白市大壩廊道滲漏量資料分析與安全評價

張玉平，李清華，王 得，劉 效

（湖南五凌電力科技有限公司大壩監測中心，長沙410004）

白市水電站位于貴州省黔東南苗族侗族自治州天柱縣境內， 清水江下游河段， 壩址距天柱縣縣城30km。 工程以發電為主，兼有航運等綜合利用效益。壩址以上流域面積16530km2， 占清水江流城面積的93.8%，多年平均年徑流量為114.8億m3。 水庫校核洪水位302.18m， 設計洪水位300.40m， 正常蓄水位300.00m，死水位294.00m，總庫容6.87億m3，具有季調節性能。 電站總裝機容量420MW（3×140MW）。

本工程屬Ⅱ等大（2）型工程，樞紐工程有擋水建筑物、 泄水建筑物、 引水發電建筑物及通航建筑物等，主要建筑物為2級，設計洪水重現期100年，校核洪水重現期1000年。

攔河壩為碾壓混凝土重力壩，由泄水壩段、廠房引水壩段、升船機壩段和左、右岸擋水壩段組成。 大壩壩頂高程304.50m，最大壩高68m，壩頂長512m，共分為23個壩段，從右岸至左岸分別為：1#～5#右岸擋水壩段、6#～8#廠房引水壩段、9#～15#泄水壩段、16#升船機壩段、17#～23#左岸擋水壩段。

泄水建筑物為壩頂6孔開敞式泄洪表孔，堰頂高程281.00m，孔口尺寸17.0m×19.0m（寬×高），堰型為WES型實用堰，弧形閘門控制，采用寬尾墩加消力池聯合消能。

引水建筑物主要包括電站進水口、 壩后背管及壓力鋼管等，進水口底板高程267.00m，壩后背管采用下游壩面淺埋式壓力鋼管，直徑9m。

發電廠房為壩后式， 廠房內安裝3臺單機容量為140MW的水輪發電機組。 通航建筑物按Ⅶ級航道，50t級規模設計，采用垂直吊升船機型式。 2013年2月27日下閘蓄水，2013年4月3臺機組全部并網發電。

1 壩體裂縫成因回顧

1.1 主要壩段壩體裂縫情況

主體土建工程恢復施工以來，混凝土中出現了較多裂縫，主要集中在8#～12#壩段。 2010年3 月3日，業主組織建設方召開了裂縫處理專題會，對裂縫的成因進行了分析，認為大壩出現裂縫的主要原因包括：混凝土養護不到位、保溫措施落實不徹底、混凝土層間間歇時間過長、 混凝土澆筑入倉強度不夠、震搗不密實、倉面澆筑時間過長、混凝土骨料中含泥量超標等。 制定的大壩裂縫預防措施包括：混凝土養護必須到位，保溫應及時，按規范要求執行；混凝土層間間歇時間控制在7～10d； 嚴格控制原材料及混凝土的生產質量； 加大混凝土澆筑的入倉強度，縮短混凝土澆筑的時間，防止冷縫的產生；改進施工工藝，完善混凝土澆筑手段；6#～15#壩段混凝土添加防裂劑。

經過這次裂縫處理專題會后， 能嚴格按照上述裂縫預防措施施工的大壩混凝土， 基本沒有出現裂縫， 但仍存在少量因裂縫預防措施不到位的壩段混凝土出現裂縫情況。

2 蓄水后壩體部分缺陷處理情況

2.1 壩體滲水量較大處理情況分析

白市水電站水庫蓄水后壩體滲水量較大， 蓄水至291m高程時，最大總滲漏量99.3L/s。根據水下攝像檢查資料及現場檢查情況分析， 壩體滲漏范圍主要分布在結構縫、層間縫、蓄水前未處理的裂縫及蜂窩麻面等處， 初步分析認為滲水原因主要是大壩結構縫止水局部失效、 迎水面2m常態混凝土局部振搗不密實、 滲水經碾壓混凝土層間縫滲漏至壩體排水孔及廊道缺陷所致。經多次專題討論研究，認為目前滲漏水相對較大，但未影響大壩的安全運行，采取的主要處理方案包括：

2.2 分段壩段水泥灌漿處理情況

2#～5#壩段、16#～22#壩段壩頂開孔， 鉆孔至基巖面， 孔位位于壩0+002.000處， 自上而下分段水泥灌漿。

2.3 廠房、溢流壩段水泥灌漿處理位置

6#～8#廠房壩段、9#～15#溢流壩段在檢查廊道（高程260m）鉆孔至灌漿廊道頂部進行水泥灌漿。

2.4 壩前結構縫部位聚氨酯化學漿液處理部位

壩前結構縫部位蓋片封堵、壩頂止水銅片后鉆孔灌注化學漿液形成“膨脹漿塞”，廊道及壩后灌注LW+HK-9105聚氨酯化學漿液封閉。

2.5 恢復堵塞的壩體滲漏量情況

壩體滲漏處理于2013年3月開始進行，2013年10月水泥灌漿完成，2014年3月處理全部完成。 經處理后滲漏量明顯減小，總滲漏量自動化測值為6.1L/s。

3 特征壩段基巖變形分析

3.1 17#壩段壩趾基巖測點分析

17#壩段壩趾基巖測點過程線如圖1。

圖1 17#壩段壩趾基巖測點過程線

由圖1可知，M1-2點基巖開合度的變化是隨水溫情況變化，水溫升高，開合度變小，水溫降低，開合度變大。其中2019年3月份，水溫創歷史新低，開合度幅度變化也是最大。

17#壩段壩趾基巖測點與庫水溫變化特征值統計如表1。

表1 17#壩段壩趾基巖測點與庫水溫變化特征值統計

3.2 10#壩段壩趾M3-2基巖測點分析

2015年1月蓄水運行后隨著水位升高，受庫水壓力作用，壩踵基巖壓縮量略有減小，壩趾基巖壓縮略有增大。 目前各監測部位基巖變形除M3-2測點外基本表現為壓縮變形，變形量不大。 但M3-2測點呈緩慢壓縮趨勢，未趨于收斂，沒有出現異常變化。

10#壩段壩趾M3-2基巖測點過程線如圖2。

圖2 10#壩段壩趾M3-2基巖測點過程線

10#壩段壩趾M3-2基巖測點與庫水溫變化特征值統計如表2。

表2 10#壩段壩趾M3-2基巖測點與庫水溫變化特征值統計

3.3 廠房2#機基礎部位M4-3測點分析

由各監測壩段帷幕后測壓管水位可知，蓄水以來，測壓管水位基本與上游水位呈正相關變化， 低溫高水位下無異常增大現象。結合基巖變形監測成果，可認為目前這些壩段壩踵基巖未出現與帷幕相通的裂縫。

廠房2#機基礎部位M4-3測點過程線如圖3。

圖3 廠房2#機基礎部位M4-3測點過程線

壩后廠房2#機基礎部位M4-3測點與庫水位變化特征值統計如表3。

表3 壩后廠房2#機基礎部位M4-3測點與庫水位變化特征值統計

自2015年1月蓄水運行后隨著水位升高，受庫水壓力作用，壩踵基巖壓縮量略有減小，壩趾基巖壓縮略有增大。 廠房2#機基礎部位，當前前各監測部位基巖變形除M4-3測點外基本表現為壓縮變形，變形量不大。 但M4-3測點呈緩慢壓縮趨勢，未趨于收斂，其原因為天氣氣溫開始回升，導致壩體溫度上升，壩段間閉合，滲漏水開始減少。

4 特征壩段橫縫變化情況

4.1 部分壩段橫縫變化分析

15#～16#、16#～17#壩段255.0m高程橫縫在溫度影響下表現為“溫升開合度減小，溫降開合度增大”的變化規律，無論是歷史還當前接縫處于張開狀況，縫寬總體穩定，如圖4。

圖4 部分壩段橫縫過程線

部分壩段橫縫與庫水溫變化特征值統計如表4。

表4 部分壩段橫縫與庫水溫變化特征值統計

4.2 壩段帷幕后測壓管運行情況

由各監測壩段帷幕后測壓管水位可知， 蓄水以來，測壓管水位基本與上游水位呈正相關變化，低溫高水位下無異常增大現象。 結合基巖變形監測成果，可認為目前這些壩段壩踵基巖未出現與帷幕相通的裂縫。

5 大壩廊道滲水量變化分析

5.1 廊道量水堰監測點設計分布情況

2019年9月前， 有WE-1，WE-2，WE-3，WE-4等4個測點，WE-1和WE-2測點分布在14#壩段兩條排水溝通往積水池的兩端，監測范圍（檢查廊道的滲水、壩基排水孔排水、大壩廊道壩體滲水）；其中WE-3、WE-4消力池廊道兩側， 兩個測點滲漏總量很小。2019年9月，對壩體14#壩段，上游側排水溝在通過技改，10月開始WE-5、WE-6測點開始運行， 對壩體滲漏針對壩體滲漏水量監測，其測點數據可靠，運行穩定。

5.2 消力池廊道滲漏量跟庫水溫變化關聯

消力池廊道滲漏量與庫水溫變化過程線如圖5。

圖5 消力池廊道滲漏量與庫水溫變化過程線

消力池廊道排水溝監測點WE-3、WE-4， 其中WE-3測點滲漏量歷史最大值0.81L/s， 對應時間為2019-03-14，最小值0.09 L/s，對應時間為2019-11-17；WE-4測點滲漏量歷史最大值0.34L/s，對應時間為2016-02-06， 最小值0.05L/s， 對應時間為2019-06-28。 庫水溫歷史最高：22.9 ℃， 對應時間2014-09-19；庫水溫歷史最小值：9.9 ℃，對應時間2019-03-07；由圖5可知，兩個測點滲漏水量跟庫水溫相關性很強，水溫下降，滲漏水量變大，庫水溫升高，滲漏水量變小。

大壩消力池廊道滲漏量跟庫水溫變化特征值統計如表5。

表5 大壩消力池廊道滲漏量跟庫水溫變化特征值統計

5.3 壩體、壩基滲漏量跟庫水溫變化具體情況

壩基滲漏量總量與庫水溫變化過程線如圖6。

圖6 壩基滲漏量總量與庫水溫變化過程線

大壩壩基WE-1和WE-2滲漏量與庫水溫變化過程線如圖7。

圖7 大壩壩基WE-1和WE-2滲漏量與庫水溫變化過程線

由圖6和圖7可知， 滲漏量與庫水溫相關性很強，2019年3月7日，出現歷史庫水溫最低值：9.9 ℃，滲漏量創歷史最大值：17.38L/s， 對應時間：2019-01-26。

壩體、 壩基滲漏量與庫水溫變化特征值統計如表7。

表7 壩體、壩基滲漏量與庫水溫變化特征值統計

5.4 壩體滲漏量跟庫水溫變化具體情況

大壩壩體WE-5和WE-6滲漏量與庫水溫變化過程線如圖8。

圖8 大壩壩體WE-5和WE-6滲漏量與庫水溫變化過程線

由圖8可知，WE-5監測的數據是屬于壩體241廊道上游側右排水溝和260檢查廊道排水溝滲漏量，這也是廊道滲漏量最大貢獻的地方。 該測點是從2019年10月份初正常運行，最小值：1.88L/s，對應時間為：2019年10月12日；最大值：7.27L/s，對應時間為：2020年2月18日。 由此，受庫水溫條件的影響，庫水溫最小值：11.4 ℃，對應日期：2020年2月16日，滲漏增量最大值大于5.0L/s。 2020年度庫水溫變化沒有突破歷史值，歷史極值：9.9 ℃，所以滲漏量沒有創新高。

WE-6監測的數據是屬于壩體241廊道上游側左排水溝滲漏量， 這段區域也是廊道滲漏量比較穩定的地方。該測點也是從2019年10月份初正常運行，最小值：0.17L/s， 對應時間為：2019年10月30日； 最大值：1.87L/s，對應時間為：2020年2月18日。 由此，受庫水溫條件的影響明顯，庫水溫最小值：11.3 ℃，對應日期：2020年1月29日。2020年度庫水溫變化，沒有突破歷史極值：9.9 ℃， 由此滲漏量還沒有達到最大值狀態。

大壩壩體滲漏量跟庫水溫變化特征值統計如表8。

表8 大壩壩體滲漏量跟庫水溫變化特征值統計

大壩壩基WE-和壩體WE-滲漏量與庫水溫變化過程線如圖9。

圖9 大壩壩基WE-和壩體WE-滲漏量與庫水溫變化過程線

由圖9可知，壩基滲漏量最大值：5.20L/s，對應日期2020-02-17，最小值：3.29L/s，對應日期2020-01-06；壩體滲漏量最大值：9.14L/s，對應日期2020-02-18；最小值：2.09L/s，對應日期2019-10-12；庫水溫最大值：21.8 ℃，對應日期2019-09-28，最小值：11.3 ℃；對應日期2020-02-11。

因為受監測點分布的局限， 壩基排水量數據沒有獨立采集，為了區分壩體、壩基排水量采用人工方法計量。 2019年5月26日人工采集數據：1.909L/s，自動化大壩滲漏水總量：10.79L/s；2019年6月17日人工采集數據：2.09L/s，自動化大壩滲漏水總量：10.19L/s；2019年8月25日人工采集數據：1.37L/s， 自動化大壩滲漏水總量：7.33L/s；2020年3月18日壩基排水孔人工采集數據：2.31L/s， 自動化大壩滲漏水總量：12.67L/s， 廊道壩基滲漏水量自動化系統數據為：4.59L/s；由此證明來自壩段與壩段間縫隙滲水，其滲水量隨庫水溫升高或降低變化而變化。

2019年9月28日開始，大壩壩基、壩體及排水泄壓孔排水量跟庫水溫變化特征值統計如表9。

表9 大壩壩基、壩體及排水泄壓孔排水量跟庫水溫變化特征值統計

續表9

5.5 檢查廊道側墻和地面噴水原因分析

日常巡查中看到的檢查廊道9#壩上游側墻面靠近排水溝位置（長期噴水）現象，隨季節變化，噴水狀態有些變化，夏秋季變?。欢簝杉?，噴水狀變大。

同上巡查，11#壩段路面下（長期噴水），噴水狀大小，更季節變化密切相關，具體水量大小，用WE-5監測的數據計量其隨季節變化，前面已具體描敘。

圖10 檢查廊道9#壩上游側墻面

圖11 11#壩段路面下（長期噴水）

圖12 灌漿廊道12#壩段上游面

圖13 16#與17#壩段上游面

5.6 大壩灌漿廊道， 部分壩段結構縫滲水量增大原因分析

大壩灌漿廊道巡查，發現壩段結構縫滲水現象，隨庫水溫下降、升高，結構縫引水層面，滲水量有些細小的變化照片，證明庫水溫下降到一定到9.9 ℃后，9#，11#壩段存在的裂縫張開現象，出現滲水量增大情況，初步計算增量在5.0 L/s以內；其中12#，16#，17#等壩段施工縫、結構縫滲水量增大情況，初步計算增量在1.5L/s。

6 結語

（1）通過5年多的運行，灌漿廊道、消力池廊道、241廊道及260廊道跟季節的變化， 其滲漏量大小與庫水溫變化有直接關系。

（2）通過以往人工壩基排水孔測量，推導出庫水溫最低值9.9 ℃時，壩基排水孔滲漏水量最大值3.0L/s，廊道下游側排水溝（壩體和壩基）最大值6.0L/s；上游側排水溝（檢查廊道和壩體）最大增量5.0L/s；消力池廊道在庫水溫最低值條件時，滲漏水量最大變量1.5L/s。

（3）綜合多年過程線、日常巡查照片記錄、人工監測，同時結合量水堰技改后過程線數據，印證推導最大值或最大增量數據，多部位出現不同程度的滲漏水現象。

（4）2019年冬季持續低溫天氣影響，水溫低于往年，同時高水位運行，多個壩段之間存在不同程度的滲水量超過往年，庫水溫值突破歷史值，導致結構縫做好的防水層開裂，直接滲漏到地面。

（5）從以上歷史數據資料看，整個大壩廊道滲水量、周期的變化，符合混凝土大壩變化規律，其運行安全，但要密切關注低溫天氣帶來的負面影響，防止滲漏量有新的變化，做好應對措施。