某面板堆石滲漏原因分析

王 永 李 海

中國水利水電第三工程局有限公司

面板堆石壩滲漏成因復雜，而壩體預沉降時間不足是造成面板變形過大、防滲系統破壞的主要因素。文中結合某一具體工程出現的問題及原因進行分析，供類似工程參考。

概述

工程概況

某面板堆石壩大壩水庫為水電梯級規劃的“龍頭”水庫，規劃有三個梯級水電站，多年調節，混合式開發。水庫正常蓄水位3300.00m，相應庫容為2.36 億m3；死水位3240.00m，死庫容1986 萬m3；水庫調節庫容約2.2億m3，具有多年調節性能。大壩按1 級建筑物設計。

大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高135.80m，壩頂高程EL3305.80m，頂寬12m，上游坡1：1.4，下游坡分別為1：1.45、1：1.5。上游EL3235.00m 高程下設鋪蓋和堆石壓重體。壩體填筑總量為303 萬m3。

主要節點工期

2009年12月24日，大壩填筑至3262m；

2010年4月14日～8月31日，一期面板施工（3170～3259m）；

2010年9月28日，一期下閘蓄水（利用放空洞控制水庫蓄水水位）；

2011年2月10日，大壩填筑至3303.3m（預留沉降超高30cm）；

2011年4月13日～6月29日，二期面板施工（3259～3303m）；

2011年6月29日，二期蓄水；

2012年7月底，發現大壩滲漏異常；

2012年10月25日，大壩蓄水至水庫設計正常蓄水水位3300.0m；

2013年5月6日，通過發電泄水至3238.6m，同時檢查處理面板；

2013年6月25日，缺陷處理完成，開始蓄水。

蓄、放水過程及量水堰滲漏量情況

2010年9月28日大壩一期下閘蓄水。2011年6月29日開始二期蓄水。

2012年9月29日，水位自3297.6m 高程繼續蓄水，至2012年10月25日，大壩蓄水至水庫設計正常蓄水水位3300.0m，其后通過發電流量庫水位不斷降低，至2013年4月30日到3238.50m。

大壩滲漏量與庫水位存在正相關的關系。工程庫水位與滲漏量關系見表1，大壩堰內滲漏量與庫水位變化曲線見圖1。在量水堰未投入運營前2012年3月份人工檢測滲漏量約為350L/s，2013年1月16日庫水位3290.98m時滲漏量最大為1982L/s，2013年4月7日庫水位3259.00m 時，滲漏量為零。

采取的主要檢查方法

圖1 大壩堰內滲漏量與庫水位變化曲線圖

表1 時間—庫水位—滲漏量關系表

為確切查明滲漏的主要原因，制訂針對性的堵漏措施，特采取了多種綜合性檢查手段。第一階段的檢查方法主要包括：宏觀肉眼直接檢查庫水位以上面板、壩頂防浪墻、壩頂公路、壩后漿砌石邊坡變形情況；大壩混凝土面板地質雷達脫空檢測；偽隨機流場法探測入水點；設計、監理、施工和監測資料分析等。第二階段的檢查方法主要包括：宏觀肉眼直接檢查庫水位降低以后露出的面板變形情況；帷幕鉆孔檢查；一二期施工縫、周邊縫破壞性窗口檢查；面板鉆孔脫空檢查等。由于第一階段的檢查是在水庫高水位狀態下進行且因監測儀器破壞資料不完整，缺乏直接證據或證據不足，最終專家組未能形成統一意見。隨著發電用水庫水位降低，面板不斷露出，結合工程結構實體的質量檢查，通過研究庫水位與量水堰的流量關系，壩體變形破壞情況和滲漏部位逐漸明晰。

壩體變形破壞情況

大壩在蓄水后大壩面板發生變形、裂縫等一系列問題，主要有以下幾個方面：

接縫擠壓破壞：水庫在高水位運行期間，15#～16#面板等板間垂直縫兩側表層混凝土出現擠壓剪切破壞；

接縫表層止水缺陷：水位以上面板接縫的表層止水可見明顯的安裝缺陷，表層蓋板與面板混凝土之間沒有粘貼封閉；

面板裂縫：部分面板水面以上發現有表面裂縫；一、二期面板施工縫發生錯臺，一期面板相對二期面板向上游移動，總長度198m，兩側混凝土擠壓破壞范圍較大，根據鑿除后的檢查窗口觀察鋼筋已經變形呈“Z”字型，二期面板下部脫空16cm，上部一期面板混凝土或下部二期混凝土在剪切作用下被切割成三角形塊體體，整條施工縫為水平狀。

原因分析

2012年6～7月份蓄水速度過快（蓄水速度見表2），這樣容易造成面板上下變形不協調，壩體沉降過程中，面板變形和應力未有效釋放，造成面板局部表面裂縫和起鼓。

2012年7月1日至7月17日庫水位抬高速度最快，17 天時間上升了11.8m，平均水位上升速度為0.69m/d，最大水位上升速度0.71 m/d。）

表2 大壩蓄水過程統計表（部分）

由于該壩在2008年開始施工，執行的是DL/T5128-2001 規范，而新規范DL/T5128-2009 對堆石體的預沉降期及超高首次提出要求，這是行業認識的局限。

二期面板混凝土澆筑是在大壩填筑至設計高程3303m后的61 天就開始施工，違反了現行規范“預沉降期宜為3～6 個月”的要求；同時，一期面板混凝土澆筑時壩體填筑平臺與面板施工縫的高差僅有3m，不滿足施工規范“預超高至少5m”的要求，延遲了下部堆石體的變形周期。

上述兩原因致使面板沒有避開變形高峰期，造成壩體變形大，進而引起面板分縫間引起擠壓破壞、拉伸破壞，裂縫增加，面板一、二期施工縫的斷裂破壞，產生大量漏水。

驗收程序：該工程在二期蓄水鑒定意見中提出“水電站已具備EL3292.00m 以下水位水庫蓄水及機組動態調試的條件”，庫水位在EL3295.m 時，滲漏量只有109L/s，符合同類壩型滲漏要求。而此后水位繼續上升，超過了二期蓄水驗收規定，造成大壩應力未充分釋放，使大壩后期造成嚴重破壞。

這兩次大的滲漏突變主要是面板破壞引起的，原因如下：

1）從后期檢查的灌漿資料分析，帷幕灌漿不合格突變有三處，EL3275、3254、3230～3245，在第一次升蓄水過程中，水位在EL3296.5 以下時滲水量與同類壩型基本一致，出現滲水異常后，第一次降水過程中，當水位降落到EL3275 時，量水堰處滲漏量未發生突變，說明帷幕灌漿不是造成量水嚴重滲漏的主要原因；當水位降低至EL3259.56（EL3259 一、二面板分縫位置，分縫位置面板已明顯破壞）時，滲漏量幾乎等于零，此時距帷幕灌漿不合格段（EL3254）及不起壓段（EL3230），分別有5m 和29m 的水頭，如果帷幕灌漿是主要滲漏通道，滲漏量不會如此小。

2）第一次蓄水，水位在較高時，滲漏量忽大忽小，說明結構破壞是分批發生的，而墊層料具有自愈性，使滲量減小，如果帷幕灌漿是主要滲漏通道，它在短時內不會有自愈性，從而不會引起滲漏量的降低。

3）從第二次蓄水（缺陷處理后）過程分析，第二次蓄水滲漏量均超過相應水位時第一次蓄水時的滲漏量（表1）。帷幕灌漿如為滲漏的主要原因，它經過二次灌漿處理后，巖石更完整，滲漏會比量第一次蓄水時變減小，就不會出現增大的問題。

主要的治理措施

治理措施

面板水平施工縫錯臺處理：鑿除破損混凝土，修復變形的鋼筋，新修補混凝土頂部與原面板混凝土灌漿，表面用GB 板及聚脲柔性防護涂層處理。

面板垂直縫拱起及錯臺處理：檢查修復破損銅止水，分縫處放置兩層1cm 橡膠板，深度至銅止水立鼻以上5cm，表面用GB 板密封處理。

面板脫空處理：由下而上用水泥粉煤灰漿液處理。

對面板裂縫及表面止水缺陷進行處理。

處理結果

針對缺陷采用以上措施處理完成后，業主、監理組織了專項驗收會并通過了驗收。經過2013年汛期蓄水檢驗，蓄水最大高程3290.24m，相應壩后滲漏量0.365m3/s，在國內同類壩型，屬于正常水平。

結語

對于中低壩施工面板前壩體可不留預沉降期，在浙江溪口抽水蓄能電站（上下庫）、浙江云和沙鋪礱電站大壩均未留預沉降期，但對于高壩來說，雖然規范對預沉降期未做強制規定，但當蓄水工期與面板施工期相矛盾時，如要提前施工面板，需進行論證，采取一定的措施。

面板垂直縫（擠壓縫），縫內填充材料厚度及深度應留有一定的余地，防止出現壩體沉降過大對面板壓性縫兩側混凝土造成擠壓剪切破壞，并加劇面板脫空。

面板是壩體唯一的防滲體，而它又較薄，水平施工縫僅做常規鑿毛及折線處理，對防滲來說顯得過于簡單，應在其縫處鋪設一道表面止水系統，增加水平施工縫抗滲漏能力。

嚴格按照驗收規定執行。在蓄水過程中業主為了多發電，超過了二期蓄水驗收規定，造成大壩應力未充分釋放，會導致大壩后期造成嚴重破壞，增加處理的難度和費用。