水電站大壩橫縫漏水的處理

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一、工程概述
    高壩洲水電站位于湖北宜都市境內(nèi)，是清江干流開發(fā)三個梯級中最下游的一個梯級電站，上距隔河巖水電站50 km，下距河口12 km.樞紐主要建筑物有電站建筑物、擋泄水建筑物、消能建筑物及垂直升船機。大壩為砼重力壩，最大壩高57m，壩頂▽83.00m，壩頂全長439.5m，共分23個壩段，其中9～11壩段為深孔泄流壩段。電站廠房安裝三臺發(fā)電機組，單機容量84MW，總裝機252MW，年平均發(fā)電量8.98億Kwh。高壩洲水電站正常蓄水位▽80.00m，死水位▽78.00m，水庫總庫容4.863億m3，調(diào)節(jié)庫容0.537億m3.壩址區(qū)出露的主要巖層為白云巖、泥質(zhì)白云巖及灰?guī)r。壩基巖體中斷層、層間剪切帶經(jīng)過灌漿處理后，防滲及固結(jié)效果較好。
    該工程于1996年10月開工，1999年6月通過初期蓄水驗收，水庫蓄水至▽61.0M左右；2000年三月，除在建的升船機工程以外，樞紐工程基本完成；2000年4月，通過蓄水前驗收；2000年4月30日，水庫正式下閘蓄水。
    2001年初，發(fā)現(xiàn)大壩10-11壩段與11-12壩段閘墩墩尾橫縫漏水。建設(shè)單位對此很重視，多次召集設(shè)計監(jiān)理和施工單位人員察看現(xiàn)場，討論研究檢查處理方案、聘請國家電力公司華東勘測設(shè)計研究院材料研究所專家進行技術(shù)咨詢，并組織有關(guān)人員考察了遼寧參窩水庫大壩橫縫滲漏處理方案。
    二、大壩滲漏處理方案的探討與確定
    1、滲漏檢查與原因分析2001年3月，根據(jù)會議討論意見，設(shè)計布置了四個Φ75mm斜穿縫面的檢查孔，其中檢1#、檢3#在壩頂▽83m，檢2#、檢4#在墩尾？62m平臺。五月又做了大量的補充檢查及嵌縫工作，并在頂壩▽83m增布檢5#～檢8#4個檢查孔。嵌縫檢查。
    通過大量的檢查工作，初步分析判斷：
    ①閘室砼無明顯砼裂縫；
    ②壩體廊道內(nèi)檢查，固結(jié)、帷幕防滲效果較好，排水孔出水量較小，小于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，壩體砼與基巖膠接是好的。通過基巖層面和裂隙向橫縫滲漏的可能性不大。
    ③根據(jù)檢測資料分析，橫縫漏水的原因，極有可能是壩體橫縫兩道止水片局部破損，導(dǎo)致止水失效或兩道止水片附近砼澆筑不密實而發(fā)生繞滲。
    2、處理方案的提出與選擇通過兩個多月的檢查摸索和原因分析，提出了以下五種處理方案：
    ①斜穿縫面鉆孔化灌方案：該方案是對有外漏的部位進行鑿槽貼橡皮，用環(huán)氧嵌縫阻漿；利用已有的斜穿縫面的檢查孔作為灌漿孔，并在壩頂▽83M和墩尾▽62M平臺增布斜穿縫面且高程不同的灌漿孔灌DH-814聚氨酯快速堵漏膠。該方案的優(yōu)點是采用化學(xué)灌漿工藝，操作簡便；缺點是全縫面灌注，壩體橫縫可能失去伸縮作用；堵漏效果不一定可靠；還可能由于灌漿壓力，導(dǎo)致閘墩結(jié)構(gòu)的破壞。
    ②騎縫化學(xué)阻滲塞方案：首先在壩頂止水片下游近處鉆垂直騎縫孔，利用已有的嵌縫措施阻水，降低縫面滲流速度，用速凝化灌材料注入騎縫鉆孔中，形成阻滲塞止水。該方案優(yōu)點是只灌鉆孔，施工工藝簡單；減少通過縫面流失的漿量，處理造價低；缺點是鉆孔精度要求較高，一旦發(fā)生偏離，則難以保證阻水效果。
    ③上游橫縫水下灌漿：利用水下施工技術(shù)，在上游面橫縫鑿槽嵌縫，粘貼一層防滲材料，并埋設(shè)灌漿管，對止水片到上游面的橫縫區(qū)域灌化學(xué)材料，形成一道新的止水帶，聯(lián)合阻止庫水進入橫縫。該方案直接有效，有較強的針對性，缺點是：上游面鑿槽粘貼，必須清挖直至基巖，水下施工工作量大；工藝復(fù)雜；水下作業(yè)質(zhì)量難以保證；處理成本較高；且本工程上游面至止水片距離較長，灌漿工作量大。
    ④泥青灌注樁止水：泥青灌注止水法，簡單地說就是先將瀝青改性加熱至200o～230oC使之成為流動狀態(tài)，用一雙層保溫管將熱瀝青送至孔內(nèi)，形成止水瀝青柱。該方法直觀、堵漏效果好。缺點：操作工藝復(fù)雜，尤其是在水溫較低的動水條件下，難以保證孔內(nèi)溫度不低于170℃；其次是施工安全問題突出；三是隨著熱瀝青液面上升，保溫管不斷上提，拆卸困難；會產(chǎn)生段與段之間不連續(xù)現(xiàn)象；四是處理造價高。
    ⑤放空水庫，鑿槽嵌縫止水法：該方法是放空水庫，在橫縫處清淤，對全縫鑿槽、嵌縫、表面粘貼防滲材料。優(yōu)點是堵漏止水可靠，缺點是減少發(fā)電經(jīng)濟損失大，處理造價高。
    開始處理時，按第一方案，在10-11壩段橫縫實施，并已鉆了部分灌漿孔，同時研究第二方案。隨著檢查工作的深入，建設(shè)公司分析研究了國內(nèi)外相關(guān)工程實例和資料，從技術(shù)、經(jīng)濟的角度反復(fù)比較論證，最后停止第一方案施工，改用第二方案，即騎縫化學(xué)阻滲塞方案。
    采用化學(xué)阻滲塞方案，首先應(yīng)確定騎縫位置及孔徑。高壩洲水電站大壩每道橫縫均設(shè)有兩道止水片，兩道止水片之間的距離為0.4m或0.6m.鉆孔位置選擇有兩種，一是選在兩道止水片之間，考慮到止水片安裝出現(xiàn)偏差或鉆孔偏斜，則會對止水片造成進一步破損，且由于止水片在垂直面呈折線布置，鉆孔無法深入基巖，故被放棄；二是選在止水片下游近處，不會傷及止水片。其次是確定孔徑，孔徑過小，由于砼施工中橫縫出現(xiàn)左右偏移，不能保證鉆孔騎縫效果和阻滲塞的有效厚度；孔徑過大，會增大造價。經(jīng)分析，確定在止水片下游0.5m和2.0m處的橫縫上布置φ219mm垂直騎縫鉆孔。為保證鉆孔高精度的孔斜率，選定湖南中南巖土工程有限公司。該隊伍正是在三峽工程中負責(zé)倒垂孔施工的，具有倒垂孔施工經(jīng)驗。
    三、堵漏材料選擇與實驗處理方案確定后，堵漏材料的選用就是該方案的關(guān)鍵技術(shù)問題?；瘜W(xué)阻滲塞應(yīng)具備四個主要性能：一是具有膨脹性，保證阻滲塞塞緊塞牢；二是能適應(yīng)伸縮縫反復(fù)開合變形，具有一定的彈性和柔韌性；三是能在水中快速凝固，不被滲流水沖蝕帶走；四是固結(jié)體的抗?jié)B性能滿足設(shè)計防滲要求。根據(jù)這些要求，顯然只有水溶性彈性聚氨酯材料可供選擇，其他如水泥、環(huán)氧等干縮性材料均不合適。設(shè)計單位推薦采用DH-814聚氨酯快速堵漏膠基本符合設(shè)計提出的上述四種主要性能要求，且在葛洲壩工程以及本工程砼裂縫處理與堵漏施工中均采用過。
    凝膠時間幾十秒～數(shù)十分鐘固結(jié)全抗分流 0.3Mpa24小時不滲水
    為了減少漿液流失降低造價，改進固結(jié)體質(zhì)量，選取合適的凝膠時間，我們做了多次現(xiàn)場實驗：一是確定凝膠時間，二是摻粘土粉試驗，試驗證明摻10～15%的粘土粉后所形成的復(fù)合材料，凝膠時間可縮短為15～20分鐘，而且不沉淀，不離析，遇水后還可改善膨脹特性。通過上述試驗準(zhǔn)備，為堵漏灌漿順利形成阻滲塞打下了良好基礎(chǔ)。
    四、鉆孔灌漿工藝與施工化學(xué)阻滲塞是用普通鉆孔灌漿工藝來實現(xiàn)的。
    其施工工序：開孔→埋孔口管→鉆孔→測斜→打撈孔底殘留物→鉆孔驗收→注水試驗→孔內(nèi)電視→灌漿→檢查→封孔等。孔斜率按要求達到孔深的1‰。11-12壩段橫縫的灌1#與灌2#孔均鉆到廊道頂部以上0.5m終孔，孔深40.5m，相應(yīng)高程為42.5m，距建基面10.5m；10-11壩段橫縫的灌1#與灌2#孔深入基巖0.7m，孔深52.7m.實際鉆孔偏斜率<0.5‰，最大絕對偏差值僅2.5cm.鉆孔邊緣距橫縫最小距離>5cm，造孔質(zhì)量完全滿足設(shè)計要求。鉆孔驗收后進行簡易注水試驗和孔內(nèi)電視，了解漏水量大小和滲漏位置；根據(jù)滲漏量大小確定漿材的凝膠時間和備漿量。因灌漿孔是騎縫一次造孔，所以灌漿采用全孔自流式注入法，即把灌漿皮管插入孔底，以漿趕水，迂水固化；注漿時隨著漿面的上升，提升皮管，始終保持皮管出口在漿面以下2～4m左右，讓自由發(fā)泡區(qū)段與漿面同時上升，從而保證漿柱充填飽滿密實和整體連續(xù)。為此，施工中采取了以下幾條主要措施：
    ①灌漿前對機械設(shè)備進行檢查維修保養(yǎng)，并用水試灌，在確無機械故障和管道暢通時，方可開灌；
    ②灌前作好材料凝膠時間試驗工作。測定水溫（一般在16oC左右）、氣溫（一般在30℃～35℃左右）等；檢測粘土粉細度及計算配比；量具、量杯、泵稱、攪拌器具等，準(zhǔn)備齊全。
    兩條橫縫共鉆四個騎縫孔，造孔進尺186.4m。處理分兩次進行，第一次是在2001年8-9月分別對兩條橫縫的下游側(cè)的鉆孔（2#）進行灌注。11～12壩段2#孔采用DH-814純漿液灌注，10-11壩段2#孔采用DH-814摻10-15%粘土粉灌注。灌漿結(jié)束后15天，對11-12壩段2#打一斜穿灌2#孔的檢查孔，孔徑為Φ168mm，孔深20.50m，相應(yīng)高程為62.50m，進行注水檢查，注水率為116.5L/min，并對檢查孔進行灌漿，漿材中摻入10%的粘土粉；灌漿結(jié)束3天后，又對檢查孔掃孔，再次做簡易注水試驗，注水率為51L/min，接著進行復(fù)灌封孔。同時進行芯樣觀察：發(fā)泡區(qū)從上到下呈漸變狀態(tài)，越下越密實，固化膠結(jié)越好，固化體剛性較大，浸水膨脹甚小。
    第一次處理兩個灌2#孔 ，灌漿進尺93.2m，灌入漿材7122kg.11-12壩段檢1#孔深20.50m，灌入漿材1008kg.灌漿結(jié)束50天后，對縫面漏水量進行測定。
    通過注水試驗與灌后滲漏量變化觀測，發(fā)現(xiàn)鉆孔注水時，縫面張開，漏水量明顯增大，灌漿時也是如此；待注水、灌漿結(jié)束若干天后，漏水量開始逐漸減少。原因可能是一方面壩體恢復(fù)彈性變形比較緩慢，縫面逐漸閉合有一時間過程，
    由于庫水溫度較低，灌漿材料在孔內(nèi)凝膠固化速度、凝固體膨脹速度較緩慢。
    五、第二次處理2002年元月，由于溫度下降，壩體、段縮，縫面斷開，原縫面滲水最有所增加，11-12壩段漏量最大達到43 L/min.據(jù)分析，可能采用的DH814聚氨酯快速堵漏膠剛性較大，彈性不足，遇水膨脹性能較差，阻滲塞不能適應(yīng)縫的伸縮變形的原因。因此，在2002年元月3日，對兩個壩段1#孔改用華東勘測設(shè)計研究院生產(chǎn)的LW-Ⅱ型水溶性聚胺酯材料灌注，灌注工藝與原先的基本相同，灌后約10分鐘，縫面基本停止漏水，取得了良好的堵漏效果。
    注：實際灌漿處理時可能需要添加固化劑等助劑，性能指標(biāo)略有變化。
    六、結(jié)語
    高壩洲水電站10-12壩段兩條橫縫漏水處理工作于2002年3月全部結(jié)束，經(jīng)第一次處理滲漏量由原來的180L/min，減少到1 L/min以下。第二次處理后，已經(jīng)基本不漏，防滲效果明顯，選用滲縫化段阻滲塞方案是成功的。
    采用騎縫孔處理大壩橫縫漏水的方法，在其他工程已有先例，但由于高壩洲工程大壩漏水的橫縫結(jié)構(gòu)特殊，處理較為復(fù)雜，只有采用彈性較好的材料才能達到更好效果，采用LW-Ⅱ型水溶性聚氨酯材料處理大壩伸縮縫的滲漏比DH814聚氨酯快速堵漏膠更為合適。