江坪河面板堆石壩面板加強防滲技術綜述

徐建華，張長安，張 繁

(湖北能源集團溇水水電有限公司，湖北 恩施 445801)

1 工程概況

江坪河水電站位于溇水干流上游河段湖北省鶴峰縣境內。工程開發任務以發電為主，兼有防洪、養殖、旅游等綜合效益。水庫正常蓄水位470 m，相應庫容為12.56億m3，具有多年調節性能，電站總裝機容量為450 MW，屬一等大(1)型工程。樞紐主要建筑物包括大壩、左岸引水系統及壩后地面廠房、右岸1條泄洪放空洞及2條洞式溢洪道等。水庫校核洪水位475.14 m，設計洪水位471.9 m，死水位427 m，死庫容6.01億m3。

大壩為混凝土面板堆石均質壩，筑壩材料主要為冰磧礫巖，壩頂高程476 m，壩頂寬10 m，長414 m，最大壩高219 m，大壩上游坡比為1∶1.40，下游綜合坡比為1∶1.40，局部坡比1∶1.36。面板分三期進行澆筑，分期高程分別為360、430、472 m，430 m高程設置1條永久水平縫，一、二期面板厚度t=0.3+0.003 6H，最大厚度1.1 m，三期采用等厚面板，厚0.559 m，一期面板采用C35W12F100混凝土，二、三期面板采用C30W12F100混凝土。量水堰布置于大壩下游壩坡上，采用面板封閉接量水堰形式，量水堰堰底高程296 m。泄洪放空洞平行于溢洪道布置，進口底板高程370 m。2條洞式溢洪道溢流堰采用WES實用堰，堰頂高程448 m，出口采用挑流鼻坎挑流消能。引水系統采用一洞一機的引水方式，采用岸塔式進水口，進水口底板高程407.8 m。

工程于2008年12月大江截流，2010年9月大壩開始填筑。2011年4月壩體填筑至375 m高程，填筑量約380萬m3，填筑高度118 m，同年10月工程全面停工。2015年1月，工程更換項目業主，同年8月項目復工。

2 面板加強防滲的必要性

通過對復工前已填壩體質量檢測，揭示其沉降量相比同類工程偏大，墊層料P5含量部分未達到設計和規范要求，特殊墊層料P5含量多數未達設計和規范要求；原設計壩前鋪蓋自愈料與特殊墊層料和墊層料部分不滿足反濾準則；受損破壞的周邊縫銅止水修復后仍存在局部滲漏的可能性；已澆筑的一期面板裂縫較多，與國內外部分200 m級面板堆石壩相比，裂縫率相對較高且貫通性裂縫占比較高。江坪河混凝土面板堆石壩壩高219 m，居世界第三，壩址河谷狹窄、地形復雜，相應壩體的應力與變形也較為復雜[1-2]，一旦接縫止水發生破壞，面板發生貫穿性裂縫、結構性裂縫、垂直縫擠壓破損，墊層細料偏少導致的滲流穩定安全將會影響電站運行安全[3]。

為此，在一期面板裂縫按設計要求處理后，采用無損檢測+局部鉆孔取芯檢測方式對一期面板進行了全面質量檢測，并根據檢測成果進行了一期面板安全性分析評價；對大壩自愈料、墊層料、過渡料、主堆料進行了室內滲透變形及反濾試驗研究；對壩體開展流變研究等研究分析工作[4- 6]。并由中國水利水電建設工程咨詢有限公司組織專家對相關的各類分析研究成果進行審查、評審，認為對不具備檢修條件及檢修條件較差的430 m高程以下面板采取加強防滲措施是必要的。

根據評審意見設計單位提出了對一期面板及二期面板380～430 m高程表面涂刷高品質水泥基滲透結晶材料進行補強處理；382 m高程以下面板全面鋪設PVC防滲膜加強防滲；382 m高程以上周邊縫表面止水上部安裝不銹鋼鋼罩，內部填充粉煤灰加強防滲措施。加強防滲設計方案通過了中國水利水電建設工程咨詢有限公司組織的專家評審。

3 水泥基結晶涂料加強防滲

3.1 水泥基結晶涂料加強防滲設計

(1)水泥基結晶涂料涂刷范圍。一期面板表面及大壩430 m高程以下PVC防滲膜未覆蓋的面板混凝土表面。

(2)水泥基結晶涂料設計技術指標參數。水泥基滲透結晶型涂料產品品質滿足GB18445—2012《水泥基滲透結晶型防水材料》要求。水泥基結晶涂料須滿足的主要技術指標參數：涂料含水率≤1.5%；7 d 抗折強度≥2.8 MPa，28 d抗折強度≥3.5 MPa；7 d抗壓強度≥12.0 MPa，28d抗壓強度≥18.0 MPa；28 d濕基面粘結強度≥1.5 MPa。

(3)水泥基結晶涂料涂刷用量要求。涂刷厚度2 mm，單位面積用量≥1.5 kg/m2。

3.2 水泥基結晶涂料加強防滲施工

正式涂刷前，選取典型面板板塊開展生產性試驗，以確定滿足設計厚度的涂料配比、涂刷遍數、涂刷工藝及養護措施。根據試驗成果編制施工作業指導書以指導現場施工。

涂刷施工流程如下：

(1)遵循快、好、省原則對所有需涂刷的面板劃區塊單元。

(2)對每一單元進行基面清理。首先對已處理完的裂縫表面防滲膠帶和聚脲采取膠帶保護，然后用打磨機對面板基面進行打磨、清理、清洗。

(3)對清理的基面進行缺陷普查及缺陷處理。根據缺陷性態按照有關設計要求對缺陷處理，對缺陷處理完的基面組織隱蔽工程驗收。

(4)涂刷水泥基滲透結晶涂料。使用半硬毛刷采用圓形涂刷方法(刷子以圓形運動軌跡涂刷)用力、均勻地將拌制好的涂料涂到待處理混凝土表面，直至滿足涂刷厚度或涂刷用量。

(5)保濕養護。待涂層達到足夠硬度后，表面覆蓋草簾、濕麻袋片，噴灑霧狀清水，保證涂層處于濕潤狀態，連續養護7 d左右。

4 PVC防滲膜加強防滲

4.1 PVC防滲膜加強防滲設計

4.1.1PVC防滲膜鋪設范圍、分區

382 m高程以下設置PVC防滲膜，382 m高程以上的周邊縫及面板垂直縫處PVC防滲膜延伸至385 m高程，防滲膜周邊鋪設至趾板。380 m高程以下，每塊面板獨立分區；380 m高程以下，周邊縫2.0 m范圍趾板作為一個獨立分區。

土工膜密封壓條、螺栓與面板止水系統共用。通過跨縫(板間縫、周邊縫)連接土工膜將鋪設于面板與趾板上的土工膜焊接成整體，所有土工膜最終形成整體密封系統。

4.1.2PVC防滲膜設計技術參數

使用的PVC防滲膜符合GB/T17688—1999《土工合成材料聚氯乙烯土工膜》、GB/T 17642—2008《土工合成材料非織造布復合土工膜》等國家標準的有關規定。厚度為2.5 mm，復合土工織物500 g/m2。PVC防滲膜須滿足的主要技術指標參數：密度=1.25±10%(g/cm3)；拉伸強度(縱/橫)≥40 kN/m；斷裂伸長率(縱/橫)≥(250/300)%；耐靜水壓力≥3 MPa；滲透系數≤10-12 cm/s；熱老化拉伸強度相對變化率(縱/橫)及斷裂伸長率相對變化率(縱/橫)≤15%；撕裂強度(復合土工膜)(縱/橫)≥200 N/mm；脹破強度(復合土工膜)≥4.7 kN；刺破強度(復合土工膜)≥700 N。

表1 初期蓄水階段大壩滲壓計水位與壩前水位情況監測數據 m

4.2 PVC防滲膜加強防滲施工

PVC防滲膜施工流程為：清基、消缺→鋪設→焊接→質量檢查與驗收→密封固定。

(1)清基、消缺。PVC防滲膜施工前，先對固定基面進行清理、消缺處理(環氧砂漿找平，寬度200 mm)。

(2)鋪設。以面板為單位分區，從上往下鋪設，鋪設展開后確定鋪設位置無誤，符合施工搭接，鋪設預留搭接寬度100 mm。

(3)焊接。PVC防滲膜之間大面搭接采用機具熱熔焊接，局部區域人工焊接。焊接機具采用廠家生產的自動爬行熱合機，一般焊膜溫度為250～300 ℃，機具爬行速度控制在1～2 m/min。

(4)質量檢查與驗收。焊接完成后，先采用目測法檢查后，再采用充氣法進行檢測，充氣檢測壓力控制在0.1～0.25 MPa，保壓1～5 min，壓力無下降，表明焊縫質量合格。

(5)固定。以面板為分區，即在面板升縮縫兩邊進行密封固定，大壩周邊壩趾進行密封固定。大壩面板防滲膜鋪設至382 m高程處，即完成大面防滲膜鋪設。根據設計要求，在382 m高程處往下安裝三道密封固定。

5 周邊縫自愈料鋼罩防滲

參考類似高面板壩工程經驗和第一階段安全蓄水鑒定意見，為進一步提高周邊縫表面止水系統的可靠性，對面板382 m高程以上周邊縫及附近垂直縫(20 m)采用“不銹鋼罩+土工布+自愈料”結構。不銹鋼罩為直徑1 m的半圓結構，鋼材厚度1 mm，鋼板表面軋制間排距10 cm小孔(孔徑≤1 mm)以透水，內襯土工膜(350 g/m2)。為便于現場施工，鋼罩每段長度宜控制在4 m左右，段間采用搭接焊方式密封連接；每段鋼罩安裝牢固后，人工注入并夯實自愈料(II級粉煤灰)。

不銹鋼罩施工流程為：測量放點→基面清洗、找平→安裝不銹鋼罩→不銹鋼壓條固定→接縫部位焊接→二級粉煤灰填充壓實→不銹鋼罩斷面封口。

6 初期蓄水壩體滲壓監測分析

工程于2019年11月9日導流洞下閘，水庫進入初期蓄水，截至2020年1月15日，庫水位上升至370 m高程(泄洪放空洞進口底板高程)后，完成初期蓄水。根據下閘蓄水規劃，由于工程自身施工及生態供水需要，泄洪放空洞敞泄，庫水位基本保持在374 m高程左右。截至2020年3月底，壩基埋設的滲壓計(僅列代表性數據)監測的壩體內水位、壩前水位情況見表1。

從表1可知，整體上壩前水平趾板處滲壓計P1-1和壩體基礎滲壓計P1-2～5的測值均較蓄水前都有所上升，測值變化范圍為6.44～62.25 m，最大測值發生在滲壓計P1-1處(壩前水平趾板處)；最小值發生在滲壓計P1-5處，對應壩體內水位280.45 m。壩后量水堰堰底高程296 m，目前量水堰無出水。另外，通過對左右岸灌漿平洞內地下水位監測數據分析判斷，當前庫水位下無繞壩滲流現象發生。

通過對初期蓄水階段監測數據分析，在當前庫水位下，壩體內水壓力(水位)無異常，符合面板壩壩體內水壓力(水位)分布規律。

7 結 語

江坪河面板堆石壩地形條件復雜，建設歷程特殊，壩體墊層料P5含量偏低，周邊縫銅止水破壞嚴重，且一期面板相對同級同類壩裂縫較多。為提高面板防滲功能，確保大壩安全，對一定水頭下的面板分別采用了PVC加強防滲、水泥基結晶涂料防滲及周邊縫粉煤灰鋼罩防滲措施，經初期蓄水檢驗，初步判斷這些面板防滲加強措施是有效的。但PVC加強防滲屬首次在200 m級高面板壩中使用，還有待水庫長期運行的檢驗。