馬堵山水電站壩體和壩基防滲補強處理分析

田一畝

（廣東省水利電力勘測設計研究院 廣東 廣州 510170）

1 引言

水利工程中最為重要的問題之一就是壩基和壩體的滲漏問題，它是決定工程成敗的最主要因素。因此，對水利工程壩基和壩體進行必要的防滲處理是必不可少的環節[1,2]。目前水利工程中防滲的指導思想基本遵循“上堵下排”的原則，采用帷幕等防滲措施堵水而采用排水孔等措施及時排水[3,4]。目前眾多已建工程防滲系統存在某些缺陷，對現有防滲系統的補強處理成為一個常見問題。馬堵山水電站一期蓄水后，壩基滲漏量較大、部分測壓孔水頭也較大，這對工程是不利的，有必要分析產生上述問題的原因并采取相應的處理措施。

2 工程概況和問題的提出

云南省紅河馬堵山水電站工程位于紅河干流下游紅河州的個舊市金平縣境內。該工程是壩式開發的水電工程，工程任務以發電為主，為發展供水、庫區航運創造條件。水庫總庫容5.51億m3，調節庫容2.6億m3，具有不完全年調節性能。電站裝機容量288MW，設計年發電量13.14億kW·h。工程總投資22.37億元。它是紅河干流12級開發方案中的第10個梯級。工程總投資21.17億元，工程總工期47個月。

本工程設計有較為完善的防滲系統，壩基在進行固結灌漿的前提下，進行系統的防滲帷幕設計，并且在壩基和壩體中均設置完善的排水孔，部分帷幕布置見表1。經過一期蓄水后驗收發現，本工程壩基巖體破碎、微裂隙發育、無明顯的相對隔水層。初期蓄水后，壩基滲漏量大，部分測壓孔水頭較大。根據初期監測成果，設計調整了排水孔深度，但效果不明顯。因此有必要在二期蓄水之前進行必要的防滲措施的補強加固處理。

3 壩基帷幕灌漿設計和施工

3.1 灌漿基本設計要求

帷幕灌漿設計基本指標要求為透水率q≤1Lu。帷幕灌漿孔孔徑不宜小于46mm，檢查孔終孔直徑不應小于100mm。鉆孔灌漿分段一般以5m為宜，巖石條件較好時，孔段長度最大可延長至8m一段，巖石很破碎漏水大的部位孔段長小于5m。帷幕灌漿材料主要采用32.5或以上普通硅酸鹽水泥。水泥細度的要求為：通過80μm方空篩的篩余量不應大于5%。灌漿用水可采用清潔不渾濁且無顯著酸性反應的天然河水，灌漿漿液應由稀至濃逐級變換。帷幕灌漿壓力在帷幕孔頂段取1.0～1.5倍壩前靜水頭，在孔底段取2～3倍壩前靜水頭，但不得抬動巖體。

3.2 帷幕灌漿參數的確定

3.2.1 單位注入量分析

不同試驗段灌漿注入量對比分析結果如下：未采用濕磨機的10#壩段，Ⅰ序孔單位注入量為6.38kg/m；Ⅱ序孔單位注入量為49.80kg/m；Ⅲ序孔單位注入量為44.75kg/m；Ⅱ序孔比Ⅰ序孔單位注入量遞減53.37%，遞減規律明顯。采用濕磨機的11#壩段，Ⅰ序孔單位注入量為135.57 kg/m（比未磨細增加了59.19 kg/m）；Ⅱ序孔單位注入量為74.33kg/m（比未磨細增加了 24.53kg/m）；Ⅲ序孔單位注入量為49.66kg/m（比未磨細增加了4.91kg/m）；Ⅱ序孔比Ⅰ序孔單位注入量遞減82.39%，遞減規律明顯。上述對比試驗結果說明，采用濕磨工藝后大大改善了基巖的吃漿效果，有利于提高帷幕的質量，說明水泥漿的細度對該部位的灌漿效果有一定的影響作用。

3.2.2 壓水試驗成果分析

根據鉆孔取芯揭示，該部位巖石完整性較差，裂隙發育但張開度不大。試驗孔灌前壓水試驗同樣表明了這一特點，除個別孔段無法加壓，透水率無法計算，其余均在100Lu以內，可計算的段數平均6.77Lu。

從檢查孔壓水試驗成果表可以得出j1＃孔段透水率大于1Lu；j2＃孔雙排帷幕內各段透水率小于1Lu，但副帷幕以下的孔段亦均大于1Lu。因此孔距2.0m不能達到設計防滲要求，而孔距1.5m亦只有雙排帷幕內大部分孔段能達到設計防滲要求。從11#壩段灌漿廊道壓水試驗成果表可以得出，兩個檢查孔各段透水率在雙排帷幕內均小于1Lu可以滿足設計防滲要求，副帷幕底高程以下檢查孔均有1個孔段的透水率未達到小于1Lu的設計標準（分別為1.12Lu、1.4Lu）。帷幕灌漿試驗成果顯示，采用孔距2.0m，水泥細度為通過80μm方孔篩余量不大于5%，未能達到設計防滲要求，為此過程實際決定采用孔距1.5m，排拒0.75m，水泥細度為通過40μm方孔篩余量不大于5%的濕磨細水泥。

表1 大壩壩基帷幕灌漿分布

表2 部分帷幕補強灌漿施工統計表

表3 補強措施及結果對比表

3.3 帷幕灌漿施工設計

沖孔采用脈沖沖洗的方法，沖洗壓力一般為本段灌漿壓力值的80%，沖洗直至回水澄清，并延續10min結束，總沖洗時間不少于20min。采用小口徑鉆孔、孔口封閉、自上而下分段灌漿法。漿液變換的要求及灌漿漿液的濃度，遵循由稀到濃的原則，逐級改變。各建基高程的主帷幕灌漿壓力不同，建基高程為117m～154m的防滲主帷幕最大設計灌漿壓力為3MPa，建基高程為154m～222.5m的主帷幕最大設計灌漿壓力為2MPa。在設計壓力下時，如灌漿段吸漿量小于0.4L/min，繼續灌注60min，即結束灌漿。封孔材料為水灰比0.5∶1的水泥漿。

4 壩體和壩基補強帷幕灌漿的設計和施工

4.1 補強措施的設計與施工

工程初期蓄水后，發現壩基滲漏量大，部分測壓孔水頭較大。建議在水庫二期蓄水過程中采用必要的處理措施，對此馬堵山水電站運行及參建單位針對蓄水安全鑒定的建議，先后開展了帷幕灌漿質量復核、排水孔改造工作，結合大壩現已正常蓄水發電，上下游水位差較大、下游廊道帷幕未封閉、壩基廊道滲水特點等情況，采取先封閉下游廊道帷幕軸線再進行帷幕加密的方法進行滲水處理施工。

4.1.1 排水孔改造

蓄水后，發現排水孔滲漏量較大，討論分析認為，原排水孔穿過固結灌漿深度范圍相對較深，可以減小入巖深度以減小壩基排水量。后設計修改為：封堵原設計排水孔，在原排水孔孔間重新造孔。新排水孔孔徑為Φ75mm，孔斜下游10°，3m間距布置，孔深不超過該部位固結灌漿深度（實際深度控制在10m左右）。河床壩段新排水孔最低底高程為110m，固結灌漿孔最深底高程為104m，新排水孔最低底高程高于固結灌漿孔最深底高程6m。原設計排水孔封堵、修改后排水孔施工完成后，從壩內滲漏量來看：排水孔改造前壩內滲漏總量40.7L/s與改造后壩內滲漏總量35.7L/s相比，有較明顯減少趨勢，且滲漏分布均勻。

4.1.2 壩體帷幕補強

分別對6#壩段壩體帷幕22孔、5#、6#壩段壩體結構縫補強4孔、6#、7#壩段結構縫補強8孔進行補強灌漿。注漿總進尺2111.5m，水泥用量98.0t。根據灌漿后的結果可知，實施前6#壩段161m高程灌漿廊道內的三個壩體排水孔孔出水量分別為 0.4L/s，0.28 L/s，1.8 L/s，且壩后坡混凝土水平施工縫有滲水濕印。實施后三個壩體排水孔無明顯水流，該段壩體滲透量基本為零，且壩后坡沒有滲水濕印。表明本次壩體補強處理達到預期效果。

4.1.3 壩基帷幕補強

壩基補強施工順序如下：10#壩段原副帷幕試驗段加密灌漿施工，然后8#、12#下游廊道帷幕軸線封閉施工，之后8#～11#壩段上游主帷幕加密灌漿施工，最后對3#～7#壩段、12#～14#壩段局部滲水處采用局部處理方案（在排水較大的孔位對應上游面帷幕軸線上進行加密或加深灌漿）。部分帷幕補強灌漿施工統計表見表2。

4.2 補強措施效果的檢驗

經過以上改進處理，馬堵山水電站壩體及壩基滲水得到很好改善，2014年8月20日后，經觀測，排水廊道集水井匯入量為6L/s～7L/s，滿足壩體安全穩定要求。另外還進行了壓水試驗，壓水試驗共布設四個孔，9#和12#壩段各兩個，壓水試驗孔徑為75mm，自上而下分段進行，分段長度為2.0m。壓水試驗采用單點法，逐級加壓。共進行壓水試驗154段次，壓水試驗最小透水率為0.00585Lu，最大透水率為1.092Lu，小于1.0Lu的153段次，占99.4%，從壓水試驗結果可以看出補強后整體抗滲性能較好。補強措施前后結果對比表見表3。

5 結語

本文結合馬堵山一期蓄水后，壩基滲漏量大、部分測壓孔水頭較大的不利情況，分析產生上述問題的原因并有針對性的進行壩基及壩體帷幕灌漿補強、排水孔改造等工作。經過以上改進處理，馬堵山水電站壩體及壩基滲水得到很好改善，有效地處理后滿足壩體安全運行的要求。陜西水利

[1]劉加龍.巖石地基防滲帷幕設計關鍵問題探討[J].廣西水利水電,2014,(1):37-43.

[2]盧曉剛.山口水庫壩基防滲分析 [J].水利科技與經濟,2014,20(6):95-97.

[3]潘建冬.馬堵山水電站進水塔設計 [J].甘肅水利水電技術,2005,41(4):356-358.

[4]曾禮成.馬堵山水電站固結灌漿試驗與分析[J].科技風,2010,(2).