芯、鉆孔全景圖像及壓水試驗(yàn)成果，1號(hào)灌區(qū)未張開(kāi)，因此檢查孔直接灌封處理，未進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。補(bǔ)灌灌區(qū)設(shè)計(jì)灌區(qū)面積平均值為268.93 m2，注入量換算面積平均值為16.52 m2，注入量換算面積占設(shè)計(jì)灌區(qū)面積平均值6.1%。

補(bǔ)灌后，張開(kāi)度平均值為1.47 mm，注入量換算張開(kāi)度平均值為0.07 mm，注入量換算張開(kāi)度占補(bǔ)灌后張開(kāi)度的4.8%。通過(guò)張開(kāi)度及面積對(duì)比分析，橫縫二次張開(kāi)應(yīng)是局部張開(kāi)。

4.2 處理結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

通過(guò)4個(gè)檢查孔對(duì)2～3號(hào)灌區(qū)進(jìn)行鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)及鉆孔全景圖像測(cè)試檢測(cè)，結(jié)果如下：

① 4個(gè)檢查孔縫內(nèi)漿液充填飽滿、密實(shí)，結(jié)石厚度（孔向方向）最厚約1.5 mm。檢查孔芯樣整體效果較好，縫面水泥結(jié)石充填明顯且飽滿，漿液結(jié)石與混凝土膠結(jié)情況整體較好。檢查孔漿液結(jié)石無(wú)氣泡與脫空現(xiàn)象。② 鉆孔全景圖像成果顯示4個(gè)檢查孔縫面均閉合。③ 檢查孔孔底間距按照2 m布設(shè)，采用0.16 MPa壓力進(jìn)行串通性壓水試驗(yàn)，壓水流量均為0，檢查孔壓水相互不串通。綜上所述，接縫灌漿質(zhì)量良好，灌漿效果滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

本文對(duì)楊房溝水電站拱壩壩基變形與應(yīng)力、氣溫與混凝土溫度變化、帷幕灌漿、接縫灌漿、接觸灌漿、大壩位移等可能導(dǎo)致橫縫測(cè)值異常的相關(guān)原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：橫縫二次張開(kāi)受壩基帷幕灌漿、接觸灌漿、接縫灌漿影響不大，溫度變化、自重、倒懸是橫縫二次張開(kāi)的主要原因。施工中需嚴(yán)格控制大壩混凝土懸臂高度；加強(qiáng)冬季壩體保溫措施，減少外界溫度變化對(duì)橫縫的影響；大壩上游具備回填條件后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回填，以改善拱壩倒懸引起的壩基上游側(cè)偏心受壓狀態(tài)。