唐家山堰塞湖泄洪對通口水電站設計的全面檢驗及通口水庫的滯洪作用

楊光偉,李西瑤

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院,四川 成都 610072)

1 工程概況

1.1 工程簡介

2008年 5月 12日 14時 28分四川汶川發生8.0級地震,導致通口河中上游山體垮塌,在唐家山形成特大型堰塞湖,交通中斷。建于典型的巖溶地段的通口水電站大壩在堰塞湖下游約 23km處,電站位于涪江右岸一級支流通口河中游末段的北川羌族自治縣通口鎮上游 2km,左岸屬江油市,右岸屬北川縣,與北川縣城及江油市均有公路相通。

壩、廠區河道平均比降為 5‰,壩址多年平均流量為 93.4m3/s。樞紐工程主要由攔河壩、右岸引水系統、地面主(副)廠房和升壓站等組成,電站主要任務是發電。工程等別為Ⅲ等,主要永久性建筑物按 3級設計,次要建筑物按 4級設計。水庫正常蓄水位 598.00m,總庫容 3610萬 m3,調節庫容 97萬m3,具日調節性能。電站設計水頭 48.0m,引用流量 106.504m3/s,電站裝機 45MW,保證出力9.60MW,多年平均發電量 2.31億 kW·h,年利用小時數 5133h。上游干流上的漩平水電站年調節水庫建成后,通口水電站的年發電量將增加到 2.972億 kW·h,年利用小時數增為 6604h。

通口水電站于 2002年 9月 8日正式開工建設,2004年 8月第一臺機組發電,2004年 12月第二臺機組發電,2005年 5月工程全部完工。

1.2 地震對河段與電站的影響

通口水電站位于前龍門山褶斷帶中段北端,北川映秀斷裂與江油、灌縣斷裂挾持的斷塊上,區域穩定屬次穩定區,工程區歷史地震主要受茂汶、北川、江油三個震源區的影響。據國家地震局 1990年的1∶400萬《中國地震烈度區劃圖》標定及綿陽地震局復核,工程區地震基本烈度為Ⅶ度,樞紐建筑物按Ⅶ度設防。2008年 5月 12日的汶川大地震后,根據GB 18306-2001《中國地震動參數區劃圖》第 1號修改單,工程區地震基本烈度達Ⅷ度。經震后檢查和安全評估,電站為輕微震損,主體結構沒有受到損壞,且震后很快就恢復了發電,大壩、廠房一些部位的次要結構、附屬結構和部分填充墻受到了損壞,但對發電沒有影響。

汶川大地震在唐家山形成了特大堰塞湖,5月14日上級要求通口水電站停止發電并放空水庫為唐家山泄洪預留滯洪庫容。6月 10日堰塞湖泄洪時洪水超過了百年一遇的洪水,電站承受了這次大洪水考驗,泄洪洪峰過后,電站即蓄水發電,經檢查壩前無淤積,泄洪消能系統完好。震后基礎廊道集水井滲水量增加,現場檢查發現增大滲水主要來自兩岸及下游反滲,未形成上、下游貫通的滲水通道。

唐家山堰塞湖泄流過程中夾帶大量崩塌物沿河道下泄至通口電站水庫內,加上河道沿岸在地震中的垮塌物也沖入庫內,通過通口電站沖沙底孔及表孔下泄。泄洪后檢查電站壩前及取水口前基本沒有淤積物,未形成淤積堆積,表明沖沙底孔及束水墻的拉沙效果和沖沙效果顯著。

2 電站設計特點

工程設計的技術水平和難點主要體現在巖溶地區基礎處理和泄洪消能設計理念等方面,以及對地下巖溶通道的探查、防滲線路布置走向、對巖溶通道的封堵、泄洪消能工的布置、戽式消力池的參數擬定、上下游水面的銜接等方面進行綜合研究。

2.1 設計基本條件

通口水電站修建在四川典型的灰巖巖溶地質區,溶洞、溶槽、溶溝、落水洞、溶隙發育,連通性好,給防滲布置設計和防滲施工均帶來很大難度,技術設計以壩工專業為主對壩基基礎處理、開挖基面和開挖坡面處理作了大量設計研究工作,對防滲方案經過了多次調整,根據巖層的走向、相對隔水層的位置、巖溶發育的特點,確定左岸防滲線向下游轉向,右岸防滲線向上游轉向,以較短的防滲線和防滲工程處理量截斷滲漏通道。

根據工程樞紐河段的地形、地質條件,壩址布置可選擇的范圍相當有限,壩后緊鄰河彎處,下泄水流受彎道影響,對河岸沖刷影響很大,經河岸阻擋后折沖水流對電站尾水渠出流影響很大,且易在尾水渠出口范圍形成沖積堆積。溢流壩采用挑流消能,雖結構相對簡單,但易使廠房尾水波動加大,淤積加重;如采用底流消能,消力池長度較長,無法合理布置。經多方案比較研究和綜合考慮后,采用了寬尾墩加臺階和戽式消力池方案。

2.2 基本資料

通口水電站控制流域面積 3989km2,通口河洪水由暴雨形成,流域中上游地處龍門山暴雨區,洪水過程具有陡漲陡落的特點,一次洪水過程線多為單峰型,歷時 3～5日。壩址處多年平均輸沙量 515萬t,多年平均含沙量 1.45kg/m3,多年汛期平均含沙量 2.25kg/m3,汛期輸沙量占全年輸沙量的 72.2%。

大壩設計洪水重現期為 50年,相應洪水流量6240m3/s,水庫水位 596.31m;校核洪水重現期為500年,相應洪水流量 9700m3/s,水庫水位 601.01m,壩前最大壅水高度 68.0m,水庫回水長度 13.8 km。廠房設計洪水重現期為 50年,相應洪水流量6240m3/s,河床水位 568.15m;校核洪水重現期為100年,相應洪水流量 7290m3/s,河床水位570.39m。消能防沖建筑物的洪水重現期為 30年,相應洪水流量為5480m3/s。電站引用流量為110 m3/s。

2.3 首部樞紐布置設計

通口河為多泥沙河流,電站庫容相對較小,壩體溢流堰頂相對較高,水庫因淤積而壽命較短,樞紐布置考慮水庫排沙和引水防沙措施,以延長水庫運行壽命和減小過機泥沙含量。結合本工程的入庫水沙特性,確定首部樞紐建筑物布置遵循汛期設置汛限水位,降水沖沙。電站進水口設置攔沙坎、沖沙道,并結合沖沙底孔的布置,確定電站引水防沙、水庫沖沙的樞紐布置原則和水庫合理運行調度原則。

根據地形、地質條件,在選定壩址位置布置攔河碾壓混凝土重力壩,大壩由溢流壩段與非溢流壩段組成,在右岸擋水壩前布置取水口,取水角為 110°。樞紐建筑物布置見圖1。壩頂高程 601.50m,壩軸線總長 220.69m,最大壩高 71.5m。溢流壩段泄水建筑物由 5孔開敞式表孔組成,底部順水流向長56.0m,堰頂高程 583.50m,表孔弧形工作閘門正常擋水高度 14.5m,寬度 14.0m,具有一定超泄能力。溢流壩典型斷面見圖2。

根據地形條件,布置底流消力池的場地條件有限,為減短消力池的長度、增強消能效果,在每個閘孔兩側的閘墩上布置了寬尾墩結構型式,將閘墩尾端加寬,閘室出口縮窄,達到使壩面水流沿橫向收縮和豎向擴散,形成三元水流以達到增強消能的目的。水工模型試驗研究了多種形式的寬尾墩,最后確定本樞紐寬尾墩體型的幾何參數為:閘孔收縮比 β=0.5,寬尾墩長度 L=9m,閘室末端寬度 B'=7m,尾端折角θ=21.25°,始擴點位置參數 ξ1=0.34、ξ2=0.22。

2.4 引水防沙

根據電站首部樞紐處通口河河段的水、沙基本資料,壩前設置沖沙道,首部樞紐布置主要需解決引水防沙與泄洪沖沙的問題。根據地形條件,采用“側向取水、正向攻沙”的引水防沙結構布置形式。取水口前緣進口底板高程 571.00m,束水墻頂高程為 567.00m,厚度 3.0m,長度 26.3m,沖沙道底板上游側高程為 557.00m,下游端與沖沙底孔底板相接,高程為 556.00m。束水墻與水流方向約 9.2°夾角,沖沙道上游側寬 9.0m,下游側與沖沙底孔寬度一致,以利于束水沖沙效果,庫區溯源沖刷。

緊鄰右岸擋水壩段設 1沖沙底孔壩段,沖沙底孔底板高程 556.00m,寬 5.0m,孔高 5.0m。沖沙底孔壩段順水流向長 58.0m,壩段總寬 11.0m,最大高度 66.5m。底孔后部設一道弧形工作閘門,門后為明流泄槽。沖沙底孔兼顧沖沙、泄洪和水庫放空的多重作用。沖沙底孔弧門后為長約 90.72m的排沙消能泄槽,寬 5.0m,底板高程為 540.00m,尾部設挑流坎,坎頂高程 545.00m。

圖1 樞紐建筑物布置平面

圖2 溢流壩典型斷面

經模型試驗驗證和歷年的運行檢驗,以及 2008年 5·12地震后唐家山堰塞湖泄洪過程中的考驗,未見泥沙進入取水口,均證明首部樞紐設計采用“側向取水、正向泄洪沖沙”的布置及運行方式是正確合理的,整個引水防沙效果較好。

2.5 泄洪消能設計

電站采用寬尾墩、臺階溢流面與戽式消力池聯合泄洪消能效果明顯。

由于受地形、地質條件限制,樞紐總體布置位置選擇余地不大,場地緊張,盡管進行了多方案布置比較,但壩軸線與下游主河槽夾角仍較大,下泄水流受左岸坡影響,易形成橫向折沖水流,使下游水流混亂、紊動強烈,引起廠房尾水波動較大,并易使尾水渠出口形成河床沖刷質堆積。

在后期設計過程中,對方案進行了研究調整。經過多次現場綜合查勘研究,根據壩區河床兩岸特點,確定壩區地形條件不適合修建拱壩,應選擇重力壩方案和底流消能較為合適。

2.5.1 泄洪消能布置多方案研究

電站下泄流量大,進口單寬流量達 138.6m2/s,下游水位變幅大,泄洪消能和泄洪水位的銜接是技術難點,在四川這類聯合消能方式應用還不多。通口河洪水過程具有陡漲陡落的特點,洪水過程歷時短。受地形限制壩址布置可選擇的范圍相當有限,壩后緊鄰河彎處,河道向右轉,下泄水流受彎道影響,沖刷左岸并易在尾水渠出口范圍形成沖積堆積,挑流對電站尾水渠出流影響很大。

早期設計的泄洪消能型式為挑流消能,結構相對簡單,但經水工模型試驗驗證其與寬尾墩加戽式消力池對比,表明采用寬尾墩加跌坎和戽式消力池的泄洪消能方式,能較好地解決消能率、池內流態、出池流速等問題。消能防沖按 30年一遇洪水設計,下游水位為 566.00m。采用寬尾墩加跌坎和戽式消力池方案,消力池長度減至 45m。

根據泄洪、沖沙和消能防沖要求,戽式消力池結構順水流向長 44.5m,消力池底高程 540.00m,底板基礎高程 535.00m,底板厚 5.0m,消力池末端設有1∶2.5的反坡尾坎,坎頂高程 545.00m。

2.5.2 消能效果顯著

經模型試驗驗證和運行情況表明,采用階梯式溢流壩面與寬尾墩和戽式消力池共同構成的大壩泄洪消能系統設計合理,階梯式溢流壩對中小流量有良好的消能特性,流量增大時受寬尾墩的作用,閘室尾部水面壅高,水面切線與壩面的夾角逐漸增大,水流沿豎向擴散,底部高速水流受戽式消力池尾坎的阻擋,紊動更加強烈,消力池尾端呈現戽式水流特有的涌浪,尾端以下河道流速迅速減小。在各級流量下,消力池內水流擴散均勻,消能效果良好,出池水流平穩,基本不對河床和河道兩岸邊坡產生沖刷,電廠尾水平穩,不受泄洪消能的影響,保證了發電機組的穩定運行和機組出力。經過 5年的洪水期運行實際考驗,證明這種消能方式成功地解決了各流量等級下泄洪消能的問題,很好地解決了在山區受地形、地質條件限制給樞紐布置帶來的矛盾和困難。

在唐家山堰塞湖泄洪過程中,通口電站的過壩流量超過了設計洪水,并夾帶大量漂浮物和泥沙,經泄洪后檢查,庫內壩前和取水口前沒有淤積,泄洪系統和消力池沒有受到破壞,尾水出口沒有出現因泄洪導致淤積的情況。

2.6 典型巖溶地區的基礎防滲處理設計與效果

首部樞紐攔河壩最大高度 71.5m,壩基以上最大壅水高度 68.0m,正常運行工況時上、下游水頭差為50.31m。

通口水電站修建在灰巖巖溶地質區,溶洞、溶隙發育,左右岸溶洞存在聯系,溶洞分布廣泛,分布高差大,連通性好,給防滲布置設計和防滲施工均帶來很大難度。

2.6.1 壩區防滲設計

根據巖溶發育情況,對左、右岸防滲軸線布置的走向均進行了向下游轉向、與壩軸線一致、向上游轉向等多方案比較研究。經反復論證,最終確定將右岸防滲帷幕線轉向上游,左岸帷幕向岸坡內延伸一定長度后折向下游,兩者均與巖溶不發育的相對隔水層相接。

庫區廣泛分布碳酸鹽巖,巖溶較為發育。為查明巖溶水庫滲漏問題,地勘、科研人員進行了庫水滲漏巖溶水文地質研究。結合各類資料和現場情況,認為水庫的鄰谷滲漏問題總體上不影響水電站的建設,在后期則應加強監測。在施工期間,設計人員及時對現場揭示情況和物探資料進行研究分析,并比照防滲設計方案,對特殊孔段的設計參數進行適時調整,驗證防滲設計方案的準確性。對樞紐區的溶洞特別是下游 2km內的幾處大型溶洞進行了檢查和實測,未發現水量增大。經運行后 4年多的蓄水考驗,至今未發現庫水存在滲漏的通道。

2.6.2 大壩防滲系統防滲效果顯著

為檢驗帷幕灌漿的最終效果,在灌漿結束后 14天進行檢查孔壓水試驗,共布置 25個檢查孔。試驗表明,各灌漿單元的全孔透水率 1.0～2.9Lu,平均透水率 1.35～1.89Lu,防滲效果達到設計要求。

經 5個汛期的考驗,大壩樞紐、引水發電系統運行正常,壩體及基礎滲漏量總體較少,據現場實測,其滲漏總量不足 18m3/h,兩岸邊坡無滲流出現。壩基礎防滲帷幕設 1排灌漿孔,為減少壩體基礎和消力池基礎內的滲透壓力,在壩體廊道內設有主、副排水孔。運行表明,防滲排水處理措施效果良好。

在汶川特大地震中,建在典型巖溶地段的通口電站大壩防滲系統未受到破壞,震后檢查表明,廊道內帷幕后的排水孔排水量、滲壓未增加,排水廊道增加的水量為帷幕后兩岸地下水及下游反滲,與庫水沒有聯系,對發電及發電效益沒有影響,經必要的常規處理后即可恢復到與震前情況一樣。

3 通口水庫在唐家山堰塞湖泄洪過程中所起的作用

3.1 滯洪作用

地震引起通口河右岸唐家山山體整體下滑,堆積于通口河河谷,堵塞通口河而形成唐家山堰塞壩,堰塞湖蓄積水量達 2.5億 m3,嚴重威脅下游沿岸和城市人民的生命、財產安全。在唐家山堰塞湖形成后,電站距堰塞湖較近約 23km,是堰塞湖泄洪經下游的第一個在地震后能發揮作用的電站,在唐家山堰塞湖泄洪過程中,通口水庫的滯洪作用對下游沿岸和城市的保護起了很大的作用。

3.2 遭遇洪水后的大壩安全問題分析

由于通口電站空庫預留滯洪庫容,庫內沒有蓄積庫水,堰塞壩潰壩下泄洪水進入通口電站庫內,壩前水位上升較快,洪水可能翻壩,壩頂設施設備、泄洪消能系統可能受到破壞,大量漂浮物可能危及壩體結構的安全,

按照唐家山堰塞壩潰壩分析,當潰口形狀、起始潰決水位相同時,潰決歷時越短,潰壩洪峰流量越大,沿程衰減也越快。如 1/3潰壩方案,1小時潰決潰口流量為 28503m3/s,基本為 6小時潰決的 1倍以上,傳播至涪江橋,1小時潰決流量衰減了約55%,而 6小時潰決僅衰減了 11%。按 1小時潰決則在通口壩址處的洪峰流量為 21144m3/s。

如果潰口歷時、起始潰決水位相同時,潰決口門越大、潰口底高程越低,潰壩洪峰流量就越大,沿程衰減也越快。如潰決歷時考慮 2小時,1/3潰壩方案潰口處流量為 22554m3/s,基本為半潰方案的42%,為全潰方案的 29%。如果潰決起始潰決水位不同、其它潰決條件相同時,水位越高,蓄水量越大,潰決風險也越大,形成的潰壩洪峰也越大。如潰決歷時考慮 2小時,從 752m高程全潰時,潰口處流量為 76699m3/s,為從 730m高程開始全潰的 1.86倍。按 2小時潰決則在通口壩址處的洪峰流量為70776m3/s。

堰塞壩全潰、半潰、1/3潰決的洪水均遠大于通口電站大壩的校核設計洪水流量,對大壩構成嚴重威脅,如經電站水庫滯洪調峰后按 12800m3/s過壩流量考慮也遠超過校核洪水流量,洪水將漫過壩頂。根據計算,在這一流量下,從潰壩開始約 1小時洪水將漫過通口壩頂,對大壩及其附屬建筑物均存在很大的潛在威脅。

3.3 唐家山堰塞湖泄洪過程及通口壩址洪水情況

3.3.1 潰口潰決過程驗證

根據實測潰決過程,唐家山堰塞壩潰決開始時間約在 6月 10日凌晨 4～5點,至 14點形成寬145m、底高程為 721.4m的最大矩形口門。潰決歷時約 10小時。由于 6月 10日前后的天然河道來流量在 50～100m3/s左右,鑒于此種情況,考慮通口河入庫流量為 100m3/s,涪江橋 6月 10日 8點時流量為 192m3/s,因此考慮涪江天然河道的來流量為192m3/s。

算得模型潰口處最大峰值流量為 6637m3/s,與實測值 6500m3/s比較接近,僅偏大 2.1%(見圖3)。

圖3 唐家山潰壩潰口處洪水過程線比較

從圖3可以看出,潰口的實測流量上漲較計算值略偏后,消落也偏慢,但總體過程還是基本接近。潰決初期流量上漲偏后的原因,主要是模型中采用的潰口形成過程為直線型均勻潰決,而實際堰塞壩為非均質體,碎礫土中夾有部分大孤塊石,這些大孤塊石抗沖能力較強,致使初始潰決時較為緩慢。

3.3.2 壩址處洪水情況

在6月10日唐家山堰塞湖流量開始增大,13:40左右電站庫內水位開始迅速增高,沖沙底孔泄洪,至 14:15庫內死庫容蓄滿,溢流表孔開始泄洪,初期疊加了區間的 4座小堰塞湖洪水,入庫洪峰流量遠大于堰塞體泄口處的峰值流量,經通口電站水庫滯洪后過壩洪水流量超過工程設計洪水標準,并夾雜大量漂浮物,壩址處實測的最大洪峰流量超過6680m3/s。

4 滯洪作用分析

4.1 洪水歷時

唐家山堰塞湖潰壩洪水演進驗證計算結果見表1。在洪水演進計算中,河道糙率根據 6月 10日實際的潰壩沿程水位及洪水演進時間綜合率定,其值為0.036～0.08。因河谷較窄,河道沿程攤化洪峰流量較弱。計算中未考慮疊加 4個小堰塞湖的水量。

表1 唐家山堰塞湖潰壩驗證計算結果

實際記錄表明,6月 10日洪峰從潰口傳播至通口水文站歷時 2小時 54分,從通口水文站傳播至涪江橋歷時 2小時 54分。而在驗證計算中,洪峰從潰口傳播至通口水位站歷時 1小時 18分,從通口水文站傳播至涪江橋歷時 3小時 30分。

4.2 洪峰入庫情況

由于電站水庫空庫預留了滯洪庫容,當 6月 10日電站泄洪前堰塞湖下泄流量并疊加區間 4個小型堰塞湖洪水后,電站入庫洪峰大于堰塞體泄口處峰值流量,水庫死庫容很快蓄滿。在 10日 13:28左右,水庫水位急劇上漲,經沖沙底孔有限下泄后半小時庫內蓄至死水位,并在半個小時內就漲滿了電站水庫 1806萬 m3的死庫容,閘門全部打開泄洪,14:10左右開始泄洪,通過表孔下泄洪水,水位逐步上升至高程 596m以上,泄洪水霧揚起上百米高,14:30觀測到 10日的最大水流量為 6680m3/s。經過水庫的滯洪調峰作用,大壩對洪水進行了有效攔阻。

4.3 滯洪作用分析

洪峰傳播至通口水文站的時間計算值與實測值差 1小時 36分,差異較大。在潰口至通口水文站29.5km的河段內,實測傳播速度為 2.83m/s,計算傳播速度為 6.3m/s,唐家山至通口水文站河段平均比降為 4.44‰,一般同類山區河道的洪水傳播速度在 4～6m/s左右,分析兩者差別的原因,主要是通口電站水庫、唐家山至通口水文站河段上由于地震形成的 4個小堰塞湖,對減緩洪水傳播速度起到了很大的作用,為下游沿岸和城市的群眾、財產轉移、其他事件處理贏得了寶貴時間。

5 震后及滯洪后的安全檢查

5.1 震后檢查情況

根據震后檢查和評估,電站主體結構完好,僅是局部次要結構和附屬結構如壩頂欄桿、壩頂橋面板兩端路面層、填充墻及表面裝飾、壩頂監測設備松動、生活區瓦屋頂、部分磚砌圍墻等受到輕微損壞;除庫尾左岸邊坡原有滑坡區出現垮方外,壩區和庫區兩岸邊坡沒有垮方,庫尾的垮方除減小一點庫容外對水庫運行沒有影響;因此電站工程為輕微震損,地震和唐家山堰塞湖泄洪對通口電站主體結構和發電沒有造成大的影響,在電站蓄水恢復發電的同時進行必要的修復后即可達到原設計要求。

5.2 經歷洪水后的檢查情況

唐家山堰塞湖 6月 10日泄洪的特大洪水超過了電站建成后歷年的洪水,初期疊加區間 4個小堰塞湖的洪水后,入庫洪峰流量大于堰塞體泄口處峰值流量,經通口電站水庫滯洪后過壩洪水流量仍超過工程設計洪水標準,電站承受了這次特大洪水考驗。唐家山堰塞湖泄洪洪峰過后,再次空庫對壩前及庫內淤積情況進行檢查,發現與泄洪前空庫情況沒有差別,與模型試驗情況對比也很吻合,壩前及取水口前沒有淤積物,隨即電站水庫開始蓄水。

電站于 6月 14日蓄水恢復發電,水庫在正常蓄水位 598.00m運行,兩臺機組滿發供電四川主網。發電后抽排壩體廊道積水后,對壩體主體結構進行了全面檢查,大壩主體結構和消力池完好。

5.3 復核計算情況

在地震后對電站溢流壩段、底孔壩段、擋水壩段三個典型壩段的洪水漫頂、正常水位運行遇Ⅷ度地震、正常水位運行而防滲排水全部失效、正常水位運行 +防滲排水全部失效遇Ⅷ度地震時四種工況的穩定、應力進行了復核計算。當洪水剛漫頂時,上游水位為壩頂高程,通過水位—流量關系曲線查得下游水位為 578.08m;防滲排水全部失效時揚壓力不折減,參考實測資料,通口電站在大地震后防滲未遭破壞,其余工況揚壓力折減系數仍按 0.25控制。

據對計算結果分析,通口電站的抗滑穩定仍有一定的安全裕度,即使考慮洪水漫頂、排水失效、Ⅷ度地震等情況疊加后,溢流壩段、底孔壩段、擋水壩段的安全系數仍大于 1.0,滿足規范要求。

6 處理措施

6.1 加固處理的必要性

大地震對通口水電站造成了輕微震損,雖然電站主體結構沒有受到損壞,且震后很快就恢復了發電,但大壩、廠房一些受損的次要結構、附屬結構和部分填充墻,以及要使電站今后能長期安全運行,對壩基滲漏量增大等均需要進行必要的處理。地震后用于大壩監測的設備已有震動位移、松動和脫落等現象,應及時重新調試投入運行,對大壩加強測壓管水位、應力應變、引張線上下游位移、繞壩滲漏、壩基滲漏等的檢測,并作好觀測記錄,與震前數據對比分析,發現異常應及時分析原因,采取措施。

6.2 補強及修復處理方案

由于“5·12”大地震并未對通口電站大壩結構造成破壞,壩體的受力條件也沒有發生根本變化,對大壩安全影響不大,故本次加固設計主要針對壩體內部排水廊道滲水加大的情況及廠房尾水導墻處的施工縫開裂等情況進行灌漿處理。

通過地震后的一段時間的觀測發現,排水廊道中排水孔滲水量的大小與上游庫水位的升降的關系不大,但與降雨和下游水位有較為密切的聯系。由此可以肯定大壩帷幕在這次地震中并未受到大的影響,但壩體與基礎的結合緊密度較地震前有所削弱,排水孔中滲水量增大部分主要來源于山體坡面滲水和下游河道滲水。針對這種情況,在縱向排水廊道和下游排水廊道外側增設一排帷幕灌漿,帷幕灌漿孔距 1.5m,孔深按深入基巖 30m控制,其中一部分孔利用原排水孔進行掃孔后繼續下鉆至設計孔深成孔。由于縱向排水廊道中原排水孔與豎向成 10°交角 ,為方便鉆孔成孔因此在縱向排水廊道中新增的帷幕灌漿孔也與豎向成 10°交角。

由于新增帷幕已將原基礎排水通道侵占,故需在新增帷幕后方增設一排排水孔,排除基巖滲水、減小基礎揚壓力。排水孔參數仍參照原設計排水孔,孔距 3.0m,固結灌漿范圍內的排水孔深入基巖13m,固結灌漿范圍外的深入基巖 10m,孔徑100mm。排水孔應在帷幕施工完成后再行施工。排水孔應埋孔口管,孔口管頂部應高出孔口 20cm。

右岸 4號與 5號溢流壩下游排水廊道約 0+061.40m附近廊道頂有幾處漏水,漏水均在原大壩縱向結構縫位置,估計是地震造成了結構縫局部拉開,止水松動,使滲水量有所加大。采取在縫兩側打斜孔灌漿處理,灌漿孔布置在距縫 30cm處,在縫兩側交錯布置,孔距 1.0m,孔深 3.0m,灌漿孔與混凝土面呈 25°交角,并穿過混凝土結構分縫。此外,對沖沙底孔與溢流壩結構縫應進行壩頂灌漿處理,在壩頂結構縫位置原豎向止水上游側鉆豎向孔進行灌漿,并保證灌漿深入基巖一定深度。

對左岸交通聯系廊道約(壩)0+014.00m處廊道頂拱預制板與邊墻相接處漏水也進行灌漿處理,以漏水點為中心,布置一定數量的灌漿孔進行灌漿,間、排距 1.0m,灌漿深度 10m,深入基巖 6m。

對廠房第一副廠房、第二副廠房、吊物豎井等損壞的填充墻建議拆除后重新裝修,抹灰層在滿足規范要求情況下宜盡量薄,表面采用涂料或輕質抗震材料。對震損破壞的填充墻、玻璃窗、外墻磚、壩體欄桿應進行修復。損壞的壩頂路面裝修層需進行修補,在結構縫處應留接縫,并用瀝青填實。

6.3 施工進度計劃及施工技術要求

為了降低在雨季大壩基礎的排水量,減輕排水壓力,保證電站第二年汛期能夠安全度汛,灌漿施工安排在枯期進行,即在第二年汛前施工完成。大壩灌漿施工順序為:先行對滲水部位較大的排水孔和廊道邊墻進行灌漿處理,再行系統地進行帷幕灌漿施工,最后為排水孔的施工。

廊道內帷幕灌漿鉆孔設備主要為 XU-100型地質鉆機,采用分段灌漿并按分序加密的原則進行,使用 YBS-250/120型灌漿泵灌漿;廊道邊墻灌漿采用手風鉆鉆孔、BW-200/40灌漿泵分段灌漿。

欄桿、填充墻等部位的修復則安排在灌漿補強時一同進行或在灌漿補強完成后進行。

7 結論及建議

模型試驗和運行情況表明,本工程采用階梯式溢流壩和寬尾墩與戽式消力池共同構成的大壩泄洪消能系統設計合理。采用寬尾墩后,消力池由原來的長 100m左右的底流消力池減短至 45m,在各級流量下,消力池內水流擴散均勻,消能效果顯著,下游水面銜接平順,對左岸沖刷輕微,對廠房尾水渠水流基本無影響,消力池內也沒有殘留物,池內磨損輕微。在 2006年年初放空庫后進行檢查和檢修,大壩沒有發現異常情況,壩前及取水口前沒有淤積。唐家山堰塞湖泄洪后庫內未產生淤積。

通口水電站經 5年多的運行歷經 6個汛期和堰塞湖泄洪的考驗,大壩樞紐、引水發電系統運行正常,壩體及基礎滲漏量總體較少,現場實測資料表明,滲漏總量不足 30m3/h,大壩防滲效果明顯。

通口水電站按Ⅶ抗震設防,壩址處實際烈度達到了Ⅸ度,電站經受了這次特大地震的考驗。在唐家山堰塞湖形成后,電站空庫為堰塞湖泄洪預留了滯洪庫容,在唐家山堰塞湖泄洪過程中,通口電站大壩不僅承受住了大地震后第一次 6680m3/s的洪水考驗,而且通過大壩調節洪峰,緩解了洪水對下游的壓力。通口水庫的滯洪削峰作用對下游沿岸和城市的保護起了很大的作用,堰塞湖泄洪后電站即蓄水至正常蓄水位發電。

經過汶川特大地震和唐家山堰塞湖泄洪的考驗,表明大壩穩定安全能經受強震檢驗,電站引水防沙效果良好,泄洪消能建筑物經受了設計洪水的考驗。在唐家山堰塞湖泄洪過程中,電站對泄洪洪水的滯洪、削峰作用明顯,對下游沿岸和城市的保護以及人員財產轉移發揮了很大的作用。電站除發電創造了很好的經濟效益外,也發揮了巨大的社會效益。

在這次特大地震中,通口水電站大壩工程經受住了遠超設防標準的強震考驗,說明采用現行水電工程設計理論和方法進行的設計是成熟的、安全可靠的,在復雜地質條件下、高烈度地區建壩是可行的;電站工程經得起設計洪水和 8級地震的考驗,成為在巖溶地區修建高壩大庫的典型成功實例。

經過這次特大地震,水電工程的設計將更加注重細節上的完善,建議對主體結構的次要建筑物和附屬建筑物應盡量采用輕質牢固的材料,特別是上部建筑物更應采用高強、輕質、整體性好的結構及材料;在壩和廠區應配備性能良好、足夠容量的備用供電設備,確保應急條件下使用;壩址應盡量選在斷裂的下盤,并遠離存在較大地質危害隱患的邊坡,近壩庫岸的邊坡應較穩定或得到有效的必要的處理。