三岔河水電站一期面板反向水壓力破壞處理

楊 旭，張小剛(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051)

三岔河電站位于云南省保山市騰沖縣猴橋鎮，為檳榔江梯級的龍頭水庫，為二等大(2)型工程。工程采用混合式開發，開發任務以發電為主，電站裝機容量3×24 MW，水庫正常蓄水位1 895 m，總庫容2.74億m3，具有年調節性能。壩址區場地的地震基本烈度為Ⅷ度，基準期50年超越概率10%基巖場地水平加速度峰值為0.19g。

大壩為混凝土面板堆石壩[1-2]，最大壩高94 m，趾板建基面高程1 806 m，壩頂高程1 900 m，壩頂長331 m，壩頂寬度8 m；壩體上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.6及1∶1.4[3]；大壩壩體分區從上游至下游依次為墊層區(2A區)、過渡區(3A區)、上游堆石料區(3B)、下游堆石料區(3C)和下游排水堆石料區(3D)，面板上游為鋪蓋區(1A)及蓋重區(1B)。大壩總填筑方量約160萬m3。

大壩混凝土面板按12 m間距分縫[4]，共有面板25塊，其中河床部位面板編號為10～13號；混凝土面板厚度采用頂部向底部增厚的形式[5]，頂部厚度0.3 m，底部厚度為0.62 m。面板混凝土強度等級C25，抗滲等級不低于W12，抗凍等級不低于F100，水灰比不大于0.5，塌落度3～7 cm；水泥采用GB175-85“硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥”，二級配混凝土，摻15%～25%的Ⅰ級粉煤灰[6]和聚丙烯纖維0.9 kg/m3。混凝土面板采用雙層雙向配筋，每向配筋率0.4%。

1 面板破壞的發生

大壩混凝土面板分兩期施工，一期面板施工高程為1 807～1 860 m；大壩一期面板于2015-04-01日開始澆筑，5月17日全部澆筑完成。6月11日前業主、監理及施工單位對面板進行巡視檢查，均未發現任何異常。6月11日～6月23日，工程區發生持續強降雨，河道水位大幅上漲。6月24日降雨減小，施工方準備面板表層止水施工，對河床趾板段壩前積水進行抽排，抽排后發現12號面板與河床趾板交接處有抬動變形錯位現象，見圖1，經測量右側(靠13號面板)抬動6 cm，左側(靠11號面板)抬動4 cm，且右側拐角及12號面板底部周邊縫有反向滲水溢出，其流量在0.3 L/s左右；6月24日后陸續發現12、13、14號面板有裂縫產生，均為水平向貫穿性裂縫[7]，其中12號面板有5條，13號面板有2條，14號面板有3條，裂縫分布高程為1 820～1 836 m。

圖1 12號面板上抬破壞照片

2 原因分析

大壩于2013-11-26日開始填筑，2014-09-20日大壩整體填筑至1 860 m高程，大壩一期面板于2015-04-01日開始澆筑。大壩一期填筑完成至一期面板開始澆筑，大壩壩體沉降時間超過6個月；澆筑一期面板前大壩各項監測數據表明，大壩沉降已趨于收斂；因此可基本排除大壩壩體變形導致面板破壞的可能性。

經參建各方討論分析，面板破壞的主要原因：河床段面板高程較低，布置于河床部位的反向排水管封堵[8]時間過早，在尚未進行壩前蓋重料回填壓重前，遭遇持續強降雨導致下游河道水位大幅上漲，面板上下游形成反向水頭差過大，在反向水壓力[9]的作用下，導致面板發生抬動錯位等破壞。

3 處理方案

基于處理方案應不致對工程及工期造成較大影響，處理方案分為兩步：一期處理方案和二期處理方案。

3.1 一期處理方案

12號面板發生抬動錯位，底部接縫多處有滲水溢出，且滲水量隨水下游水位降低呈逐漸減小趨勢；由于面板后反向水壓力得以釋放，面板暫時處于安全狀態。一期處理方案主要處理破壞最為嚴重的12號面板，并根據12號面板部分鑿除后的揭露的情況進一步制定處理方案。

具體方案：根據12號面板抬動位移情況，確定對12號面板底部范圍變形部位進行鑿除，為保證后期新老混凝土縫面良好接合，要求鑿除部位的縫面型式為“楔型”縫面。面板鑿除時，順坡向上下兩層鋼筋須保留長度1 m以上，以確保新老面板混凝土結合面形成的施工縫，鋼筋過縫。為避免下部面板鑿除可能會造成上部面板向下滑動的不利影響，面板鑿除分左右各半幅分期施工。在鑿除前首先從面板中間位置切割，然后按左、右兩側各6 m(各一幅)寬來處理，按要求處理完一幅，面板混凝土滿足強度要求后，再進行另一幅施工。

3.2 二期處理方案

2015年7月，12號面板底部右半幅(靠13號面板側)鑿除后，見圖2，揭露的情況為：擠壓邊墻坡面往壩前有輕微抬動變形；12號與13號面板交接處的銅止水T型接頭左側周邊縫有撕裂滲水點，在焊縫左側3 cm處有一長20 cm的撕破口，周邊縫F型銅止水發生錯動變形；垂直縫W型銅止水完好，未發生明顯變形，但下部4 m范圍止水與13號面板脫空0～2 cm；距13號面板T型接頭3.3 m和6 m處周邊縫銅止水鼻子處各有一砂眼滲水點。

圖2 12號面板底部破壞照片

2015年8月，12號面板底部左半幅(靠11號面板側)鑿除后，揭露的情況為：擠壓邊墻坡面往壩前有輕微抬動變形；垂直縫W型銅止水完好，未發生明顯變形，但下部4 m范圍止水鼻子與11號面板脫空0～2 cm；距11號面板T型接頭0.11 m及1.1 m處周邊縫銅止水各有一砂眼滲水點，1.35 m處周邊縫銅止水翼緣有長約1 cm裂縫。

2015年8月，對一期面板進行脫空檢測，檢測總面積約11 854 m2。檢測成果為：第11、12、13號面板底部(河床趾板)以上斜長2 m范圍內存在脫空或不密實現象。

根據12號下部面板鑿除后揭露的具體情況及裂縫、面板脫空檢測成果，二期處理具體方案如下。

1)修復破損銅止水，重新澆筑12號面板混凝土(鑿除段)。

2)對12號面板(鑿除段)底部破壞的墊層料進行清除，并用特殊墊層料重新補填分層夯實。

3)裂縫處理意見：≥0.2 mm裂縫采用化學灌漿處理，表層增加防滲蓋片封閉；<0.2 mm裂縫表層增加防滲蓋片封閉。

4)對面板脫空部位進行回填灌漿處理。

4 處理效果

面板處理于2015年10月施工完成，工程于2015年11月下閘蓄水(一期)，12月首臺機組投產發電；在完成大壩二期填筑及面板澆筑后，2016年汛期，水庫蓄水至正常蓄水位1 895 m高程。

本工程面板堆石壩建成蓄水后3年，量水堰實測最大滲流量為11.2 L/s，大壩各項監測指標正常，證明針對面板破壞采取的處理方案是可靠的。

5 結 語

混凝土面板堆石壩河床段面板底部高程，一般低于下游壩基高程。由于墊層料的滲透系數較小，為半透水性，地形的高差使水流通過壩體滲透到壩基內，在壩前形成反向水壓力；另外面板施工時壩前基坑抽水也有可能形成反向水壓力。一旦反向水壓力增大到墊層坡面無法承受的程度，超過墊層容許破壞比降時，即會導致墊層坡面被反向水壓破壞或者面板抬動、擠壓等破壞。

根據天生橋一級混凝土面板堆石壩的試驗成果表明：當面板澆筑前，出現反向滲壓情況下，水平寬度3 m的墊層，能承受的反向水頭僅有3.6～4.2 m，超過即有可能產生管涌破壞[10]。根據國內外面板堆石壩發生墊層或面板破壞的案例顯示，破壞發生時，面板上下游反向水頭差多在3.5～5 m。因此，施工期面板上下游反向水壓力對面板堆石壩的不利影響應引起參建各方的充分重視，建議如下。

1)壩體施工期必須采取有效的壩體排水和減壓措施，以降低反向水壓對墊層或面板的破壞，排水高程應在不影響表層止水等的施工前提下，布設高程應盡可能降低。尤其對河床段趾板高程與后部壩基高差較大、河床坡降較小、壩基排水[11]不暢的工程，應予以高度重視。

2)施工期反向排水管的封堵時機應合理選擇。面板澆筑后，須待面板混凝土達到一定強度后方能進行面板表層止水的施工，在此期間尚不能進行壩前鋪蓋及蓋重的施工，鋪蓋及蓋重對面板和壩體的壩前土壓力尚不能形成，因此反向排水管的封堵應選擇在面板表層止水施工完成以后進行封堵，封堵后應立即進行壩前鋪蓋及蓋重的施工，迅速對面板和壩體形成反壓；同時，封堵時宜避開強降雨天氣，停止大壩施工用水并加大大壩下游的抽排水力度。