碾压混凝土筑坝技术虽然成熟,但技术参数控制难度较大,如果出现偏颇将导致致命损失或灾害,因此在筑坝中质量控制尤为重。出现质量问题后拟定可行方案及时处理,减少损失避免灾难的发生。通过施工积累,避免同类事故的再次发生,并有借鉴意义。
关键词水库大坝渗漏灌浆处理安全评估后评价

一、前言
沙坝水电站是乌江一级支流洪渡河干流9个梯级中的第5级,地处贵州省务川县都濡镇,距务川县城9km,距遵义市191km。沙坝水电站以发电为主,兼有养殖、旅游等综合效益,电站装机容量为2×15MW,沙坝水电站大坝坝型为碾压混凝土双曲拱坝,最大坝高87m,水库正常蓄水位615m,总库容9940万m3,为不完全年调节水库。工程枢纽建筑物由碾压混凝土拱坝、坝顶设闸溢洪道、右岸泄洪兼冲沙底孔、下游二道坝、右岸发电引水系统、河岸地面式厂房及厂后露天升压开关站等建筑物组成,见附图1。
沙坝水电站2004年2月导流洞开始施工,2004年10月28日截流,2007年初建成发电。但在蓄水过程中大坝下游出现浸润及渗漏现象。
二、渗漏情况
2006年11月20日,水库蓄水至570m高程时,现场发现了大坝漏水。2006年12月17日,库水位达到586m高程时,坝体586m高程以下坝体中部、冲沙孔附近、561m高程廊道上游面、坝体与基岩接触面等部位,有集中漏水点、射流和面流等,集中漏水点约50余处。其中观测室内的正锤钻孔内、右坝段楼梯梁底部等处漏水较大,561m廊道个别排水孔口出现细小沉积物,所有集中漏水点出现混凝土内析出的白色氢氧化钙。鉴于此,暂停继续下闸蓄水,请相关专家进行了分析评估。
三、渗漏分析
碾压混凝土是一种为满足浇筑强度,实现机械化作业,降低大体积混凝土浇筑,充分增加粉煤灰等活性材料来降低成本的施工方法。在我国现已经成为很成熟的筑坝工艺,得到了广泛的应用。
沙坝水电站在右坝肩建立拌合系统,直接用箱式汽车运输拌合至坝顶集料斗,然后利用岸坡真空溜筒送料,在设计工艺过程中基本都满足浇筑工艺。专家经过对水泥,掺合料,骨料,配合比及浇筑方法的分析,认为该水电站渗漏主由于浇筑方法引起
(1)沙坝水电站碾压混凝土浇筑高峰期正是2006年的夏季,平均气温达到到28℃,这对碾压混凝土VC值影响极大,在运输,场面混凝土摊铺等浇筑过程中没有及时弥补VC值损失,浇筑完成后层间结合差,成为渗水的主通道。
(2)真空溜筒由于在使用过程中筒壁磨损,出现穿孔漏气,失去真空骨料出现自由跌落现象。从EL585m高程以下不渗漏就可以验证(该高程以下一个原因汽车直接入仓,另一个原因是溜筒刚投运,满足真空下料条件)。
(3)上游变态混凝土施工工艺存在一定的问题。变态混凝土是通过注浆管将调制好的水泥浆液浇入碾压混凝土面,经过振捣器振捣,以此来满足防渗。在碾压混凝土浇筑过程中,按照30cm层厚控制,逐层碾压交替上升,但在施工变态混凝土时,一般按照60cm来控制,这样在加入浆液时混凝土就成了过滤网,渗入下层结合面的水泥浆液中水泥含量不足,浆液浓度满足不了求。
(4)由于坝顶宽度6m,坝体整体宽度较窄,铺料,碾压,切缝等工序交替影响,阴阳角部位碾压效果差。
(5)两坝肩与基岩接触面在蓄水后虽已进行接触灌浆,但仍有个别点漏水。
(6)层间结合部位没有及时钻孔检查,过程控制缺乏有效手段。
四、渗漏处理
2008年1月,业主单位委托专业单位进行了坝体混凝土声波检测与大坝坝体取芯、压水试验工作。声波测试检查发现在右坝段出现低波速段18处,溢流面上游低波速段出现12处,低波速段混凝土密实度差,碾压混凝土总体上均匀性较差;在左、右坝肩、4#溢流表孔下游、高程561廊道内取芯情况表明部分岩芯较短,断口多,有少量蜂窝眼,局部孔相互贯通;8个压水试验孔47段透水率数据统计,透水率大于10Lu的试验段有27段,透水率5~10Lu的10段,大于1~5Lu的3段,小于1Lu的7段。大坝安全(温度、裂缝、应力)监测资料表明自下闸蓄水以来,温度发生过两次异常。在2006年11月底至2007年1月初阶段,各高程一次骤降8~13℃;在2007年8月初,572.0m高程段坝体温度异常上升,各断面混凝土内部温度集中在14~18℃左右,平均4天内温度骤然升高约为8℃左右。大坝下游表面渗流观测坝体主漏水发生在左、右坝肩、大坝廊道内和4#溢流面上游范围内。其渗漏状态有多处小射流状态,其他的还有20余处滴水外漏。
前述综合情况表明务川沙坝电站碾压混凝土的渗漏情况属于大面积散浸(面渗漏)、线渗漏和集中渗漏(点渗漏)相混合,面渗和射流并存且水位越高渗漏点越多,渗漏亦越严重,直接影响大坝安全运行,须对碾压砼进行灌浆防渗处理。
4.1灌浆设计
4.1.1钻孔布置
第一组右非溢流段试验区布置二排,上下游排各5个孔、总孔深约300m,2个物探测试孔、2个检查孔,总孔深均为120m左右;第二组溢流坝段▽561灌浆廊道试验区双排布置10个孔,总孔深280m,2个物探测试孔,总孔深60m,2个检查孔,孔深为60m左右。
4.1.2孔排距设计
右非溢流坝段试验双排孔按梅花型布置,孔距分别采用2.0m和3.0m,考虑双曲拱的分布,上游排离大坝上游面1.5m,计算钻孔顶角87o,排距0.2m,灌浆下限为▽564.50m;下游排为垂直孔,灌浆下限为▽560.00m。
溢流坝段廊道内双排孔按梅花型布置,排距1.0m,孔距分别采用2.0m和3.0m,钻孔均为垂直孔,上游排距灌浆廊道上游壁0.7m,钻孔深入基岩1.0m。
先施工上游排,再施工下游排,单排分二序施工,奇数编号的孔作为Ⅰ序孔,偶数编号的孔作为Ⅱ序孔。在灌浆施工前先进行灌前物探测试,物探测试完毕后,再施工后续Ⅰ、Ⅱ序孔。试验孔灌浆完成14天后,施工检查孔,28天后进行灌后物探测试。
4.1.3灌浆压力选择
(1)大坝灌浆压力原则
不能引起混凝土的劈裂而形成新的裂缝和缺陷,甚至引发危险。
混凝土排水条件差,坝体内的水很难排出去,不能采用过稀的浆液,但所灌注的缝隙很窄,应尽可能采用适当压力使浆液灌注到细微的缝隙中密实混凝土。
浆材及浆液可灌性好。
(2)灌浆压力的确定
依据p1=p0mD(1)
式中p1为灌浆压力,MPa;p0为坝体表面允许的压力,MPa;m为灌浆段顶板在灌浆段中每加深1m所允许增加的压力值,MPa/m;D为灌浆段顶板以上岩石厚度(m);计算中p0取值为0.1MPa;根据坝体混凝土的施工质量,选用m值为0.025MPa/m。充分考虑到上覆盖层和侧翼砼厚度,坝顶非溢流坝段和廊道内灌浆压力初拟如下表4.1、4.2所示,实施时根据具体情况再做调整。
(3)灌浆压力与注入率控制
由于灌浆靠近上游面,混凝土厚度一般2~4m,灌浆时特别注意混凝土的抬动,根据灌浆缝面上产生的最大抬动力公式Fmax=VmaxPmax/6t
式中Fmax——最大抬动力;Pmax——最大灌浆压力;Vmax——最大注入量,即平缝中尚未发生沉淀的浆液体积;t——缝宽的一半。

上抬力与最大灌浆压力和最大注入量成正比,而注入量与注入率直接有关,因此为防止上抬力过大而引起砼面抬动,必须严格控制灌浆压力和注入率的组合,当注入率大于25L/min时,必须严密监视上下游面是否漏浆,同时压力应控制在规定范围内。
4.1.4灌浆材料及水灰比
材料的选择按照优先普通硅酸盐水泥,但在细小裂缝发育,出现失水回浓时,改用改性水泥,若改性水泥仍达不到防渗目的,最后采用改性环氧材料灌注的原则进行。
采用水泥材料灌注时,开灌一律采用11浆液开灌,若注入量较大,且长时间不能起压,应在灌注200L后,改浓一级水灰比,依次水灰比为11,0.81,0.61,0.51。
若灌入量小,且为粘滞度过大影响所致,考虑加入适量减水剂,以增加浆液流动度;若因灌浆材料所致,则改用改性水泥或改性环氧材料灌注;若灌入量大且上下游溢流面出现漏浆,则改用双液灌注,掺加速凝剂比例视灌浆情况现场选定。
4.1.5灌浆段长
灌浆孔口段为3m,其余段长为5m。如透水率较少时可适当延长,但不大于10m,透水率较大时,则不宜大于5m。
4.1.6灌浆结束标准
该灌浆段在最大设计压力下,注入率不大于1L/min,继续灌注60min,灌浆即可结束。
4.1.7灌浆孔封孔
封孔采用压力灌浆封孔,段长控制在15~20m,0.51浆液灌注达到栓塞段灌注压力,吸浆量<1L/min,灌注30min结束,完毕后待凝3~5d,待析水后所余空孔段用砂浆回填密实。
4.1.8特殊情况处理
灌浆施工按照DL/5148-2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》进行(主按照帷幕灌浆的求进行施工)。针对沙坝坝体特有的灌浆条件和防渗兼顾补强的双重目的,求灌浆试验施工中做到精细施工,全面收集资料,充分分析不同材料能够解决问题的程度,以此确定后续工程的施工工艺。因此下例特殊情况必须专门处理
(1)冒浆凡发现上、下游面出现冒浆者应立刻封堵,再进行灌浆,若仍难以止浆,再采用双液灌注,待凝2~4h,扫孔复灌至正常结束。
(2)大量吸浆段当灌段出现大量吸浆(超过25L/min,并持续20min以上),应立即查明原因,若因冒浆所致,按冒浆方法处理,若因砼孔隙度大,则按级改变水灰比,并注意灌浆的变化,一旦发现异常,及时进行相应处理。
(3)吸水不吸浆,浆液失水回浓的处理孔段内若出现浆液失水回浓情况,若改换新浆灌注后,仍无效果,则改用改性水泥灌注,同样改性水泥仍不能解决问题,则改用改性环氧材料灌注,依序渐次进行确保达到止漏效果。
五、处理后效果
经过防渗处理后,大坝漏水量明显减小。监测资料分析得出结论如下
(1)渗漏水量有明显减小,但左、右坝肩下游坝面、572.0m高程下游面、底孔侧墙,4#、5#溢流面牛腿下部等位置渗漏点依然存在,且随库水位升高,各漏水点渗漏量有增大趋势。
(2)实测资料显示,坝体混凝土温度与气温密切相关,但右坝肩545.0~575.0m高程段及左坝肩565.0~575.0m高程段仍存在低温集中现象,这与巡视检查发现该位置存在渗水或湿润现象较为吻合。
(3)渗压计实测资料显示,坝基防渗帷幕及排水效果较好。量水堰估测廊道渗漏水量随库水位的升高有小量的增加,最大渗水量约为0.57L/s。
(4)坝肩接触缝与坝体诱导缝工作状态稳定。
(5)坝踵位置应变计均表现为压应变。
(6)挠度观测显示,在水位613.4m时,实测拱冠断面573m高程向下游位移量达12.08mm,超过575.0m高程原设计计算值11.8mm;坝顶、573.00m高程实测值插值计算603.0m高程下游位移13.89mm,小于该高程原设计仿真分析成果15.89mm。随气温升高,573m~603m高程段拱弧下游位移量较前期相同水位下有所减小,但坝体径向变形573m高程实测值超过原设计计算值,需密切关注库水位的变化情况。
六、安全评定结论
(1)通过线弹性分析计算,模拟了环境温度变化过程和水位变化情况,将坝体顺河向变位与监测值相对照,反演分析了坝体混凝土弹性模量和基岩弹性模量,混凝土弹性模量取23.3Gpa,地基弹性模量分区域分别取15~18GPa时,计算值和观测值吻合较好,其中基岩弹性模量大于设计值,混凝土弹性模量小于设计值。

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