銅街子水電站大壩廊道結(jié)構(gòu)縫漏水分析與治理

黃會(huì)寶，沈定斌，羅正英，江華貴

（國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司庫壩管理中心，四川樂山 614900）

0 引言

目前，混凝土壩結(jié)構(gòu)縫漏水較為常見，處理方法也較多，通常最有效的方法是截?cái)酀B水途徑。水工建筑物結(jié)構(gòu)縫漏水部位不同，漏水形式與漏水原因多種多樣，漏水具有相對(duì)獨(dú)特性，需根據(jù)不同的漏水情況采用不同的施工方案和工藝流程才能達(dá)到較好的效果。以銅街子水電站大壩10～11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫滲漏水治理為例，通過分析研究結(jié)構(gòu)縫止水結(jié)構(gòu)、漏水量、漏水源、漏水途徑及所處環(huán)境等要素，研究制定既經(jīng)濟(jì)又合理的施工方案，控制施工關(guān)鍵點(diǎn)，很好地解決了自工程投入運(yùn)行以來的漏水問題。處理后該結(jié)構(gòu)縫未見滲水，消除了長期遺留的工程隱患。

1 工程概況

銅街子水電站位于大渡河中游，是一座以發(fā)電為主、兼有漂木和改善下游通航效益的二等大（2）型水利樞紐工程。樞紐工程由攔河壩（由左岸鋼筋混凝土面板堆石壩、河床混凝土重力壩、右岸鋼筋混凝土心墻堆石壩組成）、河床式廠房、筏閘等部分組成。大壩總長為1 084.59 m，最大壩高82 m。

工程自1994年蓄水發(fā)電以來，423 m高程觀測(cè)廊道10～11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫漏水較大，且挾帶大量泥沙。工程施工單位曾多次對(duì)該結(jié)構(gòu)縫漏水進(jìn)行水泥灌漿止漏處理，均未成功，成為施工期遺留下的工程隱患。2010年銅街子大壩安全第二次定期檢查，專家組十分關(guān)注該安全隱患，為此運(yùn)行單位聯(lián)合浙江華東建設(shè)工程有限公司對(duì)該結(jié)構(gòu)縫漏水進(jìn)行了研究和治理，解決了長期遺留的工程安全隱患，成功實(shí)施了堵漏治理。

2 結(jié)構(gòu)縫漏水成因分析

2.1 漏水量分析

銅街子水電站大壩廊道10～11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫在423 m觀測(cè)廊道處漏水量較大，據(jù)調(diào)查水庫初期蓄水至459 m高程時(shí)首次出現(xiàn)漏水且滲漏量較大，歷史最大漏水量達(dá)308.53 m3/d，后經(jīng)工程處理有所減少但未完全實(shí)現(xiàn)堵漏。運(yùn)行單位通過量水堰觀測(cè)滲流量，資料顯示至2003年滲漏量呈現(xiàn)增大趨勢(shì)且以壓力流方式流出，漏水常年攜帶泥沙，汛期滲水混濁，初步分析認(rèn)為與庫水存在一定的連通性，統(tǒng)計(jì)2007～2010年四年平均滲流量，占?jí)位倽B流量的28%左右。

大壩廊道10～11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫漏水量過程線見圖1。

圖1 423 m高程觀測(cè)廊道10號(hào)與11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫漏水量過程線Fig.1 Graph of seepage from structural joints of gallery on 10#and 11#dam block on the elevation 423 m

2.2 漏水來源分析

將該結(jié)構(gòu)縫漏水上部封擋，下部修建接水池對(duì)其長期觀察，發(fā)現(xiàn)集水池內(nèi)有大量沉積物，池外順?biāo)鞣较虻呐潘疁蟽?nèi)也有沉積物。為確定沉積物的來源，對(duì)池內(nèi)、外及壩前庫底沉積物的化學(xué)成分進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)成果（見表1）顯示，結(jié)構(gòu)縫漏水?dāng)y帶出的沉積物與壩前庫底沉積物化學(xué)成分及含量基本相同，推斷沉積物來源于庫內(nèi)。另外，通過水樣檢測(cè)氡氣的濃度為861 Bq/m3，遠(yuǎn)小于壩基排水孔出水中氡的濃度含量，與廊道內(nèi)的空氣本底值818 Bq/m3在允許誤差范圍內(nèi)，可認(rèn)為是相同的。即結(jié)構(gòu)縫處漏水無深部地下水。綜上推斷該結(jié)構(gòu)縫與壩前庫水存在連通性，漏水源于庫水，結(jié)構(gòu)縫的最大寬度處只能允許粉粘粒（＜0.075 mm）顆粒通過或結(jié)構(gòu)縫漏水部位高于水庫淤積高程，分析認(rèn)為漏水為結(jié)構(gòu)縫止水設(shè)施存在局部缺陷的可能增大。

2.3 漏水部位分析

首輪定檢報(bào)告中水下檢查結(jié)果顯示，壩前100 m范圍內(nèi)左、右底孔前淤沙分別形成漏斗狀，其最低點(diǎn)高程為429.47 m和428.65 m，均低于底板高程430.00 m；發(fā)電進(jìn)水口壩前都在437 m高程以下。該廊道上游10 m左右同高程的基礎(chǔ)灌漿廊道（見圖2）結(jié)構(gòu)縫沒有任何漏水現(xiàn)象，結(jié)合漏水量、壓力及結(jié)構(gòu)縫止水設(shè)施等判斷，壩體427.00 m和448.50 m高程止水結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)折變化（見圖2）處可能是最薄弱部位，止水存在缺陷的可能性大，漏水點(diǎn)位置在434～448.50 m高程之間，也不排除水平施工縫穿越結(jié)構(gòu)縫止水從結(jié)構(gòu)縫漏出，這種漏水集中于結(jié)構(gòu)縫附近，漏水范圍相對(duì)有限。

表1 結(jié)構(gòu)縫漏水池內(nèi)、外沉淀物質(zhì)與壩前庫區(qū)沉積物化學(xué)成分檢測(cè)成果對(duì)比Table 1 :Results of chemical constituents test of the sediments in the seepage pool and in the reservoir area

銅街子大壩10～11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫剖面圖見圖2。

圖2 銅街子大壩10號(hào)與11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫剖面圖Fig.2 Profile of the structural joints on the 10#and 11#dam block of Tongjiezi dam

3 結(jié)構(gòu)縫漏水治理方案

3.1 漏水治理方案比較

大壩結(jié)構(gòu)縫漏水處理主要有結(jié)構(gòu)縫壩前上游面處理、壩頂鉆孔灌漿處理、廊道內(nèi)鉆孔灌漿處理等方法。

（1）結(jié)構(gòu)縫壩前處理法：在大壩上游面結(jié)構(gòu)縫位置進(jìn)行水下檢查，查明漏水位置和范圍，對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)的及可能的漏水點(diǎn)和縫表面進(jìn)行封閉處理，形成結(jié)構(gòu)縫表面止水。水下部位處理采用水下施工技術(shù)，對(duì)滲漏水部位進(jìn)行鑿槽嵌縫，粘貼一層防滲材料，并埋設(shè)灌漿管，對(duì)從止水片到上游面的結(jié)構(gòu)縫區(qū)，灌化學(xué)材料充填封閉漏水縫面，形成一道新的止水帶，聯(lián)合阻止庫水進(jìn)入結(jié)構(gòu)縫，進(jìn)行徹底封閉處理。該方案需水下作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，施工質(zhì)量不易保證，同時(shí)本次漏水結(jié)構(gòu)縫作業(yè)部位為機(jī)組進(jìn)水口區(qū)域，水下作業(yè)期間機(jī)組必須停機(jī)，影響機(jī)組發(fā)電，工程費(fèi)用高。

（2）壩頂鉆孔灌漿法：該方法是在壩頂二道止水片間鉆垂直騎縫孔，然后對(duì)該騎縫孔進(jìn)行彈性聚氨酯灌漿，使?jié){液填充該騎縫孔，封堵滲水通道，形成彈性止水塞。該方案優(yōu)點(diǎn)是鉆孔工藝簡單，灌漿量易控制，治漏造價(jià)相對(duì)較低；缺點(diǎn)是鉆孔精度要求較高，一旦發(fā)生偏離，易破壞原止水設(shè)施，造成堵漏失效或產(chǎn)生新的滲漏點(diǎn)。

（3）廊道內(nèi)鉆孔灌漿法：在大壩廊道內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)縫位置鉆騎縫孔，化學(xué)灌漿使?jié){液充填鉆孔及二道止水片之間的結(jié)構(gòu)縫縫面，封堵滲水通道。由于結(jié)構(gòu)縫面的串通性較好，需對(duì)結(jié)構(gòu)縫表面進(jìn)行灌漿前止?jié){封閉處理，鉆止?jié){孔需嚴(yán)格放樣，嚴(yán)格控制鉆孔偏差，同時(shí)確保鉆孔不破壞大壩止水結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是灌漿易控制；缺點(diǎn)是騎縫鉆孔難度大，廊道施工場地狹小，不便于施工。

3.2 治理方案的選擇

根據(jù)該工程大壩結(jié)構(gòu)縫止水結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工程漏水情況，上游面水下處理需停機(jī)，影響發(fā)電運(yùn)行加上并非明確是否是結(jié)構(gòu)縫漏水與漏水部位較低，水下處理方案受限，實(shí)施困難。由于結(jié)構(gòu)縫止水結(jié)構(gòu)為二道止水片，有轉(zhuǎn)折且之間加瀝青井，瀝青井占據(jù)可能的鉆孔位置，成孔困難，壩頂騎縫鉆孔處理方案也無法實(shí)施，放空水庫進(jìn)行處理既不經(jīng)濟(jì)也不可行。因此本工程結(jié)構(gòu)縫漏水相對(duì)適宜的處理方案為在廊道內(nèi)對(duì)漏水進(jìn)行化學(xué)灌漿封堵。

3.3 灌漿材料的選擇

結(jié)構(gòu)縫漏水灌漿材料選擇主要應(yīng)考慮親水性能好、有彈性和膨脹性，能適應(yīng)伸縮縫反復(fù)開合變形，在水中可快速凝固，不被滲流水沖蝕帶走。為此經(jīng)對(duì)多種灌漿材料性能進(jìn)行對(duì)比分析，選用杭州國電大壩安全工程公司生產(chǎn)的LW/HW型水溶性聚氨酯灌漿材料。該兩種型號(hào)的灌漿材料具有良好的親水性能，漿液遇水后可以分散乳化，進(jìn)而凝膠固結(jié)，且兩者能以任何比例混合使用，以配制不同強(qiáng)度和不同水膨脹倍數(shù)的材料。其主要性能指標(biāo)見表2。

表2 LW/HW型水溶性聚氨酯灌漿材料主要性能指標(biāo)Table 2 :Main properties of the LW/HW soluble polyurethane

3.4 主要處理工藝與要點(diǎn)

廊道內(nèi)鉆孔灌漿處理方案的主要處理工藝與要點(diǎn)如下。

（1）灌漿孔設(shè)置：根據(jù)滲漏區(qū)高程預(yù)判，在廊道結(jié)構(gòu)縫位置鉆2～3個(gè)灌漿孔，孔徑30 mm以上，孔深100 cm左右，全孔需始終確保騎縫。

（2）封孔埋管：孔口埋設(shè)灌漿管并安裝控制閥門，封閉漏水結(jié)構(gòu)縫縫面。

（3）騎縫止?jié){孔鉆孔灌注：在廊道下游側(cè)無漏水部位騎縫鉆設(shè)止?jié){孔，采用純壓式低壓灌漿先行灌注LW水溶性聚氨酯，封閉結(jié)構(gòu)縫縫面。

（4）閉水試驗(yàn)及壓水檢查：待止?jié){孔漿液固結(jié)后，先后關(guān)閉其它灌漿孔孔口閥門，接入壓力表測(cè)量滲漏水壓力變化，為下一步灌漿收集必要資料、數(shù)據(jù)。

（5）灌漿：采用大流量灌漿泵進(jìn)行純壓式灌漿。灌漿材料使用LW/HW水溶性聚氨酯化學(xué)漿液，灌漿壓力原則根據(jù)灌漿時(shí)庫水位情況控制在0.6 MPa左右，該灌漿壓力為初選的灌漿壓力，實(shí)際可根據(jù)灌漿前檢查數(shù)據(jù)綜合分析后進(jìn)行調(diào)整。

（6）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定灌漿壓力下注入率不大于0.2 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注15 min，即可結(jié)束該孔段灌漿。

（7）封孔：漿液固化后，清除孔口灌漿管，修復(fù)廊道混凝土面。

3.5 漏水治理難點(diǎn)分析

3.5.1 解決施工場地狹小問題

結(jié)構(gòu)縫漏水點(diǎn)位于廠房壩段423 m高程觀測(cè)廊道內(nèi)，廊道尺寸2.0 m×2.5 m（寬×高），結(jié)構(gòu)縫鉛直度偏差約±8 cm，另在廊道內(nèi)上游側(cè)布置有一條φ219 mm的真空激光準(zhǔn)直管道，占據(jù)約0.6 m的廊道寬度，施工場地非常狹小，施工機(jī)具難以布置。故采取在廊道和壩后平臺(tái)兩個(gè)作業(yè)面進(jìn)行施工。

3.5.2 降低機(jī)組安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

結(jié)構(gòu)縫漏水部位距廠房機(jī)組設(shè)備較近，易產(chǎn)生施工滲水漏漿途徑，對(duì)廠房機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，也是長期以來遲疑未決的原因之一。因此需改進(jìn)漏水部位檢測(cè)方式方法，在各薄弱部位留人觀察壓水檢測(cè)及灌漿過程，遇到異常立即停止或進(jìn)行相應(yīng)處理。

3.5.3 解決壓水試驗(yàn)難于控制問題

常規(guī)結(jié)構(gòu)縫漏水治理需做壓水試驗(yàn)檢查，考慮壓力較大對(duì)廠房機(jī)組運(yùn)行構(gòu)成安全隱患且難于控制，該結(jié)構(gòu)縫漏水具體位置和范圍難以探明，故改壓水試驗(yàn)為閉水試驗(yàn)進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)。

3.5.4 解決騎縫鉆孔精度控制問題

由于結(jié)構(gòu)縫漏水部位結(jié)構(gòu)縫鉛直度偏差大約±8 cm，且廊道空間狹小，騎縫鉆孔孔徑較大，鉆孔精度難于控制，施工難度極大。為此改騎縫鉆孔為斜鉆孔技術(shù)實(shí)施。

4 關(guān)鍵工藝施工情況要點(diǎn)

4.1 表面封堵

在423 m高程廊道清除10～11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫表層嵌填物，安裝1孔φ50 mm排水管、2孔φ30 mm灌漿管及1孔安有壓力表的測(cè)壓管，采用堵漏材料嵌填結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行表面堵漏，見圖3。

4.2 止?jié){孔鉆孔與低壓灌漿

因廊道內(nèi)空間狹小，騎縫鉆孔難度大，止?jié){孔移至大壩與廠房間的壩后453.9 m高程平臺(tái)。止?jié){孔位于斜坡下游側(cè)2 m處，因結(jié)構(gòu)縫偏移較大，騎縫鉆孔無法實(shí)施，止?jié){孔采用斜孔與結(jié)構(gòu)縫相交技術(shù)（為確保鉆止?jié){孔時(shí)廠房內(nèi)不漏水，先在止?jié){孔下游側(cè)1 m處鉆深1.0 m預(yù)灌漿孔進(jìn)行預(yù)灌漿，灌漿量350 kg）。止?jié){孔實(shí)際完成共3個(gè)，止?jié){孔1號(hào)在449 m高程與結(jié)構(gòu)縫相交，縫面有漿液未灌漿；止?jié){孔2號(hào)在434 m高程與結(jié)構(gòu)縫面相交，灌漿量600 kg；止?jié){孔3號(hào)至445 m高程與結(jié)構(gòu)縫面相交，灌漿量550 kg。預(yù)灌漿孔與止?jié){孔采用低壓灌漿技術(shù)，灌漿壓力在0.15 MPa左右，同時(shí)采用定量灌漿，止?jié){孔布置見圖4。

圖3 大壩423 m高程廊道結(jié)構(gòu)縫止漏灌漿施工布置圖Fig.3 Grouting construction for the structural joints of the gallery on the elevation 423 m

圖4 大壩453.90 m高程平臺(tái)鉆孔施工布置圖Fig.4 Distribution of boreholes in construction platform on elevation 453.90 m

4.3 閉水試驗(yàn)

通過在423 m高程廊道結(jié)構(gòu)縫上關(guān)閉埋設(shè)的管路球閥開關(guān)進(jìn)行閉水試驗(yàn)，通過測(cè)壓管上的壓力表觀測(cè)和記錄壓力測(cè)值，并設(shè)專人監(jiān)視各薄弱部位滲漏水變化情況，一旦有任何異常現(xiàn)象，可立即打開423 m高程觀測(cè)廊道結(jié)構(gòu)縫上埋設(shè)的管路球閥開關(guān)排水減壓，防止廠房內(nèi)機(jī)電設(shè)備發(fā)生安全事故。通過該方法查找漏水點(diǎn)位置，并確定縫面止?jié){效果。

4.4 灌漿堵漏

在壩后453.90 m高程平臺(tái)布設(shè)3孔結(jié)構(gòu)縫止?jié){孔，灌注LW型灌漿材料約1 500 kg。閉水試驗(yàn)廠房內(nèi)結(jié)構(gòu)縫不漏水的情況下，在423 m高程觀測(cè)廊道10～11號(hào)壩段壩體結(jié)構(gòu)縫上進(jìn)行壓力灌漿。采用大流量灌漿泵進(jìn)行純壓式灌漿，灌漿壓力根據(jù)庫水位情況控制在0.6 MPa左右，并以最大進(jìn)漿速度灌漿，等灌漿量達(dá)到4 000 kg后，根據(jù)漏水與漏漿情況確定灌漿速度，共分別灌入LW型和HW型灌漿材料5 000 kg和500 kg，灌漿用時(shí)約4 h，灌漿孔布置見圖3。

5 漏水治理效果與結(jié)論

銅街子水電站大壩423 m高程觀測(cè)廊道10～11號(hào)壩段結(jié)構(gòu)縫處理前漏水量為180 L/min，2011年3月處理后漏水量為0，結(jié)構(gòu)縫無任何滲水現(xiàn)象，大壩其它部位滲漏量無異常現(xiàn)象，且經(jīng)歷了一個(gè)汛期的考驗(yàn)，堵漏效果顯著，表明采取該技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)縫堵漏是合理的，成功解決了銅街子大壩長期遺留的安全隱患。

在充分研究論證大壩結(jié)構(gòu)縫漏水成因的基礎(chǔ)上，針對(duì)廊道施工場地狹小，漏水部位距離廠房機(jī)組較近、結(jié)構(gòu)縫鉛直度偏差較大等特點(diǎn)，通過閉水試驗(yàn)、止?jié){孔騎縫鉆孔壓力灌漿改為斜鉆孔低壓與定量灌漿技術(shù)，有效解決了結(jié)構(gòu)縫鉛直度偏差大、造孔精度難以控制的施工難點(diǎn)。該工程選擇了資質(zhì)齊全、經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)隊(duì)伍，深入分析缺陷產(chǎn)生的原因并研究優(yōu)化處理方案，并在施工過程中及時(shí)調(diào)整與完善施工工藝，值得總結(jié)和推廣。

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