混凝土面板堆石壩面板抬動及修復處理分析

摘要：某抽水蓄能電站下庫面板在施工期遭受極端暴雨天氣，導致面板出現抬動和集中裂縫區域，檢查面板水毀情況，分析其主要成因，結合現場實際地質條件和情況，確定了相關的面板修復措施，面板經過處理后變形及滲流穩定，有效的處理措施和注意事項可供同類工程借鑒。

關鍵詞：混凝土面板堆石壩;變形；裂縫；灌漿

中圖分類號：TV223 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0079-03

Analysis of Panel Lifting and Repair Treatment of Concrete Face Rockfill Dam

ZHANG Jinlai， CHEN Dongrui

（Beijing Corp.， Ltd. of China Water Resources amp; Hydropower Construction Engineering Consulting， Beijing 100024， China）

Abstract： The panel of the lower reservoir of a pumped storage power station was subjected to extreme rainstorm weather during the construction period， which led to the panel lifting and concentrated crack area. Check the panel water damage， analyze its main causes， and determine the relevant panel repair measures in combination with the actual geological conditions and conditions on the site. The panel deformation and seepage stability after treatment， and effective treatment measures and precautions can be used for reference by similar projects.

Keywords： concrete face rockfill dam; deformation; cracks; grouting

混凝土面板堆石壩作為水利工程中一種重要的壩型，具有結構簡單、施工方便、造價低廉、適應性強等優點。然而，混凝土面板堆石壩在運行過程中面臨著多種潛在的風險。面板抬動和集中裂縫區域便是其常見的破壞形式，不僅影響大壩的整體穩定性，還可能導致混凝土結構滲漏、鋼筋銹蝕，嚴重威脅大壩的安全運行。該研究初步分析混凝土面板堆石壩面板抬動的原因，并詳細介紹面板修復處理的措施。

1 工程概況

某抽水蓄能電站地處河南省南召縣馬市坪鄉境內，電站規劃總裝機容量為1 200 MW，安裝4臺300 MW混流可逆式水輪發電機組，水電站額定水頭為510 m。下水庫位于倉房莊村，駱駝頭峽谷出口處，大壩最大壩高為100.9 m，壩軸線長為288.6 m，壩頂寬度為10 m。下水庫正常蓄水位為537.5 m，死水位為510 m，調節庫容為1 203萬m3，總庫容為1 634萬m3。

下庫混凝土面板堆石壩壩頂高程為540.9 m，底部設計高程為440 m。上游壩面設計坡比為1.0∶1.4，混凝土面板共24塊面板。面板混凝土分兩期施工，一期、二期面板相連接的水平縫按施工縫處理，面板不設永久水平縫。混凝土面板堆石壩上游壩面采用翻模固坡砂漿施工，為減少翻模固坡對面板的約束，面板混凝土澆筑前，在翻模固坡砂漿表面噴涂陽離子乳化瀝青“兩油兩砂”。大壩水平趾板部位設置反向排水花管，用于排出施工期壩體內的水，在管口設置逆止閥，在壩前蓋重回填前向上牽引，保證壩內排水，最終采用砂漿進行全管封堵[1-2]。

2 面板抬動情況及原因分析

2.1 面板抬動破壞基本情況

下水庫大壩面板混凝土于2021年5月15日完成澆筑后，經過面板基層聯合檢查，面板在高程464 m以下未發現明顯裂縫，開始啟動大壩表層止水施工，2021年9月24日表層止水施工至高程472 m時，水電站所在區域發生極端暴雨天氣，短時間降雨量超過歷史極值，且河道上游出現暴雨天氣，導致短時間河道洪峰突至，河道洪水夾雜泥沙翻涌至壩前基坑，壩前水位上漲，高程為495.4 m，泥沙淤積高程約16 m，

壩基埋設的滲壓計顯示壩內水位高程為467.7 m。此后在恢復基坑抽排水工作時，為防止反向水壓力破壞面板，控制壩體內外水壓差不大于1.5 m，由監測單位按照每日2次頻率進行觀測，過程控制監測良好。

2021年12月15日壩前水位降排至高程458.8 m時（此時壩內水位高程為460.3 m），巡查發現左MB4面板周邊縫存在成股出水現象，經測量觀測和現場實際勘查，高程為463 m至水面高程區域內面板混凝土出現抬動，法向抬動值在2～10 cm，具體對比數據如圖1所示，且部分周邊縫及垂直縫部位出現面板混凝土擠壓破壞的情況。經現場查看確認，后續采用在面板垂直方向間隔1 m，水平方向交錯布置3列的面板開孔方式排水，盡量減少對面板結構的破壞，以快速降低壩體內水位，控制壩內外水壓差。該方法成效顯著，壩內外水位差得到較好的控制，基坑積水抽排按期完成。在基坑淤泥清理時，考慮到基坑淤泥含水豐富，采用索鏟抓取的方式進行清淤，挖掘機配合出渣車輛進行外運，此清理方式整體進展可靠。基坑清理完成后，對面板各區域進行了聯合檢查，發現面板混凝土產生的主要破壞現象如下：面板抬動且在面板開孔降水后有明顯的回落，垂直縫與周邊縫局部擠壓破壞，在淤泥層附近以上10 m范圍的面板混凝土出現大量橫向裂縫。

2.2 面板破壞原因分析

在壩前基坑抽排水過程中，根據壩外觀測水位和壩基內埋設的滲壓計讀取水位調整抽水泵投入數量，控制壩體內外水位差未超過1.5 m，根據實際監測數據反饋，控制過程均滿足要求，面板破壞情況說明面板實際內水壓力超過壩基滲壓計數值。在面板開孔排水過程中，均在剛穿透面板混凝土且未打透翻模固坡砂漿層時，孔內即開始大量出水，出水澄清，未夾雜細顆粒料，且在高程為458.6 m開的第一個排水孔，連續排水3 d后才停止出水。經分析，面板混凝土施工完成后，大壩填筑料經過降雨浸水，壩體發生一定的沉降變形，相對散粒體的堆石而言，混凝土面板是一個剛性結構物，面板與堆石體是一種非線性接觸關系，二者之間的變形屬于非連續變形，由于混凝土材料與堆石材料性質相差懸殊，其接觸面會出現局部錯動與縫隙。墊層料是過渡區保護下的第二道防滲線，在基坑積水時因表層止水未施工完成，水通過垂直縫、周邊縫缺陷部位及面板混凝土裂縫滲漏進入壩體內部，在壩體內形成了向下游遞減的滲流曲線，在面板混凝土與翻模固坡砂漿之間形成夾層水。其初始水位基本與壩前基坑水位持平，遠高于壩內堆石體水位，在基坑抽排水過程中，夾層水因壩體反向滲流及向基坑排水通道有限或阻塞，水位下降速度小于基坑內抽排水速度，其水位逐漸高于壩前基坑水位，形成較大反向水壓力，導致面板抬動[3-4]。

另一方面，面板混凝土底部被基坑淤泥層約束，形成翹板，從而導致面板中部混凝土受拉應力，隨著面板開孔排出夾層水，面板混凝土又出現回落，因此面板混凝土變形區域出現大量橫向短板裂縫。面板周邊垂直縫與周邊縫出現局部擠壓破壞，其部分原因是面板混凝土施工過程中止水V形槽局部施工尺寸較小，三元乙丙橡膠板未完全將周邊縫面兩側混凝土隔開，其頂部局部存在硬接觸，面板變形過程中兩側混凝土產生了擠壓，導致表面混凝土脫落[5]。

3 面板修復處理措施

現場開展面板開孔降水、面板混凝土下部超聲波脫空檢查、左MB4面板開窗檢查以及左MB3面板裂縫鉆孔取芯驗證等檢查工作。檢查結果顯示：面板下部未見明顯脫空，局部有輕微脫空；左岸周邊縫附近面板抬動最大部位底部銅止水結構完整；面板垂直縫基本不存在錯臺，垂直縫底部銅止水結構完整。面板輕微抬動未對面板本身及底部止水系統造成破壞，所造成的影響均為混凝土表面缺陷。主要處理方案如下。

第一，全面清除壩前淤渣，疏通全部反向排水管，面板垂直縫和周邊縫表止水按原設計要求修復。

第二，面板和趾板裂縫按原設計要求進行處理，其中貫穿性裂縫均需采用化學灌漿處理。高程在453～462 m（原淤泥層頂面附近）為面板裂縫密集區。原設計該部位面板表面為刮涂聚脲封閉，為防止蓄水后面板裂縫發展破壞表層聚脲，在刮涂聚脲與面板混凝土間增加2 mm噴涂橡膠瀝青涂層吸收裂縫變形。即高程在453～462 m的裂縫密集區面板表面采用復合柔性防滲涂層體系（2 mm噴涂橡膠瀝青涂

層+3 mm雙組分刮涂聚脲）進行加強防滲處理。

第三，根據面板下部脫空檢查成果，對面板下部脫空范圍采用灌漿處理，通過在面板垂直面布置鉆孔，穿過固坡砂漿，深入面板下的脫空部位，然后進行無壓灌漿作業。

第四，周邊縫及垂直縫局部范圍存在擠壓破壞，對目前縫面已閉合的混凝土面鑿除處理，縫面需保證填縫材料三元乙丙橡膠板露出。

第五，面板所有開孔均采用環氧砂漿封堵密實。封孔前，先將鉆孔孔壁用鋼絲刷仔細刷洗干凈，然后回填環氧砂漿至孔口。左面板MB4周邊縫附近開窗位置采用環氧混凝土。

4 面板缺陷修復處理及檢查

第一，以地質雷達為主、超聲波三維成像為輔，并結合鉆孔全景數字成像檢測面板混凝土下部脫空情況，對小范圍脫空區域采取無壓灌漿后，現場結合無損檢測結果布置3個孔進行開孔驗證，脫空區域均填充密實，補充灌漿效果良好。

第二，面板密集區裂縫均采取環氧化學灌漿進行封閉，灌漿施工完成后，分區進行壓水質量檢查，經過壓水檢查，灌后透水率小于0.1 Lu，滿足設計技術要求。并隨機抽取測點進行鉆孔取芯，取芯查看芯樣完成，裂縫填充飽滿，說明裂縫化學灌漿效果良好。

第三，面板裂縫密集區采取噴涂橡膠瀝青涂層+雙組分刮涂聚脲的復合柔性防滲涂層體系，在施工前檢查基礎面處理情況，施工過程中檢查噴涂厚度，檢查結果滿足要求。

第四，面板所有開孔在圖上進行標識，逐個排查采用環氧砂漿封堵密實。封孔前，先將鉆孔孔壁用鋼絲刷仔細刷洗干凈，然后回填環氧砂漿至孔口，最終采取聚脲涂刷覆蓋。

第五，面板各區域缺陷處理完成后，組織參建各方進行聯合檢查，確認無誤后進行了壩前蓋重回填，回填前先進行了水平趾板反向排水管牽引，保證排水通暢，同時密切關注壩內水壓力，最終采用水泥砂漿進行封堵。

5 結論

該抽水蓄能電站下水庫混凝土面板按照確定的措施處理了面板缺陷，經過兩年的運行和觀測，整體情況良好，面板內監測儀器和缺陷部位新增的監測儀器數據反饋正常，壩后量水堰前水位穩定，反映下水庫面板缺陷處理方案可靠，達到了預期效果，經過兩年運行和汛期考驗，結構安全穩定。遇到同類問題時，要關注以下問題。一是壩體填筑及面板施工期間必須重視反滲水的措施，保證反向排水管暢通，壩內外水壓力滿足設計標準，提前考慮反向排水管的保護和上引，避免突發狀況基坑淹沒，反向排水管堵塞。二是對于壩前出現積水后，根據現場實際情況和壩內外數據情況，采取面板開孔排水等措施，以達到釋放面板內水壓力的效果，處理完成后注意封堵混凝土質量。三是缺陷處理過程中應注重裂縫的質量檢查，同時注重周邊縫面板和趾板混凝土缺陷的修補，保證V形槽尺寸和柔性填充，預留足夠的變形空間。

參考文獻

1 楊 旭，張小剛.三岔河水電站一期面板反向水壓力破壞處理[J].水電與新能源，2019（9）：4-6.

2 宿 生，李曉偉.面板堆石壩施工期反滲水問題及處理措施研究[J].水利規劃與設計，2018（10）：191-195.

3 何震鋒.黑泉水庫20#面板抬動原因及處理措施[J].農業科技與信息，2012（10）：49-50.

4 張德華，陳恒敬.沙河抽水蓄能電站東副壩面板抬動的處理[J].云南水力發電，2007（2）：70-73.

5 龔家明.沙河電站東副壩混凝土面板抬動原因分析及處理[J].水力發電，2003（5）：14-16.