某面板堆石壩周邊縫滲漏原因及處理

顧永明,周鶴翔

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

1 工程概況

某Ⅰ等大(1)型水電站，總庫容約6.0億m3，電站裝機容量1 500 MW。樞紐大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，布置在主河床。最大壩高約130 m，壩頂高程2 100.00 m高程，壩頂長度約430 m，壩頂頂寬10.0 m，混凝土面板上游壩坡1∶1.4；下游壩坡1∶1.5～1∶1.3，為干砌石護坡，并設有1條“之”字形上壩公路，大壩下游綜合壩坡為1∶1.79，壩頂設有高度為5.8 m的“L”墻與面板相接。由于河谷狹窄，面板壩與電站進水口銜接處及左壩頭溢洪道銜接處分別設有高趾墻與大壩面板相連接。

水庫于2004年首次蓄水，蓄水至2 000.00 m高程左右。運行期庫水位變化不大，主要在2 003.00～2 005.00 m高程變化。

2 周邊縫設計及監測布置

從防滲的角度看，周邊縫是面板壩最薄弱的環節[1]，其止水效果的好壞涉及到大壩的安全，因此周邊縫的止水布設是至關重要的問題。周邊縫系指趾板與面板之間的接縫以及面板與兩岸混凝土擋墻(高趾墻)的接縫。

參照國內外已建工程經驗，結合本工程分析計算的周邊縫變位值，確定周邊縫設計標準為張開20 mm、沉陷40 mm、剪切40 mm。周邊縫寬設為12 mm，底部銅片止水鼻高范圍內局部寬30.0 mm，3道止水，周邊縫縫內充填12 mm厚的瀝青木板。頂部設GB塑性材料，外部用GB三元乙丙復合板保護，縫口設橡膠棒(直徑50 mm)。中部設橡膠止水帶，底部設“F”型止水銅片與面板垂直縫底部銅止水相接，“F”型止水銅片(厚1 mm)鼻高105 mm、鼻寬30 mm、兩翼長200 mm、立腳長80.0 mm，鼻內設?30 mm橡膠棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填，底部設6 mm厚橡膠片和水泥砂漿墊層(20 cm厚，20 cm寬，后接1∶1斜坡)。“F”型止水銅片采用半硬銅，在出廠前需經退火處理。止水銅片的焊接采用雙面黃銅焊。

面板周邊縫采用三向測縫計監測，沿周邊縫布置三向測縫計進行監測，共布置了17套三向測縫計。面板及周邊縫測點布置見圖1。開合度：張開為正，壓縮為負；剪切：左岸相對趾板向下為正，右岸相對趾板向上為正；沉陷：相對趾板向上為正，向下為負。

圖1 面板周邊縫三向測縫計測點布置 單位：m

在較為陡峭的右岸延周邊縫在壩左0+000.00 m至壩左0+080.00 m共布置了8套三向測縫計。測縫計安裝位置見表1。

表1 右岸周邊縫測點位置

此外，在右岸壩左0+050.00 m位置1 921.00 m高程處周邊縫下游布置了1支滲壓計。針對右岸高趾墻施工縫布置了測縫計監測施工縫的變形情況。測縫計布置見圖2。

3 周邊縫監測成果分析

周邊縫特征值統計表見表2。

圖2 右岸高趾墻測縫計測點布置 單位：m

右岸周邊縫共布置7套三向測縫計(JB-3-01～07)，正常觀測的儀器共6套。其中，測點開合度都超過設計標準(20 mm)，剪切變位都在設計標準(40 mm)以內，4個測點沉陷變位超過設計標準(40 mm)。測點最大開合度為3.11 cm，最大剪切變位為-2.56 cm，最大沉陷變位為-7.80 cm。

表2 周邊縫測點特征值統計

河床共布置3套三向測縫計(JB-3-08～10)，正常觀測的儀器有1套測點開合度、剪切和沉陷都在設計標準以內。

左岸周邊縫共布置7套三向測縫計(JB-3-11～17)，正常觀測的儀器共6套(JB-3-11儀器壞)。其中，開合度都在設計標準(20 mm)以內，剪切變位都在設計標準(40 mm)以內，3個測點沉陷變位超過設計標準(40 mm)。測點最大開合度為1.85 cm，最大剪切變位為2.22 cm，最大沉陷變位為-4.62 cm。

右岸高趾墻部位周邊縫變形較大，多個測點變形超過設計標準。變形最大測點變形過程線見圖3。

圖3 周邊縫三向測縫計JB-03-04測點變形過程線

周邊縫后滲壓計分布圖見4，周邊縫后滲壓測點實測水位變化過程見圖5。

圖4 周邊縫后滲壓計測點滲壓水頭分布單位：樁號，m

圖5 趾板后沿周邊縫布置滲壓計滲壓水位過程線

從周邊縫滲壓計測點水頭過程線來看：水庫蓄水時，滲壓計測點滲壓水頭有增大趨勢，之后基本趨于穩定。位于右岸高趾墻上游、壩左0+050.00 m、1 921.00 m高程的PPdb-01測點蓄水后滲壓水頭一直有增大趨勢，最高滲壓水頭1 926.4 m，2011年4月后隨著周邊縫破損處修復后，測點滲壓才有所減小。

右岸高趾墻0+020.00斷面測縫計測點開合度變化見圖6。

圖6 右岸高趾墻0+020.00m斷面測縫計測點開合度過程線

各測縫測點都呈張開狀態，張開主要發生在儀器安裝前期，水庫蓄水后各測點仍有增大趨勢。在2011年前壩后量水堰監測到大壩滲流量在15～20 L/s之間。從周邊縫變形、滲流及右岸高趾墻測縫計監測成果的變化規律可以看出：

(1) 右岸周邊縫變形與滲壓計水位變化在空間分布及時間分布上存在一致性，周邊縫張開變形指標在右岸周邊縫區域均大幅超出了設計值。周邊縫變形導致的防滲結構破壞很可能是導致大壩整體滲流偏大的主要因素。

(2) 左岸邊坡雖然個別測點測縫計高度方向錯動變形稍大于設計值，但滲流監測資料并未顯示該部位周邊縫存在可能的滲漏通道。

(3) 監測資料成果顯示，周邊縫局部滲漏可能是由右岸壩肩周邊縫超限變形引起的。

結合大壩變形資料及右岸高趾墻接縫監測資料分析認為，引起右壩肩高趾墻附近周邊縫變形超限的主要因素來自以下兩方面：

(1) 從壩體變形監測成果來看，面板下部堆石體變形尚未趨于穩定，導致面板會進一步發生變形。

(2) 右岸高趾墻大部分位于庫水位以下，直接測量高趾墻變形較為困難。但從右岸高趾墻施工縫測縫計監測成果來看，測縫計測點變形尚未趨于穩定；另外，右岸高趾墻距5號進水口較近，從5號進水口基礎變形監測成果來看，5號進水口基礎變形仍有較小的增大趨勢。從以上分析可知，右岸高趾墻變形可能尚未趨于穩定。

右岸周邊縫變形是混凝土面板與右岸高趾墻之間的相對變形，面板下部堆石體變形尚未趨于穩定可能是周邊縫變形繼續發展的主要影響因素。

4 水下檢查情況

由于右岸周邊縫變形較大，且水庫蓄水很長一段時間后變形未趨于穩定。在2011年4月3日對混凝土面板堆石壩高趾墻、面板、周邊縫、垂直縫等進行了水下檢查，主要檢查項目有：① 右岸高趾墻與堆石壩面板周邊縫及面板表面裂縫水下檢查與錄像；② 堆石壩面板延伸至2 001.59 m以下的6條面板裂縫檢查(5號、21號、23號、33號、34號、35號面板裂縫)，并選擇典型裂縫測量縫寬、縫深、縫長；③ 檢查堆石壩河床壩段面板壓性縫4條，檢查深度至水下47 m處，壓性縫總長度263 m，檢查面板有無錯動、翹起現象，要求定量測量面板平整度、面板夾角和面板錯動沉陷量值；④ 右岸高趾墻3條施工縫檢查。

水下對面板大部分區域的檢查中，面板的平整度、夾角、錯動、翹起等多項指標均未出現明顯異常，面板裂縫也未出現貫穿情況。

在對堆石壩3號面板周邊縫進行檢查時發現，在高程1 966.82～1 967.72 m處緊挨周邊縫止水材料左側鋼壓條處長約1.5 m混凝土露出粗骨料，最大寬度38 cm，最大翹起5 cm，鋼板尺斜插入33 cm，噴墨水，有較為明顯的吸水現象。如圖7所示。

圖7 3號面板周邊縫缺陷

在3號面板JB-03-04測縫計(1 959.23 m高程)處發現面板裂縫，露出面板粗骨料，裂縫最寬處34 cm。裂縫邊沿長度1.06 m，并延伸入JB-03-04測縫計。裂縫面錯臺高度2.5 cm。鋼板尺從裂縫側向周邊縫止水材料斜插入34 cm，用墨水噴灑，有輕微吸入現象。缺陷如圖8所示。

水下檢查的情況與監測指標揭示的面板各區域運行情況高度一致。因此，可以初步判斷，面板右側周邊縫局部超限變形是引起周邊縫滲漏的主要原因。

圖8 JB-03-04三向測縫計(高程1959.23m)處缺陷

5 處理措施

(1) 1 966.80～1 967.72 m高程混凝土面板缺陷部位淤積物清理

對3號面板缺陷周邊5～6 m范圍淤積物、剝落、脫開的散裝混凝土塊進行清理，直至缺陷部位沒有散裝混凝土塊，邊沿修理整齊，無毛刺；取出混凝土裂縫中封堵的材料，并用細砂紙棉毛巾等清理，直至混凝土面沒有殘留物；按照缺陷部位封閉面積，預先粘接止水蓋片(大止水蓋片、缺陷部位止水蓋片)。

(2) 1 966.82～1 967.72 m高程混凝土面板缺陷第一道止水處理

缺陷第一道止水處理(滲水止水處理)：

第1步,向清理干凈的混凝土面板缺陷縫隙內靠滲透水吸力注入細砂，直至缺陷處沒有流速為止。

第2步,將SR止水材料[2-3]從上至下壓入混凝土缺陷裂縫，直至沒有壓入量為止。用噴墨法檢查混凝土缺陷裂縫有無吸水現象。

第3步,使用水下封邊膠將混凝土面板缺陷表面從周邊縫左側止水鋼條向缺陷左側部位完全抹平，使抹膠后的混凝土缺陷部位平面與混凝土原面板平齊。

第4步,封邊膠涂刷后靜置18～24 h后，在混凝土缺陷面邊沿向外延伸60 cm矩形區域涂刷厚度不小于5 mm底膠，鋪設SR止水材料，形成中間高、周邊低的鼓包，鼓包高度在11～14 cm之間。

第5步,在SR止水材料上部鋪設止水蓋片，蓋片平整地覆蓋在SR止水材料鼓包之上，保證蓋片與SR止水材料之間密實、無空隙。鼓包邊沿止水蓋片與混凝土面板用底膠可靠粘接。

第6步,在蓋片邊緣位置使用底部涂刷底膠的?14錨栓把不銹鋼壓條把緊，并對止水蓋片周邊用膠密封，確保止水蓋片內部處于完全封閉空間。

(3) 1 966.82～1 967.72 m高程混凝土面板缺陷第二道止水處理

為保證周邊縫在一定的變形范圍內仍能有足夠的止水效果，在第一道止水處理的外沿，制作范圍較大的第二道止水，將第一道止水和原周邊縫止水材料包裹起來。先在堆體面涂刷厚度不小于5 mm的底膠，再鋪設SR止水材料，覆蓋住原周邊縫及新處理缺陷的止水蓋片，形成中間高、周邊低的鼓包，鼓包高度在15～18 cm之間。隨后按照第一道止水處理工序對SR材料進行覆蓋及封邊。具體周邊縫面板裂縫修補示意如圖9所示。

圖9 右岸周邊縫面板裂縫修補示意

6 處理后情況

圖10中壩后量水堰反映滲流量數據來看。處理后滲流量有明顯的減小趨勢，滲流量由原來的15～20 L/s減小到5.8 L/s左右，基本恢復到2005年水平，處理效果顯著。

圖10 壩后量水堰滲流量變化過程線

7 總 結

(1) 本案例中面板處理后大壩滲流量的變化可以說明，該周邊縫缺陷正是造成滲流量增大的主要原因，這與利用監測資料及水下檢查成果得出的結論是一致的。

(2) 從防滲的角度看，對于混凝土面板堆石壩，陡峭河岸部位周邊縫是面板壩薄弱的環節，周邊縫滲漏主要是由于右壩肩周邊縫的超限變形引起。

(3) 在本案例中，引起右岸周邊縫變形的部分因素來自其相鄰高趾墻及進水口壩段。周邊縫變形除來自壩體及面板本身外，也可能受到其周邊建筑物的影響。設計中應充分考慮其受附近建筑物影響的可能性，并針對這些建筑物加強變形監測。

(4) 針對面板周邊縫局部破壞，采用SR止水材料進行2次止水修復，方案切實有效，起到預期的防滲效果，值得大范圍推廣。