趙山渡引水工程泄洪閘防滲補強加固設計

沈貴華

（浙江省水利水電勘測設計院 杭州 310 002）

1 工程概況

趙山渡引水工程是以供水、灌溉為主，兼顧發電的綜合利用水利工程，由引水樞紐工程和輸水渠系工程兩部分組成。引水樞紐工程水庫總庫容3414萬m3，電站裝機容量20MW；輸水渠系工程設計引水流量36m3/s，加大引水流量39m3/s，輸水干渠總長62km，年供水總量7.3億m3。

引水樞紐位于溫州市瑞安龍湖鎮西北的趙山渡，距溫州市87km，距瑞安市41km。主要建筑物由右岸混凝土重力壩、右岸河床式電站廠房、泄洪閘、左岸混凝土重力壩等組成。16孔泄洪閘布置在河床中間部位，總寬度 257.9m，每孔凈寬 12m，總凈寬 192m。泄洪閘自上游至下游由上游護坦、閘室、消力池、下游護坦、海漫及拋石防沖槽等組成。閘室均為單孔獨立縫墩式結構，溢流堰與閘墩整體連接，閘基礎坐落于密實砂礫卵石地基或經碾壓處理的砂礫卵石地基上。

泄洪閘閘室段上游布置防滲系統，通過上游護坦將混凝土防滲墻和閘室連接。閘址基礎采用封閉式混凝土防滲墻防滲，防滲墻位于上游護坦上游側，其兩端分別與電站廠房和重力壩基礎防滲帷幕相連接，并結合止水系統共同形成整個引水樞紐工程的防滲體系。防滲墻水下混凝土墻身厚 0.8m，墻底嵌入弱風化基巖至少 0.5m，墻體最深50.7m。防滲墻混凝土設計指標為：抗壓強度≥10MPa，抗拉強度≥1MPa，彈性模量≤1.6×104MPa，抗滲標號≥S6。防滲墻頂部1.5m高度范圍為現澆200#鋼筋混凝土頭部，水下混凝土防滲墻11.2m高度范圍墻內布置有鋼筋籠，并要求頂部質量較差部分至少須鑿除 0.5m后再澆筑頭部。防滲墻與上游護坦的連接，采用頭部和上游護坦間設伸縮沉降縫，縫內設紫銅片和橡膠止水帶2道止水，經上游護坦縫內的水平止水帶與閘室水平止水帶相連，在各閘室縫墩內靠上游端分別設置垂直向紫銅片和橡膠止水帶與水平止水形成封閉系統。

2 泄洪閘運行狀況及初步補強處理

2.1 泄洪閘運行狀況

趙山渡引水樞紐工程于1998年7月正式開工，2002年 7月 2期工程完工，引水樞紐整體投入蓄水運行。工程自投入運行以來，泄洪閘相繼出現了多個閘墩下游伸縮縫異常滲漏水現象，尤其淺灘區閘段更為嚴重。2004年底首先發現個別閘墩下游伸縮縫有滲水潮濕現象，2006年底多個閘墩下游伸縮縫出現明顯漏水，到 2007年底發展為個別伸縮縫出現射流狀嚴重漏水，說明泄洪閘防滲止水系統已破壞失效，必須進行加固補強處理。

2.2 泄洪閘防滲止水系統初步補強處理

泄洪閘整個防滲止水系統是由防滲墻、上游護坦水平止水、閘墩縫垂直止水組成的封閉系統。由于系統大部分處于水下，而趙山渡引水工程又因承擔溫州和瑞安的城市供水任務無法放低水位檢修，難于查找判斷滲漏點的具體部位。故檢查、補強加固工作按照先易后難，先水上后水下逐步逼近封閉的辦法進行。即先水上處理閘墩垂直止水，如有效則完成處理，如效果不明顯則繼續查找處理上游護坦水平止水，如還不能消除異常滲漏則最后檢查處理難度最大的防滲墻。

2008年 1月對 3#與 4#、6#與 7#閘室之間閘墩伸縮縫 2道垂直止水間采用騎縫化學灌漿阻滲塞方案進行處理，即在閘頂兩道垂直止水之間鉆垂直騎縫孔，用速凝化灌材料注入騎縫鉆孔中，形成阻滲塞止水。該方案實施后，滲漏點、滲漏量均未見明顯變化，并發現化灌材料從閘室下游及上游冒出現象。因此該修補方案不再繼續實施，決定做進一步的后續檢查。

2008年2～3月對泄洪閘進行水下攝像和水下噴墨（高錳酸鉀溶劑）檢查后發現：泄洪閘17個閘墩中有10個閘墩伸縮縫上游側存在不同程度的吸水滲漏；淺灘區防滲墻上游側與混凝土保護體之間分縫內幾乎整條存在比較明顯的滲漏；主槽區上游護坦伸縮縫存在多處明顯滲漏。檢查結果顯示，防滲止水系統已部分失效，但分縫間變形是微小且均勻的，不會造成止水帶拉裂。泄洪閘位移監測也顯示滲漏未對閘基正常變形造成影響。

2008年6月至2009年4月，對泄洪閘淺灘區上游永久縫縫面采用 LW 雙組份灌漿材料和SX防滲模塊進行水下防滲補強處理，處理的部位為防滲墻頭部和頂部伸縮縫、閘前護坦與防滲墻間水平伸縮縫、閘前護坦間水平伸縮縫、閘前護坦與閘室間水平伸縮縫、閘墩上游面豎直伸縮縫。泄洪閘淺灘區上游永久縫表面防滲補強處理后，經噴墨檢測，處理部位表面均已不存在吸水滲漏問題，但泄洪閘基底滲透壓力基本沒有變化，閘墩下游側伸縮縫漏水沒有明顯改善，表明泄洪閘仍然存在滲漏通道。

2009年5～7月，對泄洪閘防滲墻進行了鉆孔取芯、孔內攝像和地震波CT檢測，檢測結果顯示防滲墻存在局部團狀低速區，表明局部混凝土有缺陷。

泄洪閘防滲止水系統由防滲墻和新修補的泄洪閘上游永久縫縫面止水結構共同組成。新修補的止水結構施工后均進行了檢測，不存在滲漏問題，故可以判斷，泄洪閘防滲墻存在滲漏通道。有必要對泄洪閘防滲墻進行補強加固處理。

3 防滲墻補強加固處理

泄洪閘防滲墻補強加固的目的是修補原防滲墻缺陷，降低泄洪閘基底滲透壓力，防止砂卵石地基滲透變形，滿足現行規范下的滲透穩定要求，并使閘墩下游伸縮縫滲漏量明顯減少，確保工程安全運行。

3.1 防滲墻所在河床地層情況

（1）河床覆蓋層上部為第四系全新統沖積砂礫卵石層，松散－稍密，粒徑以3～12cm為主，含有漂石，直徑20～40cm，本層厚度為5～15m，屬于強透水層，滲透系數K=55～359m/d。

（2）河床覆蓋層下部為第四系上更新統沖積含泥砂礫卵石層，稍密－中密，泥質膠結，粒徑以3～10cm為主，部分礫卵石呈全強風化，泥含量小于 10%，含有漂石，直徑 20～40cm。本層屬于弱透水層，滲透系數K=0.8～3.91m/d（局部含泥量較低段K=5.8～21.7m/d）。

（3）含泥砂礫卵石層下部為強弱風化巖，屬于弱－微弱透水層。

3.2 防滲墻補強加固方案

根據地質條件及泄洪閘、防滲墻結構型式，經多方案比選確定采用在原防滲墻上游側的水下砂卵石層內新設帷幕灌漿的補強加固方案，封閉混凝土防滲墻上可能存在的滲漏缺陷，從而延長該部位滲徑，降低閘基滲透壓力和滲透坡降。該方案的優點是：符合防滲體盡量靠上游側的原則；補強加固過程中相對較易確認滲漏通道位置；對防滲墻可能存在的缺陷補強作用較大。缺點是：由于強透水砂卵石石層厚，表層又有近3m厚的人工拋石，較難成孔，灌漿過程中漏漿不易控制，漿液存留難度大。

3.2.1 補強加固處理范圍

根據泄洪閘的基底滲透壓力監測成果及泄洪閘滲漏情況的檢查結果，對原防滲墻上游側新設帷幕灌漿補強加固的范圍為1#－7#閘孔（位于淺灘區）。根據工程地質資料，補強加固帷幕灌漿深度定為防滲墻頭部以下20m（該高程以下范圍基本已為弱透水層）。考慮到工程本身采用防滲墻作為垂直防滲，補強加固帷幕灌漿是針對防滲墻可能存在的缺陷而實施，因此對帷幕厚度未作具體要求。在補強加固處理過程中，要求加強對泄洪閘基底滲透壓力與下游閘墩分縫處滲漏情況的監測，并根據監測情況，及時調整補強加固的范圍。

3.2.2 灌漿孔位布置及灌漿材料

參照砂卵石層中設置帷幕的經驗，一般布置1～2排灌漿孔。針對本工程補強加固的特點，在原防滲墻上游側設2排灌漿孔，第1排灌漿孔軸線距防滲墻上游面 1.4m；第 2排灌漿孔軸線距防滲墻上游面 0.4m。灌漿孔為垂直孔，孔距2m，按 3個次序進行加密施工，要求孔底最大偏差值小于孔間距。灌漿過程中，若第1排灌漿孔的灌漿效果能達到處理目標，則不再進行第2排灌漿；若第 2排的灌漿效果仍達不到處理目標，可考慮在相應部位布置灌漿孔進行加密。

灌漿材料采用單液水泥漿、水泥－水玻璃孔口混合雙液漿、特種水泥漿液等材料。水泥為425#普通硅酸鹽水泥，水玻璃M值2.4～3.4，波美度 30～45。特種水泥主要構成為還原性特制硫鋁酸鹽水泥，配聚丙烯酰胺絮凝劑。

3.2.3 灌漿施工方法

灌漿方式為純壓式，采用自下而上法灌漿。一次鉆孔至設計深度后以每2m為一個灌漿段自孔底開始灌漿，一段灌漿完畢后進行上一個 2m段灌漿，直至孔口。

灌漿壓力以低位選擇較高壓力、高位選擇較低壓力的原則，后序孔比先序孔壓力稍大。低灌漿壓力以可注入為控制標準，按0.1～0.3MPa控制，高灌漿壓力控制在1MPa以內。

灌漿結束標準，以灌漿壓力條件下灌入量小于 3L/min為終止該段灌漿的標準，如實際施工時注漿量較大，可按注漿耗灰量 2t/m為結束標準進行控制。

要求灌漿施工時先采用水泥漿單液灌注，當水泥漿注入量接近 2t/m耗灰量而灌漿壓力仍低于設計控制范圍時，再使用水泥－水玻璃雙液灌漿，對個別滲漏量較大的部位可增加灌注特種水泥。通過以多種灌漿材料交替灌漿的方式，來解決本工程水下強透水砂卵石層和滲漏動水條件下灌注漿液的存留問題，使防滲墻滲漏封堵灌漿得以在正常工作水頭下完成。防滲墻補強加固已于2010年1～6月實施完成。

4 防滲補強加固效果分析

補強加固灌漿過程中及結束后的灌漿效果，可通過對泄洪閘基底滲透壓力變化、閘墩伸縮縫下游面滲漏水變化等情況分析判斷獲得。經復核計算，要求基底滲透壓力水頭（滲透壓力觀測孔位于閘墩上游端頭部）折減系數小于0.6即可滿足閘基滲透穩定要求。

防滲墻補強加固實施前后泄洪閘基底滲透壓力變化見表1。

從表1中可以看出，實施防滲墻補強加固后泄洪閘基底滲透壓力下降明顯，滲透壓力水頭折減系數均<0.3，滿足閘基滲透穩定要求。同時，泄洪閘閘墩伸縮縫下游面已看不到滲漏現象。由此說明，防滲墻補強加固達到了預期效果，整個泄洪閘防滲系統的補強加固是成功的。

5 結論

（1）檢查和補強加固工作采用先易后難、先水上后水下逐步逼近封閉的方法是正確的，有利于逐步查清滲漏原因，徹底消除安全隱患。

（2）防滲墻補強加固設計采用墻前灌漿封堵方案合理有效。采取多種灌漿材料交替灌漿方式可確保水下強透水砂卵石層和滲漏動水條件下的漿液存留，從而實現正常工作水頭下的防滲墻滲漏封堵。

表1 防滲墻補強加固前后泄洪閘基底滲透壓力變化表

（3）經補強加固處理后，閘墩伸縮縫滲漏水現象消除，基底滲透壓力降至合理范圍，泄洪閘已處安全運行狀態。

1 浙江省水利水電勘測設計院.浙江省溫州市趙山渡引水樞紐泄洪閘防滲墻補強加固設計報告. 2009.

2 溫州市珊溪水利樞紐管理局. 趙山渡引水樞紐泄洪閘防滲補強加固完工驗收報告. 2010.